一种高铁用防水涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种高铁用防水涂料及其制备方法。

背景技术

随着铁路建设尤其是高铁事业的如火如荼发展，铁路系统技术也不断发展，其中最重要的技术之一即铁路系统防水技术，主要通过高铁专用防水涂料来实现。高铁用防水涂料一方面起到隔离水分的作用，另一方面还能增强抵抗外界载荷和变形能力。

目前，常用的高铁防水涂料或多或少存在耐热性能不佳，适用的温度范围较窄，耐化学性能较差，具有一定的脆性，较高冲击能下会破裂，表面硬度不足，易被硬物擦伤；固含量较低，干燥需要时间较长，且低温柔性较差，不能满足桥梁结构耐久性质量标准的要求；韧性和耐热性有待进一步提高，且其易黄变，影响外观；价格昂贵，要求喷涂技术较高的缺陷。除此之外，市面上的高铁防水涂料还普遍存在耐候性能差、储存和运输稳定性不足，使用寿命短的缺陷。

申请号为201610667275.X的中国发明专利公开了一种高铁用防水涂料及其制备方法，涂料包括两部分：组分A超疏水材料和组分B涂料组合物，按质量份数比，组分A超疏水材料由石墨烯2-10份、混酸溶液15-30份、氨基乙氧基硅烷-甲苯混合液5-12份、含氟丙烯酸酯5-12份和甲醇溶液20-35份通过浸涂法在石墨烯表面覆盖两层防水膜而制得；组分B涂料组合物由甲基丙烯酸酯类55-70份、丙烯酸酯类10-25份、功能性单体2-5份、超疏水材料2-10份、成膜助剂1-5份、增塑剂1-5份、乳化剂0.8-1.5份、分散剂0.5-1份、防腐剂0.5-1份、消泡剂0.05-1份和引发剂0.05-0.1配制而成；通过组分A超疏水材料和组分B涂料组合物的混合制得所述防水涂料。该发明通过添加改性石墨烯所得的超疏水材料，在提高涂料防水性的同时，也提高了聚甲基丙烯酸酯(PMMA)的耐热性、耐化学性和硬度。然而，该涂料成分复杂，制备成本较高，且环保性能和综合性能有待进一步改善。

因此，开发一种防水效果显著，综合性能佳，与基材粘结强度大，耐候性、机械力学性能和耐久性好，性能稳定性和耐热性优异的高铁用防水涂料符合市场需求，具有广泛的市场价值和应用前景，对促进高铁行业的发展具有非常重要的作用。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种防水效果显著，综合性能佳，与基材粘结强度大，耐候性、机械力学性能和耐久性好，性能稳定性和耐热性优异的高铁用防水涂料。同时，本发明还提供了一种所述高铁用防水涂料的制备方法，该制备方法简单，施工方便，对设备要求低，耗能少，制备效率高，适合连续规模化生产。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是，一种高铁用防水涂料，由如下重量份的组分制成：环氧化SBS 10-15份、端氨基超支化聚硅氧烷35-45份、羟基磺酸基共改性N,N'-硫酰二咪唑3-5份、五氧化二磷1-3份、氮化硅纳米片3-5份、偶联剂1-2份、无机填料20-30份、消泡剂2-4份、流平剂1-3份。

优选的，所述流平剂为聚丙烯酸酯流平剂、醋丁纤维素流平剂、聚乙烯醇缩丁醛流平剂中的一种或几种。

优选的，所述消泡剂为磷酸三丁酯、消泡剂德谦3100、消泡剂BYK088中的一种或几种。

优选的，所述无机填料为钛白粉、滑石粉、双飞粉、凹凸棒土中的至少一种。

优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570中的至少一种。

优选的，所述氮化硅纳米片为按照申请号为201911091227.0的中国发明专利实施例1中有关氮化硅纳米片的制备方法制成的氮化硅纳米片。

优选的，所述羟基磺酸基共改性N,N'-硫酰二咪唑的制备方法，包括如下步骤：将N,N'-硫酰二咪唑、3-氯-2-羟基丙烷磺酸加入到有机溶剂中，在45-65℃下搅拌反应5-7小时，后旋蒸除去溶剂，用乙醚洗涤粗产品3-6次，后旋蒸除去残留的乙醚，得到羟基磺酸基共改性N,N'-硫酰二咪唑。

优选的，所述N,N'-硫酰二咪唑、3-氯-2-羟基丙烷磺酸、有机溶剂的摩尔比为1:2:(10-15)。

优选的，所述有机溶剂为丙酮、乙醚、二氯甲烷中的任意一种。

优选的，所述端氨基超支化聚硅氧烷是按照申请号为201910338290.3的中国发明专利实施例1中有关端氨基超支化聚硅氧烷HPSi-NH

优选的，所述环氧化SBS是按照申请号为201810344598.4的中国发明专利实施例1中有关环氧化SBS(eSBS46)的制备方法制备得到的环氧化SBS。

本发明的另一个目的，在于提供一种所述高铁用防水涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合均匀后，加入到双螺杆挤出机中挤出，再通过塑料粉碎机粉碎成微粉并过180-220目筛，即得所述高铁用防水涂料。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

1)本发明提供的高铁用防水涂料的制备方法，该制备方法简单，施工方便，对设备要求低，耗能少，制备效率高，适合连续规模化生产。

2)本发明提供的高铁用防水涂料，克服了现有高铁用防水涂料或多或少存在的耐热性能不佳，适用的温度范围较窄，耐化学性能较差，具有一定的脆性，较高冲击能下会破裂，表面硬度不足，易被硬物擦伤；固含量较低，干燥需要时间较长，且低温柔性较差，不能满足桥梁结构耐久性质量标准的要求；韧性和耐热性有待进一步提高，且其易黄变，影响外观；价格昂贵，要求喷涂技术较高的缺陷；也克服了市面上的高铁用防水涂料普遍存在的耐候性能差、储存和运输稳定性不足，使用寿命短的弊端；通过各组分协同作用，使得制成的高铁用防水涂料防水效果显著，综合性能佳，与基材粘结强度大，耐候性、机械力学性能和耐久性好，性能稳定性和耐热性优异。

3)本发明提供的高铁用防水涂料，涂膜结合了SBS、超支化聚硅氧烷、硫酰基咪唑、氮化硅纳米片的防水性能，使得防水涂料防水效果显著；涂料组分中环氧化SBS上的环氧基在涂料固化过程中易与端氨基超支化聚硅氧烷上的氨基发生环氧开环反应，在五氧化二磷的作用下，环氧化SBS上的苯环易与羟基磺酸基共改性N,N'-硫酰二咪唑上的磺酸基发生交联反应，同时羟基磺酸基共改性N,N'-硫酰二咪唑上的羟基也能与环氧化SBS上的环氧基发生化学反应，使得各组分以化学键连接成三维网络结构，有效改善了涂膜的综合性能和性能稳定性，有效延长了其使用寿命，使得其防水性、机械力学性能和耐候性显著提高。

4)本发明提供的高铁用防水涂料，采用环氧化SBS、端氨基超支化聚硅氧烷、羟基磺酸基共改性N,N'-硫酰二咪唑协同作用形成成膜物质，使得涂膜上同时含有SBS、聚硅氧烷、硫酰咪唑结构，使得涂膜韧性足，机械力学性能、阻燃性佳，SBS、聚硅氧烷和改性N,N'-硫酰二咪唑结构还能有效增强其与基材的粘结性能。

5)本发明提供的高铁用防水涂料，不使用任何有机溶剂，环保性能更好，添加氮化硅纳米片，不仅能改善涂膜的机械力学性能，还能改善其耐磨性、抗裂性和防水性，使得材料综合性能更佳。羟基磺酸基共改性N,N'-硫酰二咪唑上的亲水性羟基、环氧基反应后生成的羟基，能起到保水，增强粘结强度的作用，有效避免了涂料的干裂、脱落，改善性能稳定性，延长使用寿命。

具体实施方式

为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的以及优点更加清晰易懂，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本发明下述实施例中所述环氧化SBS是按照申请号为201810344598.4的中国发明专利实施例1中有关环氧化SBS(eSBS46)的制备方法制备得到的环氧化SBS；所述氮化硅纳米片为按照申请号为201911091227.0的中国发明专利实施例1中有关氮化硅纳米片的制备方法制成的氮化硅纳米片；所述端氨基超支化聚硅氧烷是按照申请号为201910338290.3的中国发明专利实施例1中有关端氨基超支化聚硅氧烷HPSi-NH2的制备方法制备得到的端氨基超支化聚硅氧烷；所使用的其它原料均为商业购买。

实施例1

一种高铁用防水涂料，由如下重量份的组分制成：环氧化SBS 10份、端氨基超支化聚硅氧烷35份、羟基磺酸基共改性N,N'-硫酰二咪唑3份、五氧化二磷1份、氮化硅纳米片3份、偶联剂1份、无机填料20份、消泡剂2份、流平剂1份。

所述流平剂为聚丙烯酸酯流平剂；所述消泡剂为磷酸三丁酯；所述无机填料为钛白粉；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550。

所述羟基磺酸基共改性N,N'-硫酰二咪唑的制备方法，包括如下步骤：将N,N'-硫酰二咪唑、3-氯-2-羟基丙烷磺酸加入到有机溶剂中，在45℃下搅拌反应5小时，后旋蒸除去溶剂，用乙醚洗涤粗产品3次，后旋蒸除去残留的乙醚，得到羟基磺酸基共改性N,N'-硫酰二咪唑；所述N,N'-硫酰二咪唑、3-氯-2-羟基丙烷磺酸、有机溶剂的摩尔比为1:2:10；所述有机溶剂为丙酮。

一种所述高铁用防水涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合均匀后，加入到双螺杆挤出机中挤出，再通过塑料粉碎机粉碎成微粉并过180目筛，即得所述高铁用防水涂料。

实施例2

一种高铁用防水涂料，由如下重量份的组分制成：环氧化SBS 12份、端氨基超支化聚硅氧烷37份、羟基磺酸基共改性N,N'-硫酰二咪唑3.5份、五氧化二磷1.5份、氮化硅纳米片3.5份、偶联剂1.2份、无机填料23份、消泡剂2.5份、流平剂1.5份。

所述流平剂为醋丁纤维素流平剂；所述消泡剂为消泡剂德谦3100；所述无机填料为滑石粉；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH560。

所述羟基磺酸基共改性N,N'-硫酰二咪唑的制备方法，包括如下步骤：将N,N'-硫酰二咪唑、3-氯-2-羟基丙烷磺酸加入到有机溶剂中，在50℃下搅拌反应5.5小时，后旋蒸除去溶剂，用乙醚洗涤粗产品4次，后旋蒸除去残留的乙醚，得到羟基磺酸基共改性N,N'-硫酰二咪唑；所述N,N'-硫酰二咪唑、3-氯-2-羟基丙烷磺酸、有机溶剂的摩尔比为1:2:12；所述有机溶剂为乙醚。

一种所述高铁用防水涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合均匀后，加入到双螺杆挤出机中挤出，再通过塑料粉碎机粉碎成微粉并过190目筛，即得所述高铁用防水涂料。

实施例3

一种高铁用防水涂料，由如下重量份的组分制成：环氧化SBS 13份、端氨基超支化聚硅氧烷40份、羟基磺酸基共改性N,N'-硫酰二咪唑4份、五氧化二磷2份、氮化硅纳米片4份、偶联剂1.5份、无机填料25份、消泡剂3份、流平剂2份。

所述流平剂为聚乙烯醇缩丁醛流平剂；所述消泡剂为消泡剂BYK088；所述无机填料为双飞粉；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH570。

所述羟基磺酸基共改性N,N'-硫酰二咪唑的制备方法，包括如下步骤：将N,N'-硫酰二咪唑、3-氯-2-羟基丙烷磺酸加入到有机溶剂中，在55℃下搅拌反应6小时，后旋蒸除去溶剂，用乙醚洗涤粗产品5次，后旋蒸除去残留的乙醚，得到羟基磺酸基共改性N,N'-硫酰二咪唑；所述N,N'-硫酰二咪唑、3-氯-2-羟基丙烷磺酸、有机溶剂的摩尔比为1:2:13；所述有机溶剂为二氯甲烷。

一种所述高铁用防水涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合均匀后，加入到双螺杆挤出机中挤出，再通过塑料粉碎机粉碎成微粉并过200目筛，即得所述高铁用防水涂料。

实施例4

一种高铁用防水涂料，由如下重量份的组分制成：环氧化SBS 14份、端氨基超支化聚硅氧烷43份、羟基磺酸基共改性N,N'-硫酰二咪唑4.5份、五氧化二磷2.5份、氮化硅纳米片4.5份、偶联剂1.8份、无机填料28份、消泡剂3.5份、流平剂2.5份。

所述流平剂为聚丙烯酸酯流平剂、醋丁纤维素流平剂、聚乙烯醇缩丁醛流平剂按质量比1:3:5混合而成；所述消泡剂为磷酸三丁酯、消泡剂德谦3100、消泡剂BYK088按质量比2:1:3混合而成；所述无机填料为钛白粉、滑石粉、双飞粉、凹凸棒土按质量比2:3:5:2混合而成；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570按质量比1:2:3混合而成。

所述羟基磺酸基共改性N,N'-硫酰二咪唑的制备方法，包括如下步骤：将N,N'-硫酰二咪唑、3-氯-2-羟基丙烷磺酸加入到有机溶剂中，在63℃下搅拌反应6.5小时，后旋蒸除去溶剂，用乙醚洗涤粗产品5次，后旋蒸除去残留的乙醚，得到羟基磺酸基共改性N,N'-硫酰二咪唑；所述N,N'-硫酰二咪唑、3-氯-2-羟基丙烷磺酸、有机溶剂的摩尔比为1:2:14；所述有机溶剂为丙酮。

一种所述高铁用防水涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合均匀后，加入到双螺杆挤出机中挤出，再通过塑料粉碎机粉碎成微粉并过210目筛，即得所述高铁用防水涂料。

实施例5

一种高铁用防水涂料，由如下重量份的组分制成：环氧化SBS 15份、端氨基超支化聚硅氧烷45份、羟基磺酸基共改性N,N'-硫酰二咪唑5份、五氧化二磷3份、氮化硅纳米片5份、偶联剂2份、无机填料30份、消泡剂4份、流平剂3份。

所述流平剂为聚丙烯酸酯流平剂；所述消泡剂为消泡剂BYK088；所述无机填料为双飞粉；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH570。

所述羟基磺酸基共改性N,N'-硫酰二咪唑的制备方法，包括如下步骤：将N,N'-硫酰二咪唑、3-氯-2-羟基丙烷磺酸加入到有机溶剂中，在65℃下搅拌反应7小时，后旋蒸除去溶剂，用乙醚洗涤粗产品6次，后旋蒸除去残留的乙醚，得到羟基磺酸基共改性N,N'-硫酰二咪唑；所述N,N'-硫酰二咪唑、3-氯-2-羟基丙烷磺酸、有机溶剂的摩尔比为1:2:15；所述有机溶剂为乙醚。

一种所述高铁用防水涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合均匀后，加入到双螺杆挤出机中挤出，再通过塑料粉碎机粉碎成微粉并过220目筛，即得所述高铁用防水涂料。

对比例1

本例提供一种高铁用防水涂料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，没有添加羟基磺酸基共改性N,N'-硫酰二咪唑。

对比例2

本例提供一种高铁用防水涂料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，没有添加氮化硅纳米片。

对比例3

本例提供一种高铁用防水涂料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，没有添加环氧化SBS。

对比例4

本例提供一种高铁用防水涂料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，没有添加端氨基超支化聚硅氧烷。

对比例5

本例提供一种高铁用防水涂料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，用N,N'-硫酰二咪唑代替羟基磺酸基共改性N,N'-硫酰二咪唑。

为了进一步说明本发明各实施例涉及到的高铁用防水涂料的有益技术效果，分别就本发明实施例1-5及对比例1-5的各高铁用防水涂料进行性能测试，测试方法和测试结果见表1；其中耐候性是按照ISO11341-04进行氙灯测试2000hrs，统计计算光泽保持率，以此衡量耐候性；耐冲击性能是按照ASTM D2794-04进行测试，冲击力为2.5Nm，观察开裂现象。

从表1可以看出，本发明实施例公开的高铁用防水涂料与对比例产品相比，具有更加优异的耐冲击性能和耐候性，更高的附着力和热硬度，更加优异的耐水性和防水性；这是各组分协同作用的结果。

表1

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。