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
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。
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。
cn201510763364.x的发明专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cucl2·2h2o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200℃～348℃，反应30min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30min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。
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160～200℃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。
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来的烟气等问题仍待解决。
技术实现要素：
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。
本发明方法包括以下步骤，所述份数为重量份数:
步骤1：在机械搅拌作用下，将40～50份氯化铜溶解在100份乙醇和去离子水的混合溶液中，加入2～4份氨水，并加入10～15份硼氢化钠，然后加入3～6份1％质量浓度的明胶水解液和2～4份聚乙烯吡咯烷酮，分散溶解后在70～80摄氏度下反应2～4小时，再经过离心、洗涤得到铜纳米棒；
步骤2：取铜纳米棒10～20份，加入30～40份的5％质量浓度的低分子量聚苯乙烯氯仿溶液中，在40～60摄氏度下机械搅拌1～2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20～30份，在40～50℃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1～2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1～2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。
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。
所述步骤1中，铜纳米棒的直径30～50nm，长度为0.6～1.5μm。
所述步骤3中，共溶剂为柴油。
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。
所述步骤4中，促进剂为过氧化二苯甲酰或偶氮二异丁腈。
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3～6份，过多会影响铜纳米棒的形成，过少会因为铜纳米棒生长过快，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2～4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70～80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。
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。
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。
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处理的问题，降低了能耗和施工难度，对环境友好。
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。
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
实施例1：
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70～80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。
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。
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。
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。
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。
实施例2：
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。
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。
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。
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。
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。
实施例3：
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份聚乙烯吡咯烷酮，分散溶解1小时。将混合溶液加热至温度70～80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。
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。
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。
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。
步骤5：将1.5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。
实施例4：
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2～4小时，经过离心，并用去离子水和乙醇洗涤，得到铜纳米棒。
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。
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。
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。
实施例5：
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70～80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。
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。
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。
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。
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。
实施例6：
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。
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。
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。
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。
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。
比较例1：
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。
比较例2：
除省略步骤2，不对铜纳米棒进行改性外，其余同实施例1。
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：
表1