铜纳米棒增强沥青种植屋面阻根材料的制备方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810749792.0 (22)申请日 2018.07.10 (71)申请人 湖北工业大学 地址 430068 湖北省武汉市洪山区南李路 28号 (72)发明人 陈顺贺行洋苏英曾三海 王迎斌陈威杨进郑正旗 黄健翔蒋健苏骏于肖雷 (74)专利代理机构 武汉开元知识产权代理有限 公司 42104 代理人 涂洁 (51)Int.Cl. C08L 51/00(2006.01) C08L 91/00(2006.01) C08K 9/04(2006.01) C08K 7/00(2006。

2、.01) B22F 9/24(2006.01) B82Y 40/00(2011.01) C08F 212/08(2006.01) C08F 212/12(2006.01) (54)发明名称 铜纳米棒增强沥青种植屋面阻根材料的制 备方法 (57)摘要 本发明公开了一种铜纳米棒增强沥青种植 屋面阻根材料的制备方法， 技术方案包括用共溶 剂溶解基质石油沥青， 通过机械剪切搅拌， 形成 反应基质， 然后加入小分子单体、 促进剂和阻根 剂持续搅拌， 加入改性铜纳米棒， 在引发剂的作 用下实现小分子单体的聚合与交联， 最终制备得 到阻根材料。 本发明实现种植屋面防水阻根一体 化施工， 工艺简单、 生产和施。

3、工温度低、 生产成本 低、 施工难度低、 对环境友好、 可有效提高阻根材 料抗撕裂性能。 权利要求书1页 说明书6页 CN 108912580 A 2018.11.30 CN 108912580 A 1.一种铜纳米棒增强沥青种植屋面阻根材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤， 所述份数为重量份数: 步骤1： 在机械搅拌作用下， 将4050份氯化铜溶解在100份乙醇和去离子水的混合溶 液中， 加入24份氨水， 并加入1015份硼氢化钠， 然后加入36份1质量浓度的明胶水 解液和24份聚乙烯吡咯烷酮， 分散溶解后在7080摄氏度下反应24小时， 再经过离心、 洗涤得到铜纳米棒； 步骤2： 取铜纳。

4、米棒1020份， 加入3040份的5质量浓度的低分子量聚苯乙烯氯仿 溶液中， 在4060摄氏度下机械搅拌12小时， 反应得到聚苯乙烯改性铜纳米棒； 步骤3： 向100份基质石油沥青中加入共溶剂2030份， 在4050下搅拌溶解， 得到粘 稠状可流动的基质石油沥青浆液。 步骤4： 将小分子单体10-25份、 促进剂12份和步骤2得到的聚苯乙烯改性铜纳米棒1 2份， 分别加入到步骤3的浆液中， 剪切搅拌混合均匀， 得到反应基质浆液。 步骤5： 将12份引发剂加入到步骤4得到的反应基质浆液中， 机械剪切搅拌进一步混 合均匀， 得到阻根材料。 2.如权利要求1所述的铜纳米棒增强沥青种植屋面阻根材料的制。

5、备方法,其特征在于, 所述步骤1中， 所述混合溶液中乙醇和去离子水的混合比为1： 1。 3.如权利要求1或2所述的铜纳米棒增强沥青种植屋面阻根材料的制备方法,其特征在 于,所述步骤1中， 铜纳米棒的直径3050nm， 长度为0.61.5 m。 4.如权利要求1所述的铜纳米棒增强沥青种植屋面阻根材料的制备方法,其特征在于, 所述步骤3中， 共溶剂为柴油。 5.如权利要求1所述的铜纳米棒增强沥青种植屋面阻根材料的制备方法,其特征在于, 所述步骤4中， 小分子单体为苯乙烯、 甲基苯乙烯或乙基苯乙烯中的一种。 6.如权利要求1或5所述的铜纳米棒增强沥青种植屋面阻根材料的制备方法,其特征在 于,所述步骤。

6、4中， 促进剂为过氧化二苯甲酰或偶氮二异丁腈。 权利要求书 1/1 页 2 CN 108912580 A 2 铜纳米棒增强沥青种植屋面阻根材料的制备方法 技术领域 0001 本发明涉及种植屋面材料领域， 具体地说是一种铜纳米棒增强沥青种植屋面阻根 材料的制备方法。 背景技术 0002 随着我国种植屋面技术的迅速普及， 种植屋面用耐根穿刺防水材料至关重要并被 广泛应用。 根据 种植屋面工程技术规程 JGJ155-2007的相关要求， 耐根穿刺防水材料必须 具有承受植物根系穿刺、 生物腐蚀、 长期潮湿状态的耐霉菌性能等。 而目前市面上的一些防 水材料普遍存在包括产品原材料配方、 生产工艺、 配套施。

7、工技术等诸多问题。 作为防水材料 之一的沥青及其制品， 在生产过程中需要较高的处理温度， 会产生大量的烟气， 同时生产成 本较高。 0003 为达到良好的阻根效果， 国内阻根材料大部分使用铜及其盐类作为阻根剂， 实现 物理阻根或者化学阻根。 铜胎基材料在种植屋面方面已有普遍应用， 但是其成本相对高昂。 铜纳米材料具有表面效应、 量子尺寸效应、 体积效应和宏观量子隧道效应等特性， 极大的优 于普通铜材料并能表现出良好的性能。 本发明结合纳米材料与改性沥青的制备工艺， 极大 的优化沥青阻根材料的生产和制备， 并且在使用中极大的克服沥青的固有缺点。 0004 CN201510763364.X的发明专。

8、利介绍了一种铜纳米线或铜纳米颗粒的制备方法， 首 先将铜纳米线作为种子与CuCl22H2O溶于油胺中， 并通入氩气保护， 升温至100以上， 待 空气及油胺中的水分除去后， 再升温至200348， 反应30mi n以上， 得到铜纳米线， 或 者在得到铜纳米线后再加入三辛基膦， 继续反应30mi n以上， 得到铜纳米颗粒。 尽管改制备 方法简单、 不需要大量的化学试剂、 易于推广应用。 但是其反应温度过高而且利用铜纳米线 作为种子， 该方法的使用过程存在局限性。 0005 CN105328204A的发明专利介绍了一种二维铜纳米棒的制备方法， 首先将去离子 水、 十二烷基苯磺酸钠、 聚乙烯吡咯烷酮。

9、混合均匀， 然后加入硫酸铜水溶液， 最后向溶液中 加入氨三乙酸， 得到混合浆料， 将混合浆料转移到水热反应釜中， 于160200反应， 得到 产物， 经过离心后、 洗涤和真空干燥， 最后得二维铜纳米棒。 该方法涉及到高温高压的水热 反应， 在实际使用中会存在限制。 0006 CN107033613A的发明专利介绍了一种纳米羰基铁粉改性沥青的方法， 通过在熔融 的基质沥青中加入纳米羰基铁粉， 得到一种纳米改性的沥青， 通过纳米羰基铁粉的持续作 用实现沥青的重金属离子吸收。 尽管专利充分利用了纳米羰基铁粉的优势， 也说明纳米填 充沥青后， 纳米材料的效果仍能良好发挥， 但是其制备过程中熔融沥青所带。

10、来的烟气等问 题仍待解决。 发明内容 0007 本发明的目的是为了解决上述技术问题， 提供一种工艺简单、 生产和施工温度低、 生产成本低、 施工难度低、 对环境友好、 可有效提高材料抗撕裂性能的制备方法。 说明书 1/6 页 3 CN 108912580 A 3 0008 本发明方法包括以下步骤， 所述份数为重量份数: 0009 步骤1： 在机械搅拌作用下， 将4050份氯化铜溶解在100份乙醇和去离子水的混 合溶液中， 加入24份氨水， 并加入1015份硼氢化钠， 然后加入36份1质量浓度的明 胶水解液和24份聚乙烯吡咯烷酮， 分散溶解后在7080摄氏度下反应24小时， 再经过 离心、 洗涤。

11、得到铜纳米棒； 0010 步骤2： 取铜纳米棒1020份， 加入3040份的5质量浓度的低分子量聚苯乙烯 氯仿溶液中， 在4060摄氏度下机械搅拌12小时， 反应得到聚苯乙烯改性铜纳米棒； 0011 步骤3： 向100份基质石油沥青中加入共溶剂2030份， 在4050下搅拌溶解， 得 到粘稠状可流动的基质石油沥青浆液。 0012 步骤4： 将小分子单体10-25份、 促进剂12份和步骤2得到的聚苯乙烯改性铜纳米 棒12份， 分别加入到步骤3的浆液中， 剪切搅拌混合均匀， 得到反应基质浆液。 0013 步骤5： 将12份引发剂加入到步骤4得到的反应基质浆液中， 机械剪切搅拌进一 步混合均匀， 得。

12、到阻根材料。 0014 所述步骤1中， 所述混合溶液中乙醇和去离子水的混合比为1： 1。 0015 所述步骤1中， 铜纳米棒的直径3050nm， 长度为0.61.5 m。 0016 所述步骤3中， 共溶剂为柴油。 0017 所述步骤4中， 小分子单体为苯乙烯、 甲基苯乙烯或乙基苯乙烯中的一种。 0018 所述步骤4中， 促进剂为过氧化二苯甲酰或偶氮二异丁腈。 0019 针对背景技术中的问题， 发明人在步骤1制备铜钠米棒时， 以氯化铜为原料与硼氢 化钠反应生成铜纳米棒， 加入明胶水解液对其表面修饰和反应限制， 1质量浓度的明胶水 解液的添加量控制在36份， 过多会影响铜纳米棒的形成， 过少会因为。

13、铜纳米棒生长过快， 并破坏形貌； 加入聚乙烯吡咯烷酮， 通过其晶面选择作用来调控铜纳米棒的尺寸， 保证制得 的产物的直径满足纳米尺寸级的要求； 所述聚乙烯吡咯烷酮添加量控制在24份， 过多会 造成聚乙烯吡咯烷酮浪费， 过少会使得铜纳米棒的尺寸过大； 并且， 发明人还加入了硼氢化 钠， 在研究中发现， 硼氢化钠具有温和还原的特点， 加入反应体系中会还原氯化铜生成铜纳 米棒， 因而将反应温度降至7080摄氏度也能保证反应的正常进行， 从而彻底解决了背景 技术中所述的反应温度过高导致的种种问题。 0020 进一步的， 步骤2中利用聚苯乙烯作为铜纳米棒的改性高分子， 通过聚苯乙烯对铜 纳米棒表面进行修。

14、改饰， 使其具有与聚合物良好相容的特点， 从而提高与沥青及其改性聚 合物网络的相容性， 为后期形成聚合物纳米复合增强网络、 提高阻根材料的抗撕裂性能提 供保证。 0021 进一步的， 步骤3中将基质石油沥青与共溶剂搅拌， 得到粘稠状可流动的基质石油 沥青浆液， 有利于小分子单体和其它助剂添加。 0022 步骤4中加入了小分子单体， 以沥青聚合物基质(即基质石油沥青浆液)作为反应 场所， 在引发剂的作用下实现小分子单体的聚合与交联， 得到具有聚合物内嵌网络的改性 沥青， 即阻根材料， 通过交联反应， 使得阻根材料刮涂在屋顶结构层表面后可自然固化， 因 而解决了现有技术中沥青材料施工时需要进行高温。

15、处理的问题， 降低了能耗和施工难度， 对环境友好。 0023 所述小分子单体优选为苯乙烯、 甲基苯乙烯或乙基苯乙烯中的一种， 相较于100份 说明书 2/6 页 4 CN 108912580 A 4 基质石油沥青而言， 其添加量为10-25份， 过多会造成小分子单体反应不完全， 改善性能不 佳， 过少会分散不均， 影响材料性能。 所述促进剂的作用是激发单体反应活性， 优选过氧化 二苯甲酰或偶氮二异丁腈。 0024 本发明的阻根材料中添加了铜纳米棒， 提高了材料的防水阻根性能， 降低了铜纳 米棒制备过程中反应温度； 通过沥青聚合物基质作为反应场所， 实现小分子单体的聚合与 交联， 得到的阻根材料。

16、无需高温预处理， 可以直接在低温下施工， 大大降低了施工难度， 有 效减少施工与制备过程中的烟气排放， 并利用铜纳米棒易于固定和增强阻根效果明显的特 点， 同步提高阻根材料的抗撕裂性能、 对环境友好， 有助于实现绿色节能屋面的制备。 具体实施方式 0025 实施例1： 0026 步骤1： 在机械搅拌作用下， 将40份氯化铜溶解在50份乙醇和50份去离子水的混合 溶液中， 加入2份氨水， 并加入10份硼氢化钠， 然后加入3份1明胶水解液和2份聚乙烯吡咯 烷酮， 分散溶解0.5小时。 将混合溶液加热至温度7080摄氏度， 反应2小时， 经过离心， 并用 去离子水和乙醇洗涤， 得到铜纳米棒。 002。

17、7 步骤2： 取制备得到的铜纳米棒10份， 30份加入5低分子量聚苯乙烯氯仿溶液中， 加热温度至40摄氏度， 并保持机械搅拌1小时， 通过获得聚苯乙烯改性铜纳米棒。 0028 步骤3： 向100份基质石油沥青中加入柴油20份， 通过温度为40下的搅拌和溶解， 将基质石油沥青变为粘稠状可流动浆液。 0029 步骤:4： 将苯乙烯10份和改性铜纳米棒1份， 分别加入到步骤3的浆液中， 并通过不 断的机械剪切搅拌混合均匀， 得到反应基质浆液。 0030 步骤5： 将1份过氧化二苯甲酰加入到步骤4中的反应基质浆液中， 并通过机械剪切 搅拌进一步混合均匀， 得到阻根材料。 0031 实施例2： 0032。

18、 步骤1： 在机械搅拌作用下， 将50份氯化铜溶解在50份乙醇和50份去离子水的混合 溶液中， 加入4份氨水， 并加入15份硼氢化钠， 然后加入6份1明胶水解液和4份聚乙烯吡咯 烷酮， 分散溶解1小时。 将混合溶液加热至温度80摄氏度， 反应4小时， 经过离心， 并用去离子 水和乙醇洗涤， 得到铜纳米棒。 0033 步骤2： 取制备得到的铜纳米棒20份， 40份加入5低分子量聚苯乙烯氯仿溶液中， 加热温度至60摄氏度， 并保持机械搅拌2小时， 通过获得聚苯乙烯改性铜纳米棒。 0034 步骤3： 向100份基质石油沥青中加入柴油30份， 通过温度为50下的搅拌和溶解， 将基质石油沥青变为粘稠状可。

19、流动浆液。 0035 步骤:4： 将甲基苯乙烯25份和改性铜纳米棒2份， 分别加入到步骤3的浆液中， 并通 过不断的机械剪切搅拌混合均匀， 得到反应基质浆液。 0036 步骤5： 将2份过氧化二苯甲酰加入到步骤4中的反应基质浆液中， 并通过机械剪切 搅拌进一步混合均匀， 得阻材料。 0037 实施例3： 0038 步骤1： 在机械搅拌作用下， 将45份氯化铜溶解在50份乙醇和50份去离子水的混合 溶液中， 加入3份氨水， 并加入13份硼氢化钠， 然后加入4份1明胶水解液和3份聚乙烯吡咯 说明书 3/6 页 5 CN 108912580 A 5 烷酮， 分散溶解1小时。 将混合溶液加热至温度70。

20、80摄氏度， 反应3小时， 经过离心， 并用去 离子水和乙醇洗涤， 得到铜纳米棒。 0039 步骤2： 取制备得到的铜纳米棒15份， 35份加入5低分子量聚苯乙烯氯仿溶液中， 加热温度至50摄氏度， 并保持机械搅拌1.5小时， 通过获得聚苯乙烯改性铜纳米棒。 0040 步骤3： 向100份基质石油沥青中加入柴油25份， 通过温度为45下的搅拌和溶解， 将基质石油沥青变为粘稠状可流动浆液。 0041 步骤:4： 将乙基苯乙烯20份和改性铜纳米棒1.5份， 分别加入到步骤3的浆液中， 并 通过不断的机械剪切搅拌混合均匀， 得到反应基质浆液。 0042 步骤5： 将1.5份过氧化二苯甲酰加入到步骤4。

21、中的反应基质浆液中， 并通过机械剪 切搅拌进一步混合均匀， 得到阻根材料。 0043 实施例4： 0044 步骤1： 在机械搅拌作用下， 将40份氯化铜溶解在50份乙醇和50份去离子水的混合 溶液中， 加入2份氨水， 并加入10份硼氢化钠， 然后加入3份1明胶水解液和2份聚乙烯吡咯 烷酮， 分散溶解0.5小时。 将混合溶液加热至温度70摄氏度， 反应24小时， 经过离心， 并用 去离子水和乙醇洗涤， 得到铜纳米棒。 0045 步骤2： 取制备得到的铜纳米棒10份， 30份加入5低分子量聚苯乙烯氯仿溶液中， 加热温度至60摄氏度， 并保持机械搅拌2小时， 通过获得聚苯乙烯改性铜纳米棒。 0046。

22、 步骤3： 向100份基质石油沥青中加入柴油30份， 通过温度为50下的搅拌和溶解， 将基质石油沥青变为粘稠状可流动浆液。 0047 步骤:4： 将苯乙烯25份和改性铜纳米棒2份， 分别加入到步骤3的浆液中， 并通过不 断的机械剪切搅拌混合均匀， 得到反应基质浆液。 步骤5： 将2份偶氮二异丁腈加入到步骤4 中的反应基质浆液中， 并通过机械剪切搅拌进一步混合均匀， 得到阻根材料。 0048 实施例5： 0049 步骤1： 在机械搅拌作用下， 将40份氯化铜溶解在50份乙醇和50份去离子水的混合 溶液中， 加入2份氨水， 并加入10份硼氢化钠， 然后加入3份1明胶水解液和2份聚乙烯吡咯 烷酮， 。

23、分散溶解0.5小时。 将混合溶液加热至温度7080摄氏度， 反应2小时， 经过离心， 并用 去离子水和乙醇洗涤， 得到铜纳米棒。 0050 步骤2： 取制备得到的铜纳米棒10份， 30份加入5低分子量聚苯乙烯氯仿溶液中， 加热温度至40摄氏度， 并保持机械搅拌1小时， 通过获得聚苯乙烯改性铜纳米棒。 0051 步骤3： 向100份基质石油沥青中加入柴油25份， 通过温度为45下的搅拌和溶解， 将基质石油沥青变为粘稠状可流动浆液。 0052 步骤:4： 将甲基苯乙烯20份和改性铜纳米棒1.5份， 分别加入到步骤3的浆液中， 并 通过不断的机械剪切搅拌混合均匀， 得到反应基质浆液。 0053 步骤。

24、5： 将1.5份偶氮二异丁腈加入到步骤4中的反应基质浆液中， 并通过机械剪切 搅拌进一步混合均匀， 得到阻根材料。 0054 实施例6： 0055 步骤1： 在机械搅拌作用下， 将50份氯化铜溶解在50份乙醇和50份去离子水的混合 溶液中， 加入4份氨水， 并加入15份硼氢化钠， 然后加入6份1明胶水解液和4份聚乙烯吡咯 烷酮， 分散溶解1小时。 将混合溶液加热至温度80摄氏度， 反应4小时， 经过离心， 并用去离子 说明书 4/6 页 6 CN 108912580 A 6 水和乙醇洗涤， 得到铜纳米棒。 0056 步骤2： 取制备得到的铜纳米棒20份， 40份加入5低分子量聚苯乙烯氯仿溶液中。

25、， 加热温度至60摄氏度， 并保持机械搅拌2小时， 通过获得聚苯乙烯改性铜纳米棒。 0057 步骤3： 向100份基质石油沥青中加入柴油25份， 通过温度为45下的搅拌和溶解， 将基质石油沥青变为粘稠状可流动浆液。 0058 步骤:4： 将乙基苯乙烯20份和改性铜纳米棒1.5份， 分别加入到步骤3的浆液中， 并 通过不断的机械剪切搅拌混合均匀， 得到反应基质浆液。 0059 步骤5： 将1.5份偶氮二异丁腈加入到步骤4中的反应基质浆液中， 并通过机械剪切 搅拌进一步混合均匀， 得到阻根材料。 0060 比较例1： 0061 除步骤1不添加硼氢化钠外， 其余同实施例1。 由于反应温度过低， 得到的铜纳米棒 粒径为3nm， 无法实用。 0062 比较例2： 0063 除省略步骤2， 不对铜纳米棒进行改性外， 其余同实施例1。 0064 本发明阻根材料应在施工前制备， 将实施例1-6和对比例1和2的阻根材料通过刮 涂在屋顶结构层表面， 自然固化后测试其相关参数， 具体见表1： 0065 表1 0066 说明书 5/6 页 7 CN 108912580 A 7 0067 说明书 6/6 页 8 CN 108912580 A 8 。