(Point-JS991) 聚合物水泥基复合防水涂料的研制

摘  要：研制低液粉比、高性能的聚合物水泥基复合防水涂料，讨论了各种助剂对产品的改性作用，并对其成膜机理作了初步探讨。

1 前 言

聚合物水泥基（JS）复合防水涂料以它突出的环保性、良好的施工性、优异的耐老化性作为一类新型的防水涂料得以推广。但是，由于许多厂家使用的聚合物乳液性能较差，又不能很好地对其进行改性，导致产品耐水性、耐老化性较差。我院开发研制了低液粉化、高性能的（Point－JS99l）聚合物水泥基复合防水涂料。

2 试 验

（1）主要原料：丙烯酸酯乳液、改性乳液、VAE乳液、复合粉料、助剂等

（2）主要仪器及设备：拉力试验机、透水试验仪、干燥箱、恒温恒湿箱、扫描电镜等

（3）测试方法：Point－JS991防水涂料性能测试依据厦门科之杰科技发展有限公司企业标准Q／X K Z J 01 －2001进行。

3  试验结果及讨论

3．1 液料

3．l．l 聚合物乳液及其改性

乳液的品种、性能及用量对涂膜性能起决定性作用。目前，国内生产JS复合防水涂料使用的聚合物乳液主要有丙烯酸酯乳液、聚醋酸乙烯一乙烯共聚乳液（VAE乳液）等。使用丙烯酸酯乳液改性水硬性无机材料，借助丙烯酸酯网状交联结构，改善了涂膜的耐久性。丙烯酸酯胶乳中存在一COOH基团，通过带有－OH基团的助剂对其进行改性，使原有线性结构在成膜过程中形成立体网状结构，增强了分子键能，减少了大分子降解的可能性，同时降低了水分子进入高分子链间造成涂膜溶胀的程度，增强了涂膜的耐水性；而VAE乳液为线性高分子材料，分子中不含活性官能团，交联比较困难，导致分子键能较低，在受热或紫外线照射等外界能量作用下，部分分子键易断裂，造成分子降解，使涂膜变脆、发硬以致破裂，因而其耐老化性能较差，并且由于该乳液以聚乙烯醇为保护胶体，所以耐水性远不如丙烯酸酯乳液，表1列出了液粉比同为1：1，不同聚合物乳液制得的防水涂膜24h、48h的吸水率及拉伸强度、断裂伸长率的测试结果。          

                                                                  表1不同乳液制得涂膜的性能

由表1可以看出，由VAE乳液制得的涂膜的耐水性、断裂伸长率明显不如由丙烯酸酯乳液制得的涂膜，但拉伸强度稍高，而对一种柔性防水材料来说， 良好的耐水性和柔韧性更为重要。鉴于以上原因，选择丙烯酸酯乳液作为主体液料，同时添加适量改性乳液，以改善涂膜的拉伸强度等性能。试验结果表明，当丙烯酸酯乳液：改性乳液＝（80～90）∶（20～10）时，防水涂料低温成膜性好，且拉伸强度高，断裂伸长率好。

3．1．2 助剂

为了改善涂膜常温及低温成膜性，提高涂膜强度、塑性、低温柔性等力学性能以及涂料施工性能，本研究报告优选了消泡剂、增塑剂、成膜助剂及分散剂等助剂。

3．1．2．1 消泡剂

涂料搅拌混合过程中容易产生大量气泡使涂膜产生气孔和应力集中，导致涂膜力学性能下降，留下渗漏隐患。添加适量消泡剂，能明显减少气泡造成的缺陷，有效地提高了涂膜的性能。消泡剂添加量约为总配方的0.5％－1.0％。

3．1．2．2 增塑剂和成膜助剂

最低成膜温度（MET）是乳液颗粒相互聚集成连续薄膜的最低温度，是表征聚合物乳液特性的最常用方法，它是防水涂料施工的一个使用极限温度。聚合物乳液的玻璃化温度（Tg）是影响MET最主要的因素，Tg高，相应的MET也高。为了使具有较高Tg聚合物体系能在施工温度下顺利成膜，可在体系中加入增塑剂和成膜助剂来降低MET。增塑剂和成膜助剂加入聚合物乳液中，其分子插入聚合物分子链之间，削弱了聚合物分子间的次价键，从而增加聚合物分子链的移动性，降低聚合物分子链的结晶性，使聚合物塑性增加，Tg及MET降低。实验结果表明，选用合适的增塑剂和成膜助剂，能使MET下降到－5℃，从而解决了传统水性防水涂料低温下难成膜这一技术难题，同时使涂膜低温柔性增加。

3．1．2．3 分散剂

为了改善复合粉料在乳液中的分散性，有必要添加适量分散剂。实验结果表明，添加0.5％～1％的分散剂，可以起到很好的分散效果，能提高施工效率及涂膜质量。

3．2 粉料

不同种类粉料对涂膜的不透水性、拉抻强度、断裂伸长率及低温稳定性影响如表2。

表2 粉料种类对涂膜性能的影响

结果表明，以粉料A和粉料B按一定配比制得的复合粉料综合性能**。因此，选择粉料A和粉料B作为粉料的主要成分，辅以适量的无机添加剂，可制得性能优异的防水涂膜。

3．3 液粉化

液粉比对涂膜断裂伸长率、拉伸强度的影响如图1、图2。

                                               图1   液粉比对断裂伸长率的影响             图2  液粉比对拉伸强度的影响

由图1、图2可见，随着液粉比的提高，涂膜断裂伸长率迅速增加，而拉伸强度急剧下降。当液粉比由0.3增加到0.4时，涂膜的断裂伸长率由不足1％跃升至30％，材料产生由刚到柔的突变；当液粉比升至0.5时，断裂伸长率增至100％以上，拉伸强度在2.5MPa左右，此时的涂膜性能已能满足卫生间、地下室等长期潮湿环境使用要求；进一步增加聚合物量至液粉比约为0.7时，断裂伸长率达到200％以上，拉伸强度在1.8MPa左右，这时涂膜性能已能满足屋面防水工程设计使用要求；继续增加液粉比，涂膜柔性进一步增加，但拉伸强度及耐水性下降。对于有 长期耐水要求的工程，材料的耐水性应予以充分考虑。鉴于目前市场上的聚合物水泥基复合防水涂料多为高液粉比（1 0∶7），在此条件下使用应该慎重。

3．4 涂料配方

表3 涂料配方

改性乳液                                         0～20

消泡剂                                              0～2

增塑剂                                              0～2

成膜助剂                                          0～2

分散剂                                              0～2

粉料B                                               50～80

添加剂                                               0～2

3．5 性能指标及实测结果

我院在检索了国外同类产品标准后，参照《聚合物水泥基防水涂料》行业标准最新修改稿制定企业标准Q／XKZJ01—2001，此标准较为全面地反映了对聚合物水泥基防水涂料的性能要求，特别是对涂膜耐老化性能提出了较高的要求。（Point－JS991）复合防水涂料由东南大学工程结构与材料试验中心抽样检验，检验结果如表4。

表4 Point－JS991复合防水涂料性能指标及实测结果  

3．6  机理探讨

聚合物乳液加入水泥等粉料中，经搅拌，聚合物乳液粒子均匀地分散在水泥浆体中，并吸附在水泥粒子表面。水泥的水化反应开始进行，氢氧化钙溶液很快达到饱和并析出晶体，同时生成钙矾石晶体及水化硅酸钙凝胶体等水泥水化产物；随着水泥水化反应进行，吸附在水泥水化产物和水泥粒子表面的聚合物颗粒逐渐相互聚结成膜，形成水泥水化产物和聚合物膜相互贯穿的网状结构。图3是液粉比为2∶3的（Point－JS991）聚合物水泥基复合防水涂膜在放大倍数为1000倍的扫描电镜下断面的微观结构。由图可见水泥水化物与聚合物膜形成的互穿网络结构。  

4   结论

（1）该涂料以苯乙烯一丙烯酸丁酯共聚乳液为主体液料与无机复合粉料复配而成，通过聚合物乳液和无机复合材料形成互穿网络结构成膜，集合了有机材料和无机材料的优点；

（2）该涂料与同类产品相比，具有液粉比低、拉伸强度高、断裂伸长率高、耐久性好等优良特点；

（3）通过助剂的改性，可得到最低成膜温度MET= -5℃的材料体系，解决了传统水性防水涂料低温下难成膜的技术难题。