一种金属屋面隔热防水涂料及其制备方法

技术领域

本申请属于建筑材料技术领域，具体涉及一种金属屋面隔热防水涂料及其制备方法。

背景技术

钢结构建筑具有自重轻、强度高、工厂预装程度高、施工便捷、综合经济效益显著等优点，同时也存在诸多问题，钢结构金属屋面的锈蚀漏水问题较为严重。钢结构金属屋面渗漏不仅直接影响人们的生产、生活，而且遇水侵入后，使屋面潮湿，长时间后将加剧锈蚀，导致钢结构受到破坏，甚至发生危险。

目前金属屋面涂料常采用SBS防水卷材、密封胶、聚氨酯、丙烯酸防水涂料作为防水材料，一定程度上提高了钢结构建筑的防水效果。但上述防水材料抗紫外线性能差，粘结性低，易老化，不适合用于室外，加上无隔热、无耐热组分，更加不适合作为钢结构金属屋面的防水材料。

公开号为CN102993831A，公开了一种金属屋面隔热防水涂料，通过加入金红石型钛白粉、超细硫酸钡、空心玻璃微珠和其他反射红外线和热性可见光的无机填料，使金属屋面隔热防水涂料具有较优的抗紫外线能力和隔热节能性能，但空心玻璃微珠和其他反射红外线和热性可见光的无机填料在体系中的相容性较差，不能均匀稳定地分散在氯丁橡胶胶乳和丙烯酸防水乳液中，不仅降低了隔热反射效果，还降低了氯丁橡胶胶乳和丙烯酸防水乳液与金属屋面的附着力，导致金属屋面隔热防水涂料浸水后的拉伸强度保持率较低。

发明内容

为了提高金属屋面隔热防水涂料的隔热反射效果和浸水后的拉伸强度保持率，本申请提供一种金属屋面隔热防水涂料及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种金属屋面隔热防水涂料，采用如下的技术方案：

一种金属屋面隔热防水涂料，按重量份计，其制备原料包括氧化铝处理的金红石型钛白粉5-15份、有机硅改性空心玻璃微珠10-20份、有机硅改性丙烯酸乳液30-50份、氯丁橡胶胶乳25-40份、有机硅防水剂0.5-2份、凹凸棒土5-10份、聚乙烯亚胺1-5份、分散剂1-3份、成膜助剂1-2份、水5-10份。

通过采取上述技术方案，有机硅改性空心玻璃微珠通过在空心玻璃表面接枝有机硅氧烷，使得其与有机硅改性丙烯酸乳液、氯丁橡胶胶乳的相容性好，提高了金属屋面隔热防水涂料的稳定性和隔热效果。有机硅改性空心玻璃微珠和有机硅改性丙烯酸乳液共同作用，还提高了金属屋面隔热防水涂料与金属屋面的附着力，提高了金属屋面隔热防水涂料的剥离粘结性。此外，聚乙烯亚胺是一种含伯胺、仲胺和叔胺的部分支链聚合物，支链上的氨基等基团间的氢键作用产生较弱的物理交联，会降低氯丁橡胶胶乳产生“自硫”现象的概率，提高了氯丁橡胶胶乳的稳定性，从而提高金属屋面隔热防水涂料浸水后的拉伸强度保持率。同时，聚乙烯亚胺与有机硅改性丙烯酸乳液、氯丁橡胶胶乳共同作用，有助于提高金属屋面隔热防水涂料与金属屋面的附着力，同时提高漆膜的耐水性，从而提高了金属屋面隔热防水涂料的剥离粘结性。

优选的，所述有机硅改性空心玻璃微珠的制备原料包括空心玻璃微珠、1,3-二乙烯基四乙氧基二硅烷和3-巯丙基三甲氧基硅烷；所述空心玻璃微珠、1,3-二乙烯基四乙氧基二硅烷和3-巯丙基三甲氧基硅烷的质量比为1：(0.2-0.3)：(0.1-0.18)。

通过采取上述技术方案，3-巯丙基三甲氧基硅烷含有巯基，可以与聚乙烯亚胺中氨基和有机硅改性丙烯酸乳液中羟基上的氢形成氢键，更好的发挥聚乙烯亚胺和有机硅改性丙烯酸乳液的作用，提高了金属屋面隔热防水涂料的附着力。1,3-二乙烯基四乙氧基二硅烷含有双乙烯基和双硅烷，不仅提高了有机硅改性空心玻璃微珠与有机硅改性丙烯酸乳液和氯丁橡胶胶乳的相容性，还提高了氧化铝处理的金红石型钛白粉、凹凸棒土与有机硅改性丙烯酸乳液和氯丁橡胶胶乳的相容性，提高了金属屋面隔热防水涂料的稳定性。1,3-二乙烯基四乙氧基二硅烷和3-巯丙基三甲氧基硅烷共同改性空心玻璃微珠，提高了金属屋面隔热防水涂料的隔热反射效果、剥离粘结性和浸水后的拉伸强度保持率。

优选的，所述空心玻璃微珠、1,3-二乙烯基四乙氧基二硅烷和3-巯丙基三甲氧基硅烷的质量比为1:0.24:0.16。

通过采取上述技术方案，控制空心玻璃微珠、1,3-二乙烯基四乙氧基二硅烷和3-巯丙基三甲氧基硅烷的质量比为1:0.24:0.16，不仅提高了金属屋面隔热防水涂料的隔热反射效果、剥离粘结性和浸水后的拉伸强度保持率，还提高了氯丁橡胶胶乳的耐寒性，提高了金属屋面隔热防水涂料的低温柔性。且使金属屋面隔热防水涂料具有抑锈作用，提高了钢结构建筑的使用寿命。

优选的，所述凹凸棒土的粒度为600-1000目。

通过采取上述技术方案，粒度为600-1000目的凹凸棒土，比表面积大，具有优异的分散性和耐高温性，具有介于链状结构和层状结构之间的中间结构，可以更好的与聚乙烯亚胺的支链部分相吻合，提高金属屋面隔热防水涂料的相容性和流平性，提高了金属屋面隔热防水涂料与金属屋面的附着力和隔热反射效果。

优选的，所述分散剂包括聚氧乙烯-苯乙烯高分子聚合物类分散剂和疏水改性的聚丙烯酸铵盐类分散剂；所述聚氧乙烯-苯乙烯高分子聚合物类分散剂和疏水改性的聚丙烯酸铵盐类分散剂的质量比为1：(3-5)。

通过采取上述技术方案，疏水改性的聚丙烯酸铵盐的聚合物分散剂和聚氧乙烯-苯乙烯高分子聚合物类分散剂复配，不仅提高了金属屋面隔热防水涂料的分散性，使得金属屋面隔热防水涂料的隔热反射效果更好，还提高了金属屋面隔热防水涂料的渗透性和流平性，从而提高了漆膜的耐水性，使得金属屋面隔热防水涂料与金属屋面的附着力更高，金属屋面隔热防水涂料的浸水后的拉伸强度保持率好。

优选的，所述聚氧乙烯-苯乙烯高分子聚合物类分散剂和疏水改性的聚丙烯酸铵盐类分散剂的质量比为1:4。

通过采取上述技术方案，控制聚氧乙烯-苯乙烯高分子聚合物类分散剂和疏水改性的聚丙烯酸铵盐类分散剂的质量比为1:4，金属屋面隔热防水涂料的隔热反射效果更好，防水效果更持久，且使金属屋面隔热防水涂料具有抑锈作用，提高了钢结构建筑的使用寿命。

优选的，所述金属屋面隔热防水涂料的制备原料还包括聚丙二醇0.5-1重量份。

通过采取上述技术方案，聚丙二醇分子两端的羟基与聚乙烯亚胺中的氨基存在氢键作用，提高了氯丁橡胶胶乳的稳定性，从而提高金属屋面隔热防水涂料的剥离粘结性和浸水后的拉伸强度保持率。且聚丙二醇不仅具有润滑效果，还可以作为消泡剂，消除金属屋面隔热防水涂料生产过程中形成的气泡，避免漆膜形成裂纹和气孔。

优选的，所述聚丙二醇包括羟值为255-312mgKOH/g的聚丙二醇和羟值为102-125mgKOH/g的聚丙二醇；所述羟值为255-312mgKOH/g的聚丙二醇和羟值为102-125mgKOH/g的聚丙二醇的质量比为1：(1.2-1.6)。

通过采取上述技术方案，羟值为255-312mgKOH/g的聚丙二醇和羟值为102-125mgKOH/g的聚丙二醇复配，进一步提高了金属屋面隔热防水涂料的剥离粘结性和浸水后的拉伸强度保持率。

本申请中，所述氧化铝处理的金红石型钛白粉的型号包括但不限于HZR-828型和/或HZR-818。

本申请中，所述有机硅改性丙烯酸乳液包括但不限于SA-110改性硅丙乳液和/或HBC-3000有机硅改性丙烯酸乳液。

本申请中，所述氯丁橡胶胶乳包括但不限于SKYPRENE LATEX LA-710、SKYPRENELATEX LA-410和SKYPRENE LATEX LA-502中的一种或多种。

本申请中，所述有机硅防水剂包括但不限于YJ有机硅防水剂、87ADDITIVE型有机硅防水剂和祥焕砼

本申请中，所述成膜助剂包括但不限于丙二醇甲醚、乙二醇丁醚、二甘醇单丁醚醋酸酯、乙二醇单甲醚醋酸酯、乙二醇单乙醚醋酸酯、乙二醇单丁醚醋酸酯和十二碳醇酯中的一种或多种。

第二方面，本申请提供一种金属屋面隔热防水涂料的制备方法，采用如下的技术方案：

一种金属屋面隔热防水涂料的制备方法，包括如下步骤：

向水中依次加入分散剂、氯丁橡胶胶乳、有机硅改性丙烯酸乳液、有机硅改性空心玻璃微珠、凹凸棒土、聚乙烯亚胺、聚丙二醇、氧化铝处理的金红石型钛白粉、有机硅防水剂和成膜助剂，混合，搅拌均匀，得金属屋面隔热防水涂料。

通过采取上述技术方案，本申请提供的金属屋面隔热防水涂料的制备方法，工艺简单，施工简单，具有防水隔热一体化，可以大大简化金属屋面涂料的施工工序，节约成本。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请采用有机硅改性空心玻璃微珠，在空心玻璃表面接枝有机硅氧烷，提高了金属屋面隔热防水涂料的稳定性和隔热效果。有机硅改性空心玻璃微珠和有机硅改性丙烯酸乳液共同作用，还提高了金属屋面隔热防水涂料与金属屋面的附着力，提高了金属屋面隔热防水涂料的剥离粘结性和浸水后的拉伸强度保持率。聚乙烯亚胺与有机硅改性丙烯酸乳液、氯丁橡胶胶乳共同作用，有助于提高金属屋面隔热防水涂料与金属屋面的附着力，同时提高漆膜的耐水性，从而提高了金属屋面隔热防水涂料的浸水后的拉伸强度保持率。

2、本申请优选采用1,3-二乙烯基四乙氧基二硅烷和3-巯丙基三甲氧基硅烷共同改性空心玻璃微珠，不仅提高了金属屋面隔热防水涂料的隔热反射效果和浸水后的拉伸强度保持率，还提高了氯丁橡胶胶乳的耐寒性，提高了金属屋面隔热防水涂料的低温柔性。

3、本申请优选采用疏水改性的聚丙烯酸铵盐的聚合物分散剂和聚氧乙烯-苯乙烯高分子聚合物类分散剂复配，不仅提高了金属屋面隔热防水涂料的分散性，使得金属屋面隔热防水涂料的隔热反射效果更好，还提高了金属屋面隔热防水涂料的渗透性和流平性，从而提高了漆膜的耐水性，使得金属屋面隔热防水涂料与金属屋面的附着力更高，金属屋面隔热防水涂料的浸水后的拉伸强度保持率好。

4、本申请优选采用羟值为255-312mgKOH/g的聚丙二醇和羟值为102-125mgKOH/g的聚丙二醇复配，进一步提高了金属屋面隔热防水涂料的分散性和剥离粘结性。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

本申请使用的原料均可通过市售获得，若无特殊说明，本申请各制备例、实施例、对比例中未提及的原料均购买自国药集团化学试剂有限公司。

制备例

制备例1-8提供了一种有机硅改性空心玻璃微珠，以下以制备例1为例进行说明。

制备例1提供的有机硅改性空心玻璃微珠，其制备步骤为：

(1)向10kg空心玻璃微珠中加入500L浓度为0.2mol/L的氢氧化钠水溶液，75℃反应2h，用去离子水洗至中性，抽滤，取固体，将固体在80℃烘干，得羟基化空心玻璃微珠；

(2)向S1步骤制备的羟基化空心玻璃微珠中加入400L体积比为1:3的乙醇水溶液，再加入2kg 1,3-二乙烯基四乙氧基二硅烷(CAS号3682-26-6)和1kg 3-巯丙基三甲氧基硅烷(CAS号4420-74-0)，在80℃反应4h，反应结束后抽滤，用乙醇洗涤固体5次，将洗涤后的固体在80℃烘干，得有机硅改性空心玻璃微珠；

其中，所述空心玻璃微珠的细度为1250目，购买自河北溢磊矿业有限公司。

制备例2-5，与制备例1不同之处仅在于：所述1,3-二乙烯基四乙氧基二硅烷和3-巯丙基三甲氧基硅烷的质量不同，具体见表1。

表1

制备例6，与制备例1不同之处仅在于：所述1,3-二乙烯基四乙氧基二硅烷等质量替换为3-巯丙基三甲氧基硅烷。

制备例7，与制备例1不同之处仅在于：所述3-巯丙基三甲氧基硅烷等质量替换为1,3-二乙烯基四乙氧基二硅烷。

制备例8，与制备例1不同之处仅在于：所述1,3-二乙烯基四乙氧基二硅烷等质量替换为乙烯基三甲氧基硅烷(CAS号2768-02-7)；所述3-巯丙基三甲氧基硅烷等质量替换为乙烯基三甲氧基硅烷。

实施例

实施例1-26提供了一种金属屋面隔热防水涂料，以下以实施例1为例进行说明。

实施例1提供的金属屋面隔热防水涂料，其制备步骤为：

向0.5kg水中依次加入0.1kg分散剂、2.5kg氯丁橡胶胶乳、3kg有机硅改性丙烯酸乳液、1kg有机硅改性空心玻璃微珠、0.5kg凹凸棒土、0.1kg聚乙烯亚胺、0.5kg氧化铝处理的金红石型钛白粉、0.05kg有机硅防水剂和0.1kg成膜助剂，混合，以800rpm的速度搅拌2h，得金属屋面隔热防水涂料；

其中，所述分散剂为聚羧酸钠盐润湿分散剂，型号为5040，购买自济南梓晨化工有限公司；所述氯丁橡胶胶乳为SKYPRENE LATEX LA-710，购买自日本东曹株式会社；

所述有机硅改性丙烯酸乳液为SA-110改性硅丙乳液，购买自安徽中恩化工有限公司；

所述有机硅改性空心玻璃微珠来源于制备例1；

所述凹凸棒土的细度为600目，购买自灵寿县权达矿产品加工厂；

所述聚乙烯亚胺的货号为408719-1L，购买自Sigma-Aldrich；

所述氧化铝处理的金红石型钛白粉的型号为HZR-828，购买自潍坊恒泽化工有限公司；

所述有机硅防水剂为YJ有机硅防水剂，购买自圣思恩(北京)新型材料科技有限公司；

所述成膜助剂为乙二醇单甲醚醋酸酯(CAS号629-38-9)。

实施例2-5，与实施例1不同之处仅在于：所述金属屋面隔热防水涂料的制备原料的质量不同，具体见表2。

表2

实施例6，与实施例3不同之处仅在于：所述金属屋面隔热防水涂料的制备原料还包括0.05kg聚丙二醇；

所述金属屋面隔热防水涂料的制备步骤为：

向0.8kg水中依次加入0.2kg分散剂、3.2kg氯丁橡胶胶乳、4kg有机硅改性丙烯酸乳液、1.5kg有机硅改性空心玻璃微珠、0.7kg凹凸棒土、0.3kg聚乙烯亚胺、0.05g聚丙二醇、1kg氧化铝处理的金红石型钛白粉、0.1kg有机硅防水剂和0.2kg成膜助剂，混合，以800rpm的速度搅拌2h，得金属屋面隔热防水涂料；

其中聚丙二醇为PPG-400，羟值为255-312mgKOH/g，购买自江苏省海安石油化工厂。

实施例7，与实施例6不同之处仅在于：所述聚丙二醇PPG-400的质量为0.1kg。

实施例8，与实施例6不同之处仅在于：所述聚丙二醇PPG-400的质量为0.08kg。

实施例9，与实施例8不同之处仅在于：所述聚丙二醇由PPG-400和PPG-1000按质量比1:1.2混合而成，所述PPG-1000的羟值为102-125mgKOH/g，购买自江苏省海安石油化工厂。

实施例10，与实施例9不同之处仅在于：所述PPG-400和PPG-1000的质量比为1:1.6。

实施例11，与实施例9不同之处仅在于：所述PPG-400和PPG-1000的质量比为1:1.4。

实施例12，与实施例8不同之处仅在于：所述PPG-400等质量替换为PPG-1000。

实施例13-19，与实施例11不同之处仅在于：所述有机硅改性空心玻璃微珠来源不同，具体见表3。

表3

实施例20，与实施例16不同之处仅在于：所述分散剂由聚氧乙烯-苯乙烯高分子聚合物类分散剂和疏水改性的聚丙烯酸铵盐类分散剂按质量比1:3混合而成；所述聚氧乙烯-苯乙烯高分子聚合物类分散剂的型号为

实施例21，与实施例20不同之处仅在于：所述乙烯高分子聚合物类分散剂

实施例22，与实施例20不同之处仅在于：所述乙烯高分子聚合物类分散剂

实施例23，与实施例20不同之处仅在于：所述聚氧乙烯-苯乙烯高分子聚合物类分散剂

实施例24，与实施例20不同之处仅在于：所述疏水改性的聚丙烯酸铵盐类分散剂SN-5027等质量替换为聚氧乙烯-苯乙烯高分子聚合物类分散剂

实施例25，与实施例21不同之处仅在于：所述凹凸棒土的粒度为1000目，购买自灵寿县权达矿产品加工厂。

实施例26，与实施例21不同之处仅在于：所述凹凸棒土的粒度为800目，购买自灵寿县权达矿产品加工厂。

对比例

对比例1，与实施例1不同之处仅在于：所述有机硅改性空心玻璃微珠(来源于制备例1)等质量替换为羟基化空心玻璃微珠，所述羟基化空心玻璃微珠；

所述羟基化空心玻璃微珠的制备步骤为：

向10kg空心玻璃微珠中加入500L浓度为0.2mol/L的氢氧化钠水溶液，75℃反应2h，用去离子水洗至中性，抽滤，取固体，将固体在80℃烘干，得羟基化空心玻璃微珠。

对比例2，与实施例1不同之处仅在于：所述SA-110改性硅丙乳液等质量替换为8602丙烯酸酯共聚乳液，所述8602丙烯酸酯共聚乳液购买自广州荣东化工有限公司。

对比例3，与实施例1不同之处仅在于：所述聚乙烯亚胺等质量替换为氯丁橡胶胶乳为SKYPRENE LATEX LA-710。

对比例4，与实施例1不同之处仅在于：所述聚乙烯亚胺等质量替换为氯丁橡胶胶乳为水。

性能检测试验

针对本申请实施例1-26和对比例1-4提供的金属屋面隔热防水涂料，进行如下的性能检测。

1、太阳光发射比：参照JG/T 375-2012附录B的方法，对实施例1-26和对比例1-4所述金属屋面隔热防水涂料进行太阳光发射比测试，测试结果见表4。

2、半球发射率：参照JG/T 375-2012附录C的方法，对实施例1-26和对比例1-4所述金属屋面隔热防水涂料进行半球发射率测试，测试结果见表4。

3、剥离粘结性：参照JG/T 375-2012附录A的方法，对实施例1-26和对比例1-4所述金属屋面隔热防水涂料进行剥离粘结性测试，测试结果见表4。

4、浸水后的拉伸强度保持率：参照JG/T 375-2012中第6.6.10节的方法，对实施例1-26和对比例1-4所述金属屋面隔热防水涂料进行浸水后的拉伸强度保持率测试，测试结果见表4。

表4

5、稳定性：将实施例1-26和对比例1-4所述金属屋面隔热防水涂料在25℃放置1个月、12个月，观察是否出现分层、浑浊现象，其中，分层或浑浊记为X，无分层且无浑浊记为O，测试结果见表5。

表5

以下结合表4和表5提供的检测数据，详细说明本申请。

对比本申请实施例1和对比例1的实验数据可知，实施例1的空心玻璃微珠接枝有机硅氧烷，对比例1的空心玻璃微珠无有机硅氧烷，实施例1中太阳光发射比、半球发射率、剥离粘结性和浸水后的拉伸强度保持率均高于对比例1中太阳光发射比、半球发射率、剥离粘结性和浸水后的拉伸强度保持率，说明有机硅改性空心玻璃微珠提高了金属屋面隔热防水涂料的隔热反射效果和附着力，且实施例1的稳定性更优，说明有机硅改性空心玻璃微珠提高了金属屋面隔热防水涂料中各组分间的相容性。

对比本申请实施例1和对比例2的实验数据可知，有机硅改性丙烯酸乳液提高了金属屋面隔热防水涂料的隔热反射效果、剥离粘结性、稳定性和浸水后的拉伸强度保持率。

对比本申请实施例1和对比例3-4的实验数据可知，聚乙烯亚胺显著提高了金属屋面隔热防水涂料浸水后的拉伸强度保持率，同时剥离粘结性和隔热反射效果也有一定的提高。

对比本申请实施例3、6的实验数据可知，聚丙二醇PPG-400提高了金属屋面隔热防水涂料的剥离粘结性和浸水后的拉伸强度保持率。

对比本申请实施例8-9、12的实验数据可知，羟值为255-312mgKOH/g的聚丙二醇PPG-400和羟值为102-125mgKOH/g的聚丙二醇PPG-1000复配，进一步提高了金属屋面隔热防水涂料的稳定性、隔热反射效果、剥离粘结性和浸水后的拉伸强度保持率。

对比本申请实施例11、17-19的实验数据可知，1,3-二乙烯基四乙氧基二硅烷和3-巯丙基三甲氧基硅烷共同改性空心玻璃微珠，提高了金属屋面隔热防水涂料的稳定性，进一步提高了金属屋面隔热防水涂料的稳定性的隔热反射效果、剥离粘结性和浸水后的拉伸强度保持率。

对比本申请实施例11、13-16的实验数据可知，当空心玻璃微珠、1,3-二乙烯基四乙氧基二硅烷和3-巯丙基三甲氧基硅烷的质量比为1:0.24:0.16时，进一步提高了金属屋面隔热防水涂料的隔热反射效果、剥离粘结性和浸水后的拉伸强度保持率。

对比本申请实施例16、20、23-24的实验数据可知，疏水改性的聚丙烯酸铵盐的聚合物分散剂和聚氧乙烯-苯乙烯高分子聚合物类分散剂复配，进一步提高了金属屋面隔热防水涂料的隔热反射效果、浸水后的拉伸强度保持率和剥离粘结性。

对比本申请实施例20-22的实验数据可知，当乙烯高分子聚合物类分散剂

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。