生土防水保温涂料及其制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于绿色建筑材料技术领域，更加具体地说，涉及一种生土防水保温涂料 的制备方法。
【背景技术】
[0002] 生土建筑泛指未经焙烧而仅仅经过简单密实加工的原状土类材料，营造主体结构 的建筑体。生土建筑是一种最古老而迄今还一直被广泛采用的建筑类型。由于生土分布广 泛，取土方便，经济实用，并且采用生土建造的建筑具有冬暖夏凉，坚固耐久的特性，所以长 期以来，生土材料是广大人民普遍采用的一种建筑材料（《生土建筑现场调查》，张延年等 著，科学出版社，2014)。从人类社会形成以来，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，我国农村至今尚有1亿多人口居住在生土建筑中，因此， 如何在经济高速发展当下和新农村建设中发展和改进传统的生土建筑，对我国农村居住条 件的改善，以及扩大生土材料在其他领域的应用都具有十分重大的意义。传统混凝土等建 筑材料中水泥砂浆固化后会形成牢固的化学键，给与建筑物强大的支撑力，与此同时，废弃 的混凝土变得非常稳定、难以重复利用，对资源和环境造成严重危害。由于生土材料源于天 然原土，土壤颗粒之间鲜有强化学键，使其具有极为优异的可循环利用潜力，但正是因为生 土材料特殊结构，也会给其带来致命缺陷，严重威胁着生土建筑的使用寿命，尤其是生土材 料不耐水，遇水软化、强度降低等缺点，使生土建筑的使用受到限制（《生土建筑的生命机 制》，王晓华著，中国建筑工业出版社，2010)。因此，如何对生土材料进行改性，增强生土材 料的耐水性和耐久性，提高生土建筑的使用年限，就成为生土材料研究必须首先解决的问 题。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，克服了现有生土材料耐水性差、保 温隔热性能不佳的缺点，提供了一种生土防水保温涂料的制备方法，有利于显著提高生土 材料的耐水性和保温隔热性能。
[0004] 本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：
[0005] 生土防水保温涂料及其制备方法，按照下述步骤进行：
[0006] 步骤1，在80-150重量份正硅酸乙酯中加入0.1-1重量份12mol/L的氯化氢的水溶 液中（即盐酸），室温20-25摄氏度下搅拌5-30min后静置30-180min，随后加入0.01-0.2重 量份氢氧化钠固体，搅拌至其完全溶解，将上述溶液静置2_6h后得到湿凝胶，在湿凝胶中加 入0.W重量份甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵，静置2-6h后，将产物置于⑶ 2超 临界高压萃取装置中，以C02为介质在温度30-50Γ和气压7-10MPa下进行超临界干燥至少 lh，即可得到二氧化硅气凝胶。
[0007] 在所述步骤1中，进行超临界干燥时间为2-3h。
[0008] 在所述步骤1中，以C〇2为介质进行超临界干燥，温度为35-40°C，气压为8-9MPa。
[0009] 在所述步骤1中，正娃酸乙酯为100-120重量份，氢氧化钠固体为0.05-0.1重量 份，甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵为0.3-0.8重量份，12mol/L的氯化氢的水溶 液为0.3-0.8重量份。
[0010] 在所述步骤1中，在正硅酸乙酯中加入氯化氢的水溶液中后，室温20-25摄氏度下 搅拌10-20min后静置60-120min，搅拌速度为每分钟100-150转；随后加入氢氧化钠固体， 搅拌至其完全溶解，搅拌速度为每分钟100-150转，将上述溶液静置3-5h后得到湿凝胶， 在湿凝胶中加入甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵，静置3-5h。
[0011] 步骤2，将0.1-0.5重量份十二烷基硫酸钠溶于50-100重量份去离子水，将步骤1得 到的二氧化硅气凝胶10-20重量份均匀分散在50-60重量份无水乙醇中，然后将分散有二 氧化硅气凝胶的无水乙醇加入到溶有十二烷基硫酸钠的去离子水中并分散均匀，使用惰性 气体进行排除空气，以使反应在无氧条件下进行，并升温至50-70°C;在维持搅拌条件下滴 加80-90重量份甲基丙烯酸甲酯在15-30min内滴加完毕，升温至70-90°C，加入0.1-0.5重量 份过硫酸钾和0.01-0.05重量份碳酸钾，反应5-10h后冷却，即得到生土防水保温涂料。
[0012] 在所述步骤2中，使用惰性气体为氮气、氦气或者氩气。
[0013] 在所述步骤2中，十二烷基硫酸钠为0.2-0.3重量份，去离子水为60-80重量份， 步骤1得到的二氧化硅气凝胶为15-18重量份，无水乙醇为55-60重量份，过硫酸钾为 0.2-0.3重量份，碳酸钟为0.02-0.04重量份。
[0014]在所述步骤2中，使用惰性气体通入反应体系至少30min进行排除空气，以使反应 在无氧条件下进行，优选30-40min。
[0015] 在所述步骤2中，滴加完毕甲基丙烯酸甲酯后，使用惰性气体通入反应体系进行排 除空气，以使反应在无氧条件下进行，通入时间为10-20min，再进行升温。
[0016] 在所述步骤2中，反应结束后自然冷却至25-40°C，即得到生土防水保温涂料。
[0017] 采用美国Brookhaven的ZetaPALS型高分辨Zeta电位及粒度分析仪分别测定Zeta 电位，结果如附图1所示，a为采用本发明步骤1的工艺方法制备的二氧化硅气凝胶(未经甲 基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵修饰），b为甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化 铵和甲基丙烯酸甲酯的共聚物溶液(采用本发明步骤2的工艺方法进行制备，不添加二氧化 硅气凝胶，直接将甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵和甲基丙烯酸甲酯进行共聚）， c为采用本发明步骤1的工艺方法制备的二氧化硅气凝胶湿凝胶(经甲基丙烯酰氧乙基十二 烷基三甲基氯化铵修饰），d为采用本发明步骤1的工艺方法制备的二氧化硅气凝胶(经甲基 丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵修饰）。由附图1所示可知，未经改性的二氧化硅气凝 胶的Zeta电位为负值(-38.6lmV)。其原因是由于未经疏水化改性的二氧化硅(SA)表面带有 大量硅羟基，与空气中的水作用而发生电离，形成带负电荷的离子Si〇-;甲基丙烯酰氧乙基 十二烷基三甲基氯化铵和甲基丙烯酸甲酯的共聚物溶液的Zeta电位为正值(24.43mV)是由 于甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵作为阳离子单体，与水作用可以产生带正电荷 的季铵基团-n+(ch 3)3;通过气凝胶骨架表面的负电荷与甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基 氯化铵分子上正电荷间的相互吸引作用构建相界面得到的经甲基丙烯酰氧乙基十二烷基 三甲基氯化铵修饰的二氧化硅气凝胶湿凝胶的Zeta电位为-18.61mV。这是由于在相界面构 建以及共聚物聚合过程中，带正电荷的甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵分子能够 被吸引到带负电荷的凝胶骨架上，使复合材料电性得以中和，Zeta电位值介于未修饰气凝 胶与共聚物之间，而Zeta电位为负值，说明气凝胶骨架表面仍有部分负电荷未被中和。而当 湿凝胶经过超临界干燥过程得到经甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵修饰的二氧 化硅气凝胶后，Zeta电位较干燥前并未发生明显变化，可见静电吸引作用足够强，使得气凝 胶表面依靠静电作用吸附的甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵并未发生明显的脱 附现象。
[0018]采用美国Nicolet--5DX傅里叶变换红外光谱仪测定得到红外光谱图，其中a为未 经甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵修饰的二氧化硅气凝胶，b为经甲基丙烯酰氧 乙基十二烷基三甲基氯化铵修饰的二氧化硅气凝胶。从谱图中可以看到，未经修饰的气凝 胶的谱线(a)在803CHT 1和1103CHT1处有吸收峰，分别对应的是Si02中Si-Ο的对称和不对称伸 缩振动的特征吸收峰，3442CHT 1处对应的是Si02表面羟基的伸缩振动吸收峰，而1630CHT1处 对应的则是测试样品中残留水的吸收峰。而当二氧化硅气凝胶经甲基丙烯酰氧乙基十二烷 基三甲基氯化铵修饰后，在谱线(b)的1453CHT 1处出现了对应于甲基丙烯酰氧乙基十二烷基 三甲基氯化铵中