提高js防水涂料涂膜耐水性的

提高JS防水涂料涂膜耐水性的研究通過對原材料的優(yōu)選及合理配比，采用復(fù)合偶聯(lián)劑改性處理，制備的聚合物水泥防水涂料比普通Js防水涂料的綜合性能有顯著提高，尤其是耐水性更為突出，適用于屋面及長期浸水的地下構(gòu)筑工程的防水施工。0引言聚合物水泥防水涂料(又叫JS防水涂料)，由液料和粉料組成。液料由聚合物乳液及助劑組成；粉料由水泥、填料及外加劑組成。將液料和粉料以一定比例混合攪拌均勻，經(jīng)無機粉料的水化反應(yīng)及有機乳液的交聯(lián)固化，復(fù)合成堅韌高強、剛?cè)岵⒌蜏厝嵝院玫姆浪磕?。該防水涂料既具有水泥類膠凝材料強度高、易與潮濕基面粘結(jié)，又兼有聚合物涂膜彈性大、適應(yīng)基層變形能力強、防水性能好等優(yōu)點，是一種耐候、耐久性能優(yōu)異、施工簡便、無毒無污染的環(huán)保型復(fù)合涂料。該涂料可以在干燥或潮濕基面上施工，且與水泥砂漿及各種粘結(jié)材料結(jié)合牢固，適應(yīng)環(huán)境變化能力強，可廣泛應(yīng)用于各種新舊建筑物作防水施工。目前，市場上大部分JS防水涂料的性能雖然能滿足JC／T894--2001《聚合物水泥防水涂料》標準要求，但是存在著不同程度的耐水性差、吸水率高、涂膜浸水后發(fā)脹變軟、強度降低等缺陷，尤其是在廁浴間、地下室及蓄水池施工的JS防水層，因長時間與水接觸或浸泡，涂膜的粘結(jié)強度、抗拉強度、抗?jié)B水性、低溫柔性等指標均會下降，最終導(dǎo)致防水工程的失效。多年來，筆者經(jīng)過大量試驗工作和對防水工程應(yīng)用實踐的研究，研制出一種綜合性能優(yōu)秀的JS防水涂料。1技術(shù)路線及其原理1．1聚合物乳液的選擇及其改性原理聚合物的種類、性能及用量對防水涂膜性能起決定作用。目前，國內(nèi)大多數(shù)廠家生產(chǎn)JS防水涂料使用的聚合物乳液為丙烯酸酯乳液和VAE707乳液。丙烯酸酯乳液中存在—COOH基團，通過交聯(lián)改性可使原有線性結(jié)構(gòu)在成膜過程中形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增強其分子鍵能，形成大分子結(jié)構(gòu)，既降低分子降解的可能性，又降低水分子侵入高分子鏈間引發(fā)涂膜溶脹的程度，增強其耐水性和彈性。VAE乳液為線性高分子材料，分子中不含活性官能團，交聯(lián)困難，耐水性差，涂膜延伸率偏低，但是它的極性強，對基料粘結(jié)性能好，涂膜抗拉強度高。因此，選用交聯(lián)型丙烯酸彈性乳液為主體基料，配合一定比例的改性乳液，使涂膜性能達到優(yōu)勢互補。通過試驗對比，選用m(交聯(lián)型丙烯酸酯乳液)：m(VAE707乳液)=8：2的混合乳液效果較好。試驗中還發(fā)現(xiàn)，上述混合乳液或以其為基料制備的涂料，在放置一段時間后均出現(xiàn)了分層現(xiàn)象，盡管分層現(xiàn)象涉及諸多因素，但2種乳液在一定程度上缺乏親和性、相容性是因素之一。為改進混合乳液的貯存穩(wěn)定性和交聯(lián)能力，本實驗采用配位型鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ-401和環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑KH一560復(fù)合對混合乳液進行改性處理，取得了理想效果。鈦酸酯偶聯(lián)劑除具有化學(xué)鍵合偶聯(lián)作用外，還兼具分散劑、潤濕劑、粘結(jié)促進劑、固化催化劑、交聯(lián)劑、防銹劑、阻燃劑等多種功能lIl。鈦酸酯偶聯(lián)劑中的烷氧基可以與無機填料粒子表面形成化學(xué)結(jié)合，在無機和有機物界面之間形成活性有機分子層；鈦酸酯偶聯(lián)劑中的有機分子鏈還可以與高分子基體之間的基團發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或者物理纏繞，起到一種橋梁作用。同樣，環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑的分子中也同時存在能與無機材料和有機材料結(jié)合的2種反應(yīng)性基團，分子中的環(huán)氧基團與乳液中的羥基進行反應(yīng)，使2種不同性能的材料界面形成“分子橋”，從而提高乳液的相容性和貯存穩(wěn)定性，同時也提高了JS防水涂膜的抗拉強度、耐水性等綜合性能。1．2助劑的選擇及液料組分的配制1．2．1助劑的選擇為了降低改性混合乳液的、提高涂膜的柔韌性，JS防水涂料中需要加入適量的增塑劑。經(jīng)試驗比較，選用氯化石蠟效果較好，因為氯化石蠟不僅可起到增塑作用，同時還可以起到阻燃和憎水作用，添加量以2％~4％為宜。為了降低改性混合乳液的，使其能在較寬的溫度范圍內(nèi)成膜，促使乳膠粒子的塑性流動和彈性變形，軟化聚合物粒子，使它們更好地融合在一起，需要加入適量的成膜助劑。試驗結(jié)果表明，松節(jié)油比酯醇類成膜助劑更適用于本體系，添加量以3％~5％為宜。為了避免水泥等礦物粉料粒子聚結(jié)，提高涂料體系的分散穩(wěn)定性，降低涂料的黏度，需要加入適量的分散劑，以聚羧酸鹽類分散劑為好，添加量為0．4％左右。為了消除防水涂料中的氣泡，防止因氣泡的存在導(dǎo)致涂膜內(nèi)產(chǎn)生大量氣孔、降低涂膜的抗拉強度和延伸率，消泡劑必不可少。與一般裝飾性涂料不同的是，彈性防水涂料因固含量高、體系的黏度大、泡沫的穩(wěn)定性強，用一般消泡劑和常規(guī)用量很難消除體系內(nèi)的氣泡，需要選擇具有特殊結(jié)構(gòu)的高效消泡劑并加大用量才能奏效，如高分子級消泡劑A36、D一334、SC一138等，添加量應(yīng)在0．5％以上。1．2．2液料組分的配制液料由乳液和助劑組成，其配制方法與普通JS防水涂料的配制工藝相同。需要特別提及的是偶聯(lián)劑在液料中的2種加入方法，即預(yù)乳化法和直接加入法。預(yù)乳化法是在一定的水量中加入陰離子和非離子表面活性劑攪拌成乳化液，在高速攪拌下將不同品種偶聯(lián)劑分別滴加進乳化液中，分散均勻后再加入液料中，此方法效果好，但工藝復(fù)雜；直接加入法是在液料中加入分散劑和表面活性劑的前提下，攪拌中分別滴加不同品種偶聯(lián)劑，分散20~30min。應(yīng)該注意的是，采用復(fù)合偶聯(lián)劑時，最好不要將2種不同品種的偶聯(lián)劑預(yù)先混合，以防發(fā)生反應(yīng)而失效。1．3粉料的選擇及配合機理JS防水涂料中的粉料組分由水泥、粉煤灰、硅灰、石英粉、碳酸鈣和外加劑組成。水泥是構(gòu)成防水涂料中無機膠凝材料的主要成分，對提高防水涂料涂膜的耐水性、耐候性、抗拉強度和粘結(jié)強度具有至關(guān)重要的作用。在JS防水涂料中，白水泥比普通硅酸鹽水泥在涂膜的耐水性方面貢獻率更大，因為白水泥一般為高鋁水泥，而普通硅酸鹽水泥為低價金屬鹽，當水泥水化后，高價金屬鋁鹽同聚合物中的活性基團產(chǎn)生的交聯(lián)作用要大于低價金屬鹽。因此，白水泥或硫鋁酸鹽水泥更適合用于高耐水性的JS防水涂料中。磨細復(fù)合高鈣粉煤灰，細度300目，主要化學(xué)成份為SiO2和A1203，含少量CaO和Fe203，其礦物組分為石英、莫來石、尖晶石及玻璃相，在JS防水涂料中可替代20％的水泥。由于粉煤灰顆粒表面具有憎水性和玻璃相的滾珠效應(yīng)以及低廉的價格，可在一定程度上減少JS防水涂料的用水量、增進流動性、提高可施工性、降低生產(chǎn)成本。硅灰，又叫活性二氧化硅微粉，主要成分為無定型SiO2，細度約7000目。在JS防水涂料中添加適量硅灰，其水化產(chǎn)物效應(yīng)相當于普通水泥的5倍，細粒子硅灰還有極佳的滲透力，可有效地填充和堵塞涂膜及基材的毛細孔，提高涂膜的致密度和抗水滲透性。石英粉和碳酸鈣粉做為填料使用，一方面是為了降低成本，另一方面是為了提高涂膜的硬度和耐候性，同時也可以減少涂料的用水量。經(jīng)實驗優(yōu)化，粉料組分的組成如下：白水泥35％~40％，粉煤灰10％，硅灰3％~5％，石英粉20％~30％，碳酸鈣20％~30％，減水劑、緩凝劑適量。從液料和粉料以一定比例混合攪拌開始，直至涂膜干燥固化全過程，聚合物與水泥，聚合物與粉煤灰、硅灰，水泥與粉煤灰、硅灰發(fā)生了一系列如下反應(yīng)：2偶聯(lián)劑對涂膜性能的影響偶聯(lián)劑具有2種不同性質(zhì)的反應(yīng)基團，其中親無機基團可與無機表面的化學(xué)基團反應(yīng)，形成牢固的化學(xué)鍵合；親有機基團可與有機分子反應(yīng)或物理纏繞，從而使有機與無機材料界面實現(xiàn)化學(xué)鍵接翻。當含有復(fù)合偶聯(lián)劑的液料組分與粉料組分以一定比例混合均勻并施工后，鈦酸酯偶聯(lián)劑中的烷氧基和硅烷偶聯(lián)劑經(jīng)水解生成的硅醇基，都能與活性無機物礦粉表面的活性基團形成氫鍵或縮合成一SiO～M共價鍵，同時硅烷分子間的硅醇基互相縮合、齊聚形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強了硅烷與無機材料間的界面鍵能。偶聯(lián)劑的分子鏈段與乳膠粒子或是水化后的高分子膜通過氫鍵、范德華力纏繞結(jié)合，整個聚合物水泥界面由無機膠凝層、偶聯(lián)劑“分子橋”及偶聯(lián)劑的高分子鏈段與乳膠粒子纏繞層構(gòu)成，偶聯(lián)劑起到分子橋作用問。另外，硅烷對惰性顏填料顆粒進行包覆，使其取得R基團(不能水解的反應(yīng)性官能團)朝外取向的表面改性，而易被有機基料潤濕、分散，使涂料降低黏度、增強流動性和流平性。研究認為閻，偶聯(lián)劑同樣能夠“偶聯(lián)”兩種無機材料，用KH一570涂刷大理石再抹水泥凈漿后，抗拉強度提高57％~84％。因此，可以推測界面層中可能產(chǎn)生了大量化學(xué)鍵。綜前所述，偶聯(lián)劑可以將2種性質(zhì)不同的有機與有機、有機與無機、無機與無機材料偶聯(lián)橋接起來，從而提高了聚合物水泥復(fù)合防水涂膜的力學(xué)性能。按m(液)：m(粉)=1：1的配比混合攪拌均勻后，按標準要求制膜、養(yǎng)護，檢測偶聯(lián)劑對JS防水涂料涂膜抗拉強度、斷裂延伸率的影響，見圖1、圖2。由圖1可見，隨著偶聯(lián)劑用量的增加，涂膜的抗拉強度呈線性上升，當偶聯(lián)劑用量達到1．0％時，涂膜的抗拉強度最大，繼續(xù)增加偶聯(lián)劑用量時，涂膜的抗拉強度呈下降趨勢。通過比較3種偶聯(lián)劑對涂膜抗拉強度的貢獻率來看，KH560貢獻率最大，復(fù)合偶聯(lián)劑居中，NDZ一401最低。由圖2可見，隨著配位型鈦酸酯偶聯(lián)劑和復(fù)合偶聯(lián)劑用量的增加，涂膜的斷裂伸長率呈線性上升，當2種偶聯(lián)劑用量達到1．0％時，涂膜的斷裂伸長率分別達到峰值，繼續(xù)增加偶聯(lián)劑用量時則伸長率緩慢下降；隨著環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑KH一560用量的增加，涂膜的斷裂伸長率呈緩慢下降趨勢。由此說明，從提高涂膜的抗拉強度比較，硅烷偶聯(lián)劑KH一560的促進作用大于鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ-401；從提高涂膜的伸長率比較，鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ一401的作用優(yōu)于硅烷偶聯(lián)劑KH一560；采用2種偶聯(lián)劑復(fù)合對JS防水涂料進行改性，可收到取長補短、優(yōu)勢互補的效果，添加量以0．8％~1．0％為宜。分別按m(液料)：m(粉料)=1：1和1：1．5配比攪拌制成2組樣品，樣品內(nèi)均含有1．0％復(fù)合偶聯(lián)劑，簡稱樣品A、樣品B；不含偶聯(lián)劑的相同基礎(chǔ)配方按m(液)：m(粉)=1：1攪拌成樣品C作為對照。分別按標準制膜、養(yǎng)護7d，膜厚1．5mm，同時放入同一水槽內(nèi)浸泡7d，取出后擦干浮水，測其吸水率、抗拉強度及斷裂伸長率。偶聯(lián)劑對JS防水涂料涂膜的耐水性影響見表1。由表1可見，在基礎(chǔ)配方相同、液粉比相同的前提下，含有偶聯(lián)劑的涂膜A比不含偶聯(lián)劑的涂膜C在水中浸泡7d的吸水率減少了36．5％，涂膜A的濕膜抗拉強度及斷裂延伸率的保留率均接近100％，比涂膜C有明顯提高。由此證明，偶聯(lián)劑對提高涂膜的耐水性有一定貢獻。特別應(yīng)該關(guān)注的是：經(jīng)復(fù)合偶聯(lián)劑改性的JS防水涂料，在m(液料)：m(粉料)=1：1．5時，其涂膜的拉伸強度和斷裂伸長率仍能達到JCfr894-2001標準中的I型指標要求，這對于擴展JS防水涂料的應(yīng)用范圍提供了條件，也對降低其成本提供了一條