專利名稱：一種超疏水自清潔的再生水泥基涂料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種具有超疏水自清潔特性的再生水泥基涂層及其制備方法。
背景技術：
本發明主要針對水泥基外墻、跨江海大橋的橋墩和橋面、海港碼頭、輪船和航母的甲板和外殼、污水池、酸堿液體儲液池、油水分離裝置等有防水、防結冰、防酸堿液體侵蝕、 防鋼筋(鋼板)銹蝕這類特殊性能要求的基體材料，而發明的超疏水涂層材料。當水、海水、鹽水等侵蝕性液體進入不到混凝土或鋼筋混凝土內部時，就可大幅減緩橋梁、建筑外墻、海港碼頭、船舶甲板和外殼等結構的腐蝕速率，大大提升其耐久性，延長這些結構的使用壽命。其中，當潛艇、輪船表面具有超疏水性，那么船速能得到很大的提高， 船運的時間可以得到很大的降低。在Jia等人在利用硅烷化的超疏水硅表面進行減阻研究發現，減阻可達30% -40%。因此，本發明使用廢舊混凝土微細粉末作為有機_無機雜化對象，采用成本低、對基底屬性要求不高、且可以快速大量制備的溶膠_凝膠法來制備超疏水有機_無機雜化涂層材料。

發明內容
本發明的目的是提供一種超疏水自清潔的再生水泥基涂料及其制備方法，由本發明所得涂料形成的涂層具有接觸角大、耐久性和耐沖刷的特點。本發明采用如下技術方案本發明所述的一種超疏水自清潔的再生水泥基涂料，所述涂料是粒徑小于80 μ m 的改性廢舊水泥粉末，所述改性廢舊水泥粉末是作為廢舊水泥粉末中組份之一的水化硅酸鈣凝膠C-S-H被改性的廢舊水泥粉末，所述的被改性的水化硅酸鈣凝膠C-S-H結構式是xCaO · SiO2 · (χ_0· 5) H2O, η = 2 3· 5。本發明所述的一種超疏水自清潔的再生水泥基涂料的制備方法，包括下列步驟(1)廢舊水泥粉末的制備將收集到的粒徑小于0. 15mm的廢棄混凝土微細粉末進行研磨，過篩孔孔徑為80μπι的水泥水篩，干燥后得到廢舊水泥粉末并用密封袋封裝待用，(2)再生水泥基涂料的制備首先控制超聲波清洗器中的水溫在40°C，然后在浸入水中的三口燒瓶中先后加入廢舊水泥粉末、甲基三乙氧基硅烷(MTES)和分析純乙醇， 其中，廢舊水泥粉末加入量為甲基三乙氧基硅烷(MTES)與乙醇質量之和的11% 25%， 超聲處理Ih后，加入分析純氨水，繼續超聲處理30 90min，即可獲得有機-無機雜化的再生水泥基涂料，所述甲基三乙氧基硅烷MTES、分析純乙醇及分析純氨水的摩爾比為 1 · 3 5 · 12* 5 ο與現有技術相比，本發明具有以下特點本發明具有超疏水特性，與pH值5-12的液滴的接觸角大于150° (如圖1_圖4 所示)，能夠自清潔(如圖5-圖8所示)，耐久性和耐沖刷良好(如圖9、圖10所示)，能在pH值5-12的范圍內使用。(1)水泥凈漿中，水泥水化后的C-S-H凝膠體水解后獲得帶有羥基的硅酸鈣納米顆粒，MTES水解后可獲得CH3-Si-(OH)3,兩個水解產物發生縮合反應，形成表面包裹有大量-CH3基團(如圖11所示)的水化硅酸鈣無機聚合體，具有疏水性；(2)涂抹方式對再生水泥基涂層的疏水性影響較小；(3)再生水泥基涂層與純水、自來水、PH值為10的弱堿液體和pH值為5弱酸液體的接觸角均大于150°，且黏附力較小，見圖1-圖4所示，顯示出優異的超疏水特性；(4)通過沖刷試驗測試，涂層表面能夠沖刷時間大于96h無異常，說明本發明制備的再生水泥基涂層具有很強的抗洗刷性，見圖9、圖10所示；(5)將粉煤灰均勻灑在本發明所述的再生水泥基涂層表面，隨后用5L自來水從高度IOcm處以lL/min的流速傾倒到試塊表面，結果發現該涂層具有很好的自清潔性，見圖 5_圖8所示。


圖1為純水液滴在再生水泥基涂層表面的接觸角，圖2為自來水液滴在再生水泥基涂層表面的接觸角，圖3為弱堿性(pH = 10)液滴在再生水泥基涂層表面的接觸角，圖4為弱酸性(pH = 5)液滴在再生水泥基涂層表面的接觸角，圖5為自清潔試驗前的再生水泥基涂層表面形貌，圖6為附著粉煤灰的再生水泥基涂層表面，圖7為粉煤灰被沖洗后的再生水泥基涂層表面，圖8為自清潔試驗完成后風干的再生水泥基涂層表面，圖9為耐沖刷試驗前的再生水泥基涂層表面，圖10為耐沖刷試驗后的再生水泥基涂層表面，圖11為再生水泥基涂層的紅外光譜分析圖，圖12為實例1的基材浸漬方法制備超疏水再生水泥基涂層，圖13為實例2的直接滴加方法制備超疏水再生水泥基涂層，圖14為實例3的人工涂刷方式涂裝超疏水再生水泥基涂層，圖15為實例4的高壓噴槍方式制備超疏水再生水泥基涂層，圖16為實例5的1. 5Ca0 · SiO2 · H2O水化硅酸鈣凝膠形貌，圖17為實例5的2Ca0 · SiO2 · 1. 5H20水化硅酸鈣凝膠形貌，圖18為實例5的3. 4CaO · SiO2 · 3H20水化硅酸鈣凝膠形貌。實例1(1)廢舊水泥粉末的制備將收集到的粒徑小于0. 15mm的廢棄混凝土微細粉末進行研磨，過篩孔孔徑為80μπι的水泥水篩，干燥后得到廢舊水泥粉末并用密封袋封裝待用，(2)再生水泥基涂料的制備首先控制超聲波清洗器中的水溫在40°C，然后在浸入水中的三口燒瓶中先后加入廢舊水泥粉末、甲基三乙氧基硅烷(MTES)和分析純乙醇， 其中，廢舊水泥粉末加入量為甲基三乙氧基硅烷(MTES)與乙醇質量之和的11% 25%， 超聲處理Ih后，加入分析純氨水，繼續超聲處理30 90min，即可獲得有機-無機雜化的再生水泥基涂料，所述甲基三乙氧基硅烷MTES、分析純乙醇及分析純氨水的摩爾比為 1 · 3 5 · 12* 5 ο按照上述制備方法，獲得了具有超疏水自清潔特性的再生水泥基涂層材料，見圖 12所示。對上述具有超疏水自清潔特性的再生水泥基涂料，通過如下涂抹方式將基材浸泡在所述再生水泥基涂料中繼續超聲處理lOmin，取出后室溫下自然干燥24h，形成超疏水涂層，所述基材為水泥基材、玻璃基材、石材或鋼材；經過以上步驟，即可在水泥基材、玻璃基材、石材或鋼材等表面獲得具有超疏水自清潔特性的再生水泥基涂層。實例2(1)廢舊水泥粉末的制備將收集到的粒徑小于0. 15mm的廢棄混凝土微細粉末進行研磨，過篩孔孔徑為80μπι的水泥水篩，干燥后得到廢舊水泥粉末并用密封袋封裝待用，(2)再生水泥基涂料的制備首先控制超聲波清洗器中的水溫在40°C，然后在浸入水中的三口燒瓶中先后加入廢舊水泥粉末、甲基三乙氧基硅烷(MTES)和分析純乙醇， 其中，廢舊水泥粉末加入量為甲基三乙氧基硅烷(MTES)與乙醇質量之和的11% 25%， 超聲處理Ih后，加入分析純氨水，繼續超聲處理30 90min，即可獲得有機-無機雜化的再生水泥基涂料，所述甲基三乙氧基硅烷MTES、分析純乙醇及分析純氨水的摩爾比為 1 · 3 5 · 12* 5 ο按照上述制備方法，獲得了具有超疏水自清潔特性的再生水泥基涂層材料，見圖 13所示。對上述具有超疏水自清潔特性的再生水泥基涂料，通過如下涂抹方式直接滴加所述再生水泥基涂料至基材表面，室溫下自然干燥24h后，形成超疏水涂層，所述基材為水泥基材、玻璃基材、石材或鋼材；經過以上步驟，即可在水泥基材、玻璃基材、石材或鋼材等表面獲得具有超疏水自清潔特性的再生水泥基涂層。實例3(1)廢舊水泥粉末的制備將收集到的粒徑小于0. 15mm的廢棄混凝土微細粉末進行研磨，過篩孔孔徑為80μπι的水泥水篩，干燥后得到廢舊水泥粉末并用密封袋封裝待用，(2)再生水泥基涂料的制備首先控制超聲波清洗器中的水溫在40°C，然后在浸入水中的三口燒瓶中先后加入廢舊水泥粉末、甲基三乙氧基硅烷(MTES)和分析純乙醇， 其中，廢舊水泥粉末加入量為甲基三乙氧基硅烷(MTES)與乙醇質量之和的11% 25%， 超聲處理Ih后，加入分析純氨水，繼續超聲處理30 90min，即可獲得有機-無機雜化的再生水泥基涂料，所述甲基三乙氧基硅烷MTES、分析純乙醇及分析純氨水的摩爾比為 1 · 3 5 · 12* 5 ο按照上述制備方法，獲得了具有超疏水自清潔特性的再生水泥基涂層材料，見圖 14所示。對上述具有超疏水自清潔特性的再生水泥基涂料，通過如下涂抹方式用人工方式或自動化平板抹平裝置將所述再生水泥基涂層材料在基材表面抹壓平整，室溫下自然干燥24h后，形成超疏水涂層，所述基材為水泥基材、玻璃基材、石材或鋼材。經過以上步驟，即可在水泥基材、玻璃基材、石材或鋼材等表面獲得具有超疏水自清潔特性的再生水泥基涂層。實例 4(1)廢舊水泥粉末的制備將收集到的粒徑小于0. 15mm的廢棄混凝土微細粉末進行研磨，過篩孔孔徑為80μπι的水泥水篩，干燥后得到廢舊水泥粉末并用密封袋封裝待用，(2)再生水泥基涂料的制備首先控制超聲波清洗器中的水溫在40°C，然后在浸入水中的三口燒瓶中先后加入廢舊水泥粉末、甲基三乙氧基硅烷(MTES)和分析純乙醇， 其中，廢舊水泥粉末加入量為甲基三乙氧基硅烷(MTES)與乙醇質量之和的11% 25%， 超聲處理Ih后，加入分析純氨水，繼續超聲處理30 90min，即可獲得有機-無機雜化的再生水泥基涂料，所述甲基三乙氧基硅烷MTES、分析純乙醇及分析純氨水的摩爾比為 1 · 3 5 · 12* 5 ο按照上述制備方法，獲得了具有超疏水自清潔特性的再生水泥基涂層材料，見圖 15所示。對上述具有超疏水自清潔特性的再生水泥基涂料，通過如下涂抹方式采用高壓噴槍噴射方式將再生水泥基涂層材料均勻覆蓋于基材表面，室溫下自然干燥24h后，形成超疏水涂層，所述基材為水泥基材、玻璃基材、石材或鋼材。經過以上步驟，即可在水泥基材、玻璃基材、石材或鋼材等表面獲得具有超疏水自清潔特性的再生水泥基涂層。實例 5一種超疏水自清潔的再生水泥基涂料，所述涂料是粒徑小于80 μ m的改性廢舊水泥粉末，所述改性廢舊水泥粉末是作為廢舊水泥粉末中組份之一的水化硅酸鈣凝膠C-S-H 被改性的廢舊水泥粉末，所述的被改性的水化硅酸鈣凝膠C-S-H結構式是xCaO · SiO2 · (χ-0. 5)H2O, η = 1. 5 3. 4，在本實施例中，被改性的水化硅酸鈣凝膠 C-S-H 結構式是1. 5Ca0 · SiO2 · H20、2Ca0 · SiO2 · 1. 5H20 或 3. 4CaO · SiO2 · 3H20,參照圖 16、17、18。實例6一種超疏水自清潔的再生水泥基涂料的制備方法，包括下列步驟(1)廢舊水泥粉末的制備將收集到的粒徑小于0. 15mm的廢棄混凝土微細粉末進行研磨，過篩孔孔徑為80μπι的水泥水篩，干燥后得到廢舊水泥粉末并用密封袋封裝待用，(2)再生水泥基涂料的制備首先控制超聲波清洗器中的水溫在40°C，然后在浸入水中的三口燒瓶中先后加入廢舊水泥粉末、甲基三乙氧基硅烷(MTES)和分析純乙醇， 其中，廢舊水泥粉末加入量為甲基三乙氧基硅烷(MTES)與乙醇質量之和的11% 25%， 超聲處理Ih后，加入分析純氨水，繼續超聲處理30 90min，即可獲得有機-無機雜化的再生水泥基涂料，所述甲基三乙氧基硅烷MTES、分析純乙醇及分析純氨水的摩爾比為 1 35 12. 5，在本實施例中，廢舊水泥粉末加入量具體可以選擇為甲基三乙氧基硅烷 (MTES)與乙醇質量之和的11%、14%或25%。
權利要求
1.一種超疏水自清潔的再生水泥基涂料，其特征在于，所述涂料是粒徑小于80 μ m的改性廢舊水泥粉末，所述改性廢舊水泥粉末是作為廢舊水泥粉末中組份之一的水化硅酸鈣凝膠C-S-H被改性的廢舊水泥粉末，所述的被改性的水化硅酸鈣凝膠C-S-H結構式是xCaO · SiO2 · (x-0. 5) H2O, η = 2 3· 5。
2.一種超疏水自清潔的再生水泥基涂料的制備方法，其特征在于，包括下列步驟(1)廢舊水泥粉末的制備將收集到的粒徑小于0.15mm的廢棄混凝土微細粉末進行研磨，過篩孔孔徑為80μπι的水泥水篩，干燥后得到廢舊水泥粉末并用密封袋封裝待用，(2)再生水泥基涂料的制備首先控制超聲波清洗器中的水溫在40°C，然后在浸入水中的三口燒瓶中先后加入廢舊水泥粉末、甲基三乙氧基硅烷(MTES)和分析純乙醇，其中，廢舊水泥粉末加入量為甲基三乙氧基硅烷(MTES)與乙醇質量之和的11% 25%， 超聲處理Ih后，加入分析純氨水，繼續超聲處理30 90min，即可獲得有機-無機雜化的再生水泥基涂料，所述甲基三乙氧基硅烷MTES、分析純乙醇及分析純氨水的摩爾比為 1 · 3 5 · 12* 5 ο
全文摘要
一種超疏水自清潔的再生水泥基涂料，是改性廢舊水泥粉末，即其中的水化硅酸鈣凝膠C-S-H被改性的廢舊水泥粉末，其結構式是2CaO·SiO2·nH2O，n＝1.5～3。制備方法將收集到的粒徑小于0.15mm的廢棄混凝土微細粉末進行研磨，過篩孔孔徑為80μm的水泥水篩，干燥后得到廢舊水泥粉末并用密封袋封裝待用；先控制水溫在40℃，然后在浸入水中的三口燒瓶中加入廢舊水泥粉末、甲基三乙氧基硅烷和乙醇，廢舊水泥粉末加入量為甲基三乙氧基硅烷與乙醇質量之和的11％～25％，超聲1h加氨水，再超聲30～90min，得有機-無機雜化的再生水泥基涂料，甲基三乙氧基硅烷、乙醇及氨水的摩爾比為1∶35∶12.5。
文檔編號C04B28/04GK102515656SQ20111036585
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者張友法, 虞濤, 郭麗萍, 陳波 申請人:東南大學