本技术涉及聚合物水泥防水涂料，尤其是涉及一种高耐候性丙烯酸聚合物水泥防水涂料、制备方法及应用。
背景技术：
1、聚合物水泥防水涂料主要以有机聚合物乳液和无机水泥以及填料作为主体，施工简单、涂层强度高、防水效果好，属于低voc排放涂料，近年来发展较快，被广泛应用于建筑防水行业中。聚合物水泥防水涂料由于涂料具有优良的防水性能，不仅在施工过程可减少碳排放，而且因降低了建筑物维护和维修成本从而可以进一步降低碳排放。
2、目前市场常规聚合物水泥防水涂料的耐候性检测标准是720h，多数情况下不在外露工程使用，需要在防水涂料上层使用保护层。在实际工程应用中，有很多防水工程需要聚合物水泥防水涂料外露使用，从而需要提高聚合物水泥防水涂料的耐候性，满足外露工程的需求。
3、市售聚合物水泥防水涂料主要采用醋酸乙烯聚合物和苯乙烯-丙烯酸丁酯聚合物，聚醋酸乙烯的聚合物水泥防水涂料耐候性较好，但是由于耐碱性、耐酸性和耐水性较差，多用于卫生间防水工程，不适合用于长期浸水的防水工程和外露工程。聚苯乙烯聚-丙烯酸酯聚合物水泥防水涂料的耐水性和耐碱性优于醋酸乙烯聚合物水泥防水涂料，由于采用聚合物中包含苯乙烯单元，聚合物的耐候性一般，聚合物容易老化，不适合用于外露工程。
技术实现思路
1、为了解决上述至少一种技术问题，本技术提供了一种高耐候性丙烯酸聚合物水泥防水涂料，包括a和b两组分，通过a和b两组分的配合，使该涂料涂层的耐候性、耐碱性、耐酸性和耐水性相较于现有技术具有明显的提升，可直接用于各种严苛环境下的外露工程，如极寒地区、高原、海岛等环境。
2、第一方面，本技术提供了一种高耐候性丙烯酸聚合物水泥防水涂料，包括a组分和b组分，所述a组分与b组分的重量比为1：0.6-2；所述a组分是由核层聚合物与壳层聚合物组成的具有核壳结构的水性丙烯酸聚合物乳液，所述壳层聚合物的聚合单体包括甲基丙烯酸叔丁酯和丙烯酸叔丁酯中的至少一种；所述b组分为包括水泥、紫外线吸收剂和金红石钛白粉的混合物。
3、在一些实施方式中，以所述b组分的总重量份数计，所述b组分包括以下重量份数的原料：水泥14-50份、重质碳酸钙5-35份、石英粉5-10份、硅灰石10-35份、纳米二氧化硅1-10份、紫外线吸收剂1-10份、金红石钛白粉5-30份。
4、通过采用上述技术方案，本技术中制得的高耐候性丙烯酸聚合物水泥防水涂料中的a组分的壳层聚合物的聚合单体中包括甲基丙烯酸叔丁酯和/或丙烯酸叔丁酯，使a组分即水性丙烯酸聚合物乳液具有出色的耐候性，b组分中含有紫外线吸收剂和金红石钛白粉，紫外线吸收剂通过吸收光线中的紫外线降低紫外线对聚合物的破坏，金红石钛白粉能反射各种波长的光线，降低紫外线对聚合物水泥防水涂料中的聚合物的破坏。在a组分和b组分共混的涂料体系中，a组分壳层聚合物中的甲基丙烯酸叔丁酯和/或丙烯酸叔丁酯中的叔丁基基团具有稳定的结构，与紫外线吸收剂、金红石钛白粉共混后，能大幅度提高防水涂料的耐候性，同时还能提高丙烯酸聚合物水泥防水涂料涂层的耐碱性、耐酸性和耐水性。
5、在一些实施方式中，所述a组分与b组分的重量比为1：0.5-2，制得的丙烯酸聚合物水泥防水涂料中的固形物的浓度为55-90wt％。
6、在一些优选的实施方式中，所述a组分与b组分的重量比为1：0.9-1.7，制得的丙烯酸聚合物水泥防水涂料中的固形物的浓度为65-85wt％。
7、在一些优选的实施方式中，以所述b组分的总重量份数计，所述b组分包括以下重量份的原料：水泥35份、重质碳酸钙20份、石英粉10份、硅灰石7份、纳米二氧化硅5份、紫外线吸收剂3份和金红石钛白粉20份。
8、通过采用上述技术方案，将所述b组分中各成分的重量份数控制在上述范围内，能够进一步提高防水涂料的耐候性。
9、在一些实施方式中，所述a组分即具有核壳结构的水性丙烯酸聚合物乳液中的核层聚合物与壳层聚合物的重量比为1:(0.5-1.5)。在一些具体实施例中，所述a组分即具有核壳结构的水性丙烯酸聚合物乳液中的核层聚合物与壳层聚合物的重量比为1：0.5、1：0.8、1：1、1：1.2或1：1.5等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
10、在一些优选的实施方式中，所述a组分即具有核壳结构的水性丙烯酸聚合物乳液中的核层聚合物与壳层聚合物的重量比为1:(0.7-1.5)。
11、在一些实施方式中，所述核层聚合物的玻璃化转变温度为-50-50℃；所述壳层聚合物的玻璃化转变温度为-50-50℃。
12、在一些优选的实施方式中，所述核层聚合物的玻璃化转变温度为-20-15℃，所述壳层聚合物的玻璃化转变温度为-30-0℃。
13、本技术中，聚合物的玻璃化转变温度(tg)是指聚合物由玻璃态转变为高弹态所对应的温度。玻璃化转变是非晶态高分子聚合物的固有的性质，是高分子运动形式转变的宏观体现，它直接影响到聚合物材料的使用性能和工艺性能。本技术通过将水性丙烯酸聚合物乳液中核聚合物与壳聚合物的玻璃化转变温度温度控制在上述范围内，能够使核壳结构的水性丙烯酸聚合物乳液有更好的耐候性、耐碱性、耐酸性和耐水性，同时使涂料制得的涂层具有较好的拉伸强度和伸长率。
14、在一些实施方式中，基于所述壳层聚合物的总重量计，所述壳层聚合物的聚合单体包括5-70wt％的单体a、25-95wt％的单体b和0-10wt％的单体c，所述单体a包括甲基丙烯酸叔丁酯和丙烯酸叔丁酯的至少一种，所述单体b包括至少一种的非离子单烯烃类不饱和单体，所述单体c包括至少一种的亲水单烯烃类不饱和单体；
15、在一些实施方式中，基于所述核层聚合物的总重量计，所述核层聚合物的聚合单体包括5-99.9wt％的单体b和0.1-5wt％的单体c，所述单体b包括至少一种的非离子单烯烃类不饱和单体，所述单体c包括至少一种的亲水单烯烃类不饱和单体。
16、在一些具体实施方式中，所述非离子单烯烃类不饱和单体选自丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸酯十二烷基酯、甲基丙烯酸酯十二烷基酯、丙烯酸酯十八烷基酯、甲基丙烯酸酯十八烷基酯、苯乙烯和醋酸乙烯酯中的至少一种。
17、在一些具体实施方式中，所述亲水单烯烃类不饱和单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酰氧基丙酸、甲基丙烯酰氧基丙酸、马来酸、衣康酸、苯乙烯磺酸钠和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中的至少一种。
18、本技术中所述a组分即具有核壳结构的水性丙烯酸聚合物乳液的制备方法为本领域的常规方法。在一些实施方式中，通过选用上述单体进行聚合物的制备，使制得的聚合物乳液形成含有coo-或so42-基团的齐聚物，优选的亲水单烯烃类不饱和单体为丙烯酸和/或2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸。通过采用上述技术方案，a组分中的水性丙烯酸聚合物乳液表面具备很高电荷密度(乳胶粒子表面带有coo-或so42-)，同时包含具有coo-或so42-基团的齐聚物，因此b组分中的粉体可以直接加入到聚合物乳液中分散，所有的粉体都能有效的分散，不需要单独制备b组分浆体，制备方法更为简便，且能够制备具有较高的体积固含量的防水涂料，进而适合提供厚质涂层，提高涂层的致密性，从而提高防水的涂料的耐水性、耐酸性和耐碱性。
19、在一些实施方式中，所述a组分即具有核壳结构的水性丙烯酸聚合物乳液在制备过程中，采用表面活性剂来稳定聚合物粒子，采用不含烷基酚的非离子或阴离子表面活性剂。优选地，采用脂肪醇聚氧乙烯醚(40eo单元)和/或脂肪醇聚氧乙烯醚(4eo单元)硫酸钠。
20、在一些实施方式中，a组分制备过程中采用的表面活性剂的用量为a组分总重量的0.3-3wt％。
21、在一些实施方式中，所述的b组分的紫外线吸收剂选自二苯甲酮类和苯并三唑类的一种或多种。
22、在一些优选的实施方式中，所述b组分的紫外线吸收剂为2,4-二羟基二苯甲酮。
23、在一些优选的实施方式中，所述b组分包括以下重量份的原料：水泥14-50份、重质碳酸钙5-35份、石英粉5-10份、硅灰石10-35份、纳米二氧化硅1-10份、2,4-二羟基二苯甲酮1-5份、金红石钛白粉5-30份。
24、第二方面，本技术提供了上述高耐候性丙烯酸聚合物水泥防水涂料的制备方法，包括以下步骤：
25、s1、在反应容器中进行第一阶段聚合反应，制得核层聚合物乳液；
26、s2、在步骤s1制得的核层聚合物乳液中进行第二阶段聚合反应，制得a组分，即制得核壳结构的水性丙烯酸聚合物乳液；
27、s3、将水泥、重质碳酸钙、石英粉、硅灰石、纳米二氧化硅、紫外线吸收剂、金红石钛白粉混合，制得b组分；
28、s4、将b组分加入到a组分中，搅拌，制得高耐候性丙烯酸聚合物水泥防水涂料；
29、本技术中所述a组分即具有核壳结构的水性丙烯酸聚合物乳液的制备方法为半连续滴加方式，是乳液聚合常规的方法；其中，所述步骤s1中的第一阶段聚合反应和所述步骤s2中的第二聚合反应均采用半连续滴加乳液的聚合方式进行合成，反应温度均为65-90℃；所述步骤s1结束和所述步骤s2开始进行为连续的步骤，中间无时间间隔；所述第一阶段聚合反应和第二阶段聚合反应的反应时间之和为3-5h。
30、在一些优选的实施方式中，所述步骤s1和所述步骤s2中，第一阶段聚合反应时间与第二阶段聚合反应时间的比值与核层聚合物与壳层聚合物的重量比的比值相等。优选的，所述第一阶段聚合反应和第二阶段聚合反应的反应温度为70℃。优选的，所述第一阶段聚合反应和第二阶段聚合反应的反应时间之和为4.5h。
31、通过采用上述技术方案，通过控制a组分中壳层聚合物与核层聚合物合成的反应条件，获得非均相的、高分子量的聚合物，进一步提高聚合物的耐候性，以及耐水性和耐碱性。
32、在一些实施方式中，所述步骤s4中，搅拌时间为5-20min，搅拌速度为200-1200rpm。
33、第三方面，本技术提供了上述高耐候性丙烯酸聚合物水泥防水涂料在户外结构的外墙、屋面上，以及严苛环境的外露工程的应用。
34、本技术中的防水涂料的，具备出色的耐候性，良好的耐酸性、耐碱性和耐水性，可以用于各种环境条件下的外露工程，降低工程造价，减少碳排放，提高防水工程的耐久性。
35、综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
36、1.本技术中制得的高耐候性丙烯酸酯聚合物水泥防水涂料中的水性丙烯酸酯聚合物乳液为核壳结构，其中壳层聚合物采用甲基丙烯酸叔丁酯和/或丙烯酸叔丁酯作为聚合单体之一，该聚合物结构使制得的水性丙烯酸酯聚合物乳液具有较强的耐酸性、耐碱性和耐水性，从而使制得的丙烯酸酯聚合物水泥防水涂料具有较强的耐碱性和耐水性。
37、2.本技术中制得的高耐候性丙烯酸酯聚合物水泥防水涂料中的水性丙烯酸酯聚合物乳液与填料中的紫外线吸收剂和金红石钛白粉共混，同时在其他填料的辅助作用下，极大程度提高了丙烯酸酯聚合物水泥防水涂料在紫外线环境下的耐老化性能，从而使制得的丙烯酸酯聚合物水泥防水涂料具有高耐候性。
38、3.本技术中制得的高耐候性丙烯酸酯聚合物水泥防水涂料具有较好的耐候性和保护性，本技术的涂料制得的涂层上不需要涂刷保护层。
1.一种高耐候性丙烯酸聚合物水泥防水涂料，其特征在于，包括a组分和b组分，所述a组分与b组分的重量比为1：0.6-2；
2.根据权利要求1所述的高耐候性丙烯酸聚合物水泥防水涂料，其特征在于，所述b组分包括以下重量份数的原料：水泥14-50份、重质碳酸钙5-35份、石英粉5-10份、硅灰石10-35份、纳米二氧化硅1-10份、紫外线吸收剂1-10份、金红石钛白粉5-30份。
3.根据权利要求1所述的高耐候性丙烯酸聚合物水泥防水涂料，其特征在于，所述核层聚合物与壳层聚合物的重量比为1：0.5-1.5。
4.根据权利要求1所述的高耐候性丙烯酸聚合物水泥防水涂料，其特征在于，所述核层聚合物的玻璃化转变温度为-50-50℃；所述壳层聚合物的玻璃化转变温度为-50-50℃。
5.根据权利要求1所述的高耐候性丙烯酸聚合物水泥防水涂料，其特征在于，基于所述壳层聚合物的总重量计，所述壳层聚合物的聚合单体包括5-70wt%的单体a、25-95wt%的单体b和0-10wt%的单体c；和/或基于所述核层聚合物的总重量计，所述核层聚合物的聚合单体包括5-99.9wt%的单体b和0.1-5wt%的单体c；
6.根据权利要求5所述的高耐候性丙烯酸聚合物水泥防水涂料，其特征在于，所述非离子单烯烃类不饱和单体选自丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸酯十二烷基酯、甲基丙烯酸酯十二烷基酯、丙烯酸酯十八烷基酯、甲基丙烯酸酯十八烷基酯、苯乙烯和醋酸乙烯酯中的至少一种；
7.根据权利要求2所述的高耐候性丙烯酸聚合物水泥防水涂料，其特征在于，所述紫外线吸收剂选自二苯甲酮类和苯并三唑类的一种或多种。
8.根据权利要求1-7任一项所述的高耐候性丙烯酸聚合物水泥防水涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的高耐候性丙烯酸聚合物水泥防水涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，搅拌时间为5-20min，搅拌速度为200-1000rpm。
10.一种权利要求1-7任一项所述的高耐候性丙烯酸聚合物水泥防水涂料在户外结构的外墙、屋面上，以及严苛环境的外露工程的应用。
