一種用于生土防水的高透明高隔熱涂料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于綠色建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，更加具體地說，涉及一種用于生土材料防水 保溫的高透明涂料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 生土建筑泛指未經(jīng)焙燒而僅僅經(jīng)過簡單密實加工的原狀土類材料，營造主體結(jié)構(gòu) 的建筑體。生土建筑是一種最古老而迄今還一直被廣泛采用的建筑類型。由于生土分布廣 泛，取土方便，經(jīng)濟實用，并且采用生土建造的建筑具有冬暖夏涼，堅固耐久的特性，所以長 期以來，生土材料是廣大人民普遍采用的一種建筑材料（《生土建筑現(xiàn)場調(diào)查》，張延年等 著，科學(xué)出版社，2014)。從人類社會形成以來，生土一直是最主要的建筑材料，世界上有1/3 以上的人口居住在生土建筑之中，我國農(nóng)村至今尚有1億多人口居住在生土建筑中，因此， 如何在經(jīng)濟高速發(fā)展當(dāng)下和新農(nóng)村建設(shè)中發(fā)展和改進傳統(tǒng)的生土建筑，對我國農(nóng)村居住條 件的改善，以及擴大生土材料在其他領(lǐng)域的應(yīng)用都具有十分重大的意義。傳統(tǒng)混凝土等建 筑材料中水泥砂漿固化后會形成牢固的化學(xué)鍵，給與建筑物強大的支撐力，與此同時，廢棄 的混凝土變得非常穩(wěn)定、難以重復(fù)利用，對資源和環(huán)境造成嚴(yán)重危害。由于生土材料源于天 然原土，土壤顆粒之間鮮有強化學(xué)鍵，使其具有極為優(yōu)異的可循環(huán)利用潛力，但正是因為生 土材料特殊結(jié)構(gòu)，也會給其帶來致命缺陷，嚴(yán)重威脅著生土建筑的使用壽命，尤其是生土材 料不耐水，遇水軟化、強度降低等缺點，使生土建筑的使用受到限制（《生土建筑的生命機 制》，王曉華著，中國建筑工業(yè)出版社，2010)。因此，如何對生土材料進行改性，增強生土材 料的耐水性和耐久性，提高生土建筑的使用年限，就成為生土材料研究必須首先解決的問 題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，克服了現(xiàn)有生土材料耐水性差、保 溫隔熱性能不佳的缺點，提供了一種用于生土防水的高透明高隔熱涂料及其制備方法，有 利于顯著提高生土材料的耐水性和保溫隔熱性能，同時涂料自身的高透明性還可以保持生 土材料原有的紋理和顏色。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)目的通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)：
[0005] -種用于生土防水的高透明高隔熱涂料及其制備方法，按照下述步驟進行：
[0006] 步驟1，帶有可聚合雙鍵的二氧化硅氣凝膠的制備
[0007] 將80-150重量份正硅酸乙酯、10-50重量份氨基封端的多乙烯基硅油、100-170重 量份無水乙醇和0. 01-1重量份Ν' Ν' -羰基二咪唑在50-70°C下混合均勻后，加入0. 1-1重 量份鹽酸，室溫20- 25攝氏度下混合均勻后靜置反應(yīng)30-180min，隨后保持室溫20-25攝 氏度下加入〇. 01-0. 2重量份氫氧化鈉并混合均勻，將上述溶液靜置2-6h后得到濕態(tài)凝膠， 將濕態(tài)凝膠置于〇)2超臨界高壓萃取裝置中，以C0 2為介質(zhì)在溫度33-50Γ和氣壓7-10MPa 下進行超臨界干燥至少3h，即可得到帶有可聚合雙鍵的二氧化硅氣凝膠。
[0008] 在所述步驟1中，所述氨基封端的多乙烯基硅油是氨基單封端的聚二甲基二乙烯 基硅氧烷，數(shù)均分子量為500-3000,乙烯基含量的摩爾百分?jǐn)?shù)（即乙烯基摩爾數(shù)與整個氨 基單封端的聚二甲基二乙烯基硅氧烷摩爾數(shù)的比例）為〇. 1-5% ;或者氨基雙封端的聚二 甲基二乙烯基硅氧烷，數(shù)均分子量為500-3000,乙烯基含量的摩爾百分?jǐn)?shù)0. 1-5% ;或者氨 基單封端的聚二甲基二乙烯基二苯基硅氧烷，數(shù)均分子量為500-4000,乙烯基含量的摩爾 百分?jǐn)?shù)為〇. 1-5%，苯基含量的摩爾百分?jǐn)?shù)（即苯基摩爾數(shù)與整個氨基單封端的聚二甲基 二乙烯基二苯基硅氧烷摩爾數(shù)的比例）為0. 1-2% ;或者氨基雙封端的聚二甲基二乙烯基 二苯基硅氧烷，數(shù)均分子量為500-4000,乙烯基含量的摩爾百分?jǐn)?shù)為0. 1-5%，苯基含量的 摩爾百分?jǐn)?shù)為0.1-2%。
[0009] 在所述步驟1中，在正硅酸乙酯、氨基封端的多乙烯基硅油、無水乙醇和Ν' N-羰基 二咪唑混合均勻過程中，采用機械攪拌，或者超聲攪拌，攪拌時間為5 - 30min。
[0010] 在所述步驟1中，在加入鹽酸后混合均勻過程中，采用機械攪拌，或者超聲攪拌， 攪拌時間為5 -30min〇
[0011] 在所述步驟1中，在加入氫氧化鈉后混合均勻過程中，采用機械攪拌，或者超聲攪 拌，至氫氧化鈉完全溶解，攪拌時間為5 -30min〇
[0012] 在所述步驟1中，所述鹽酸為10 - 12mol/L鹽酸（即每升氯化氫的水溶液中，氯化 氫的物質(zhì)的量）。
[0013] 在所述步驟1中，進行超臨界干燥3 - 5h。
[0014] 步驟2,帶有可聚合雙鍵的二氧化硅氣凝膠表面的聚甲基丙烯酸甲酯乳液聚合
[0015] 將0. 1-0. 5重量份十二烷基硫酸鈉溶于50-100重量份去離子水，將步驟1得到的 10-20重量份帶有可聚合雙鍵的二氧化硅氣凝膠用50-60重量份無水乙醇浸漬潤濕后加入 到溶解十二烷基硫酸鈉的去離子水中混合均勻，然后將其轉(zhuǎn)移到反應(yīng)容器中；向反應(yīng)容器 中通入惰性氣體以排除空氣，升溫到50-70°C后，向反應(yīng)容器中滴加80-90重量份甲基丙烯 酸甲酯，15_30min內(nèi)滴完并保持?jǐn)嚢?50-250轉(zhuǎn)/min下通入惰性氣體10 -20min后，升 溫至70-90°C，加入0. 1-0. 5重量份過硫酸鉀和0. 01-0. 05重量份碳酸鉀，繼續(xù)反應(yīng)5-10h， 冷卻至25-40°C后，即得到用于生土防水的高透明高隔熱涂料。
[0016] 在所述步驟2中，將帶有可聚合雙鍵的二氧化硅氣凝膠用無水乙醇浸漬潤濕時， 浸漬時間為1 一5h。
[0017] 在所述步驟2中，將無水乙醇浸漬潤濕后的可聚合雙鍵的二氧化硅氣凝膠加入到 溶解十二烷基硫酸鈉的去離子水中進行混合均勻時，采用機械攪拌，或者超聲攪拌，攪拌時 間為 5- 30min。
[0018] 在所述步驟2中，所述惰性氣體為氮氣、氦氣或者氬氣，通入通入惰性氣體的時間 為 30-60min〇
[0019] 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，首先先后利用酸堿催化劑對正硅酸乙酯、多乙烯基硅油、 無水乙醇和羰基二咪唑進行催化反應(yīng)，以得到濕態(tài)凝膠，即吸收有溶劑水、乙醇的凝膠，同 時氨基封端的聚硅氧烷接于二氧化硅氣凝膠之上；然后利用二氧化碳超臨界萃取的設(shè)備， 以液態(tài)二氧化碳對濕態(tài)凝膠進行超臨界干燥，即以液態(tài)二氧化碳對濕態(tài)凝膠吸附的溶劑進 行置換，并同時保持凝膠中得到的多孔結(jié)構(gòu)；最后以帶有可聚合雙鍵的二氧化硅氣凝膠和 甲基丙烯酸甲酯進行乳液聚合，PMMA大分子鏈通過氨基封端聚硅氧烷的雙鍵成功聚合到二 氧化硅氣凝膠的表面，形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，同時保持二氧化硅氣凝膠的結(jié)構(gòu)不變，即多孔結(jié)構(gòu)得 以保持。將本發(fā)明的涂料用于生土表面涂料，且表現(xiàn)出高隔熱性和高透明性。
[0020] 利用紅外光譜對本發(fā)明的產(chǎn)品進行表征，結(jié)果如附圖1所示傅里葉變換紅外光譜 圖，a為依照本發(fā)明方法制備的二氧化硅氣凝膠（不添加氨基封端的多乙烯基硅油）；b為 帶有可聚合雙鍵的二氧化硅氣凝膠；c為用于生土防水的高透明高隔熱涂料。對比曲線（a) 和（b)可以看出，與二氧化硅氣凝膠相比，帶有可聚合雙鍵的二氧化硅氣凝膠的紅外譜線， 在2900cm 1處出現(xiàn)的吸收峰對應(yīng)的是_見12的彎曲振動，1400cm 1和850cm 1的吸收峰對應(yīng)的 是C = C的伸縮振動，1260cm 1附近出現(xiàn)的吸收峰對應(yīng)的是Si-C的伸縮振動，1020cm 1附近 的吸收峰對應(yīng)的是Si-0-Si的彎曲振動，780cm 1處出現(xiàn)的尖峰對應(yīng)的是苯環(huán)的振動。據(jù)此 可以確認(rèn)氨基封端的聚硅氧烷已成功接于二氧化硅氣凝膠之上。在KBr壓片表面刷涂1mm 的生土防水的高透明高隔熱涂料，室溫下在干燥器內(nèi)放置5天至其干燥，將干燥后的試片 進行紅外光譜測試，可得到曲線（c)，通過對比曲線（b)和（c)可以看出，在1730cm 1附近 出現(xiàn)了較強的吸收峰，這對應(yīng)的是脂類基團的振動，同時，C = C的振動峰也有減弱的趨勢， 可以判定PMMA大分子鏈通過氨基封端聚硅氧烷的雙鍵成功聚合。
[0021] 采用荷蘭Philips的Nanosem430場發(fā)射掃描電子顯微鏡對帶有可聚合雙鍵的二 氧化硅氣凝膠進行觀察，如圖2,該氣凝膠具有二氧化硅納米粒子連接形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)，納米級的孔洞分布較為均勾。采用荷蘭Philips的Nanosem430場發(fā)射掃描電子顯微鏡 對用于生土防水的高透明高隔熱涂料拉伸斷面的形貌進行考察，如圖3。從附圖3可知，經(jīng) 過在帶有可聚合雙鍵的二氧化硅氣凝膠表面的PMMA乳液聚合，并未顯著改變材料的微觀 結(jié)構(gòu)，涂料內(nèi)部仍然具有二氧化硅納米粒子連接形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而且納米級的孔洞 分布較為均勻。經(jīng)貝士德儀器科技（北京）有限公司的氮吸附比表面積測定儀測定，利用本 發(fā)明方法制備的帶有雙鍵的二氧化硅氣凝膠和涂料的孔隙率為92- 96%，優(yōu)選94一95%， 孔徑分布均勻，且表現(xiàn)出與