0引言
建筑的防水处理是建筑工程中的一项重要内容,它关系到建筑物的安全性能、使用寿命及住宅的舒适度等方方面面。国内自20世纪80年代末就开始研究丙烯酸酯防水涂料,但前期未能引起足够的重视,故其发展较为缓慢,如今工程防水造价仍不足工程总造价的1.0%,导致工程渗漏现象普遍存在。《2013年全国建筑渗漏状况调查项目报告》中指出,我国的房屋屋面渗漏率为95.33%,地下建筑渗漏率达57.51%,住房内部渗漏率为37.48%;渗漏维修费用平均每户约1525元,遭受其他经济损失评价每户约1367元。根据2023年4月1日住建部发布的《建筑与市政工程防水通用规范》,工程防水造价将有较大增幅,新建防水工程初期造价占比有望达到1.5%,防水总成本预计将下降25.5%~44.3%。
聚合物乳液型单组分防水涂料是以丙烯酸聚合物为成膜物质,添加填料、助剂和颜料等制备而成。在涂覆后处于分散状态下的聚合物乳胶粒子和填料颗粒逐渐靠拢,随着水分的挥发,在毛细管力的作用下,聚合物粒子开始变形,分子链相互扩散、渗透、缠绕,.终形成坚韧且粘接力强的弹性防水涂膜,其具有环境友好,施工简便,耐热性、耐候性、低温柔性好 以及对基层收缩、变形、开裂适用性强等特点。
研究乳液玻璃化温度、丙烯酰胺AM/丙烯酸AA用量、有机硅交联剂乳化剂种类对制备的防水涂料的性能影响,.终获得了一种性能优异的单组分防水涂料用苯丙乳液。
1试验部分
1.1原材料
苯乙烯(ST),分析纯,中海壳牌石油化工有限公司;丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸(AA),分析纯,上海华谊(集团)公司;丙烯酰胺(AM)、过硫酸铵(APS)、氨水,分析纯,阿拉丁生化科技股份有限公司;DB45十二烷基二苯醚双磺酸钠盐,美国派诺(PilotChemical)公司;Emulsogen LCN 118脂肪醇聚氧乙烯醚,克莱恩(Clariant)公司;DS-4AP十二烷基苯磺酸钠,苏威(Solvay)集团;A-171乙烯基硅烷偶联剂,迈图高新材料集团;TBHP叔丁基过氧化氢,天津博金精细化工有限公司;甲醛合次硫酸氢钠(雕白块),阿拉丁生化科技股份有限公司;NXZ消泡剂,BASF公司。
1.2仪器设备
蠕动泵,保定雷弗流体科技有限公司;激光粒度分析仪,Mastersizer 3000,马尔文帕纳科公司;DSC差热扫描仪(DSC214),德国耐驰(Netzsch)公司;..试验机,英斯特朗(Instron)公司。
1.3苯丙乳液的制备
表1 为苯丙乳液的基础配方
预乳化液的制备:将一定量的阴离子乳化剂(DB45或DS-4AP)、非离子乳化剂(Emulsogen LCN 118)与去离子水一起加入烧瓶中,搅拌至充分溶解,加入苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酰胺、丙烯酸及A-171乙烯基硅烷联偶剂的混合单体,在快速搅拌下形成预乳化液,持续搅拌1h至混合均匀,制得预乳化液,备用。
苯丙乳液的制备:采用半连续滴加工艺,先在四口烧瓶中加入去离子水和阴离子乳化剂,加热至反应温度87℃,加入部分预乳化液和引发剂,反应10min;维持反应釜温度(87±1)℃,同时滴加剩余的预乳化液和引发剂,180min后滴加结束;升温至90℃后保温60min;降温,采用叔丁基过氧化氢和雕白块消除残留单体,用氨水中和体系pH为7~9,加入消泡剂,出料,制得苯丙乳液,备用。
1.4单组分防水涂料及漆膜的制备
单组分防水涂料的基础配方如表2所示。
单组分丙烯酸防水涂料的制备:将制得的苯丙乳液加水稀释,加入分散剂、消泡剂充分搅拌均匀,逐步加入碳酸钙、硫酸钡、二氧化钛,高速分散1h后,加入增稠剂、pH调节剂和杀菌剂,搅拌15min,得到单组分防水涂料。
单组分防水涂料漆膜的制备:按照标准JC/T864-2008《聚合物乳液建筑防水涂料》将制备的单组分丙烯酸防水涂料在油纸上刷涂两道,两次刷涂间隔24h,干膜总厚度为1.2~1.5mm。然后将制备好的漆膜在标准条件下[温度(23±2)℃,相对湿度40%~60%]养护96h。再将其放入(40±2)℃烘箱中干燥48h。干燥后取出,在标准条件下放置4h后得到.终漆膜,用于进一步的性能测试。
1.5性能表征与分析
1.5.1苯丙乳液性能测试
参照标准GB/T 20623-2006《建筑涂料用乳液》进行苯丙乳液的固含量测试;采用激光粒度分析仪(Mastersizer 3000)进行乳液的粒径及其分布测试;采用DSC差热扫描仪(Metzsch DSC 214)进行乳液的玻璃化温度测试。
1.5.2涂料性能测试
参照标准JC/T 864-2008《聚合物乳液建筑防水涂料》进行漆膜的低温柔韧性测试;参照标准JC/T864-2008《聚合物乳液建筑防水涂料》进行漆膜力学性能测试;参照标准GB/T528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》进行漆膜拉伸应力测试;参照标准GB/T16777-2008《建筑防水涂料试验方法》进行漆膜吸水率测试。
2结果与讨论
常见单组分防水涂料用乳液的性能对比见表3。
由表3可见,聚氨酯乳液具有.优的性能,但成本极高;丁苯乳液耐候性差,醋丙及VAE乳液耐水性差;纯丙乳液成本较高。相比之下,苯丙乳液具有.优的性价比,也是目前市面上针对标准JC/T 864-2008《聚合物乳液建筑防水涂料》的单组分防水涂料的主流。本研究以苯丙乳液为对象,研究了玻璃化温度、丙烯酰胺、丙烯酸、有机硅交联单体A-171用量及乳化剂种类对单组分防水涂料性能的影响。其中乳液A以DB45十二烷基二苯醚双磺酸钠为主乳化剂,单体采用苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酰胺、丙烯酸、有机硅交联剂A-171,固含量50%,平均粒径160nm,玻璃化温度为-16℃。其他乳液均在乳液A的基础上进行调整。乳液B:将Tg 玻璃化温度提高2.5℃;乳液C:将丙烯酰胺的质量分数(占单体总质量)提高0.4%;乳液D1:将丙烯酸质量分数(占单体总质量)降低0.4%;乳液D2:将丙烯酸质量分数(占单体总质量)提高0.4%;乳液E:将有机硅交联单体A-171的质量分数(占单体总质量)提高0.1%;乳液F:将阴离子乳化剂DB 45替换为DS-4AP十二烷基苯磺酸钠,质量分数保持不变。
2.1乳液的玻璃化温度对单组分防水涂料性能的影响
表4对比了乳液A和乳液B制备的涂膜的力学性能和低温柔韧性。由表4可见,乳液玻璃化温度为-16℃的样品A可以通过-20℃的低温柔性测试,理论玻璃化温度提高2.5℃后的样品B不再能通过-20℃低温柔性。这是因为玻璃化温度体现了分子链的柔性和分子间的作用力,提高玻璃化温度,分子链的运动能力减弱,低温柔性变差。
2.2丙烯酰胺或单体丙烯酸的用量对单组分防水涂料性能的影响。
表5 对比了乳液A、乳液C、乳液D1和乳液D2对单组分防水涂料力学性能的影响。由表5可见,提高丙烯酰胺或丙烯酸的用量,涂膜的拉伸强度上升,断裂伸长率则有较大幅度的下降。这是因为丙烯酰胺和丙烯酸均属于高极性单体,易形成氢键并与无机填料解离出来的金属离子形成配位交联,从而提高漆膜拉升强度,降低断裂伸长率。
2.3有机硅交联单体A-171的用量对单组分防水涂料性能的影响。
表6 对比了乳液A和乳液E对单组分防水涂料力学性能。随着有机硅交联单体A-171用量的增加,漆膜拉伸强度下降,断裂伸长率下降。这可能因为A-171中的甲氧基水解形成硅羟基,贵羟基间与无机填料表面的羟基缩合成键,漆膜强度提高,断裂伸长率下降。
2.4乳化剂的种类对单组分防水涂料吸水率的影响
对比样品A(以DB45十二烷基二苯醚双磺酸钠为主乳化剂)和样品F(以DS-4AP十二烷基苯磺酸钠为主乳化剂)制备的涂膜,两个样品的7d吸水率分别为8.5%和23.5%,所以DS-4AP十二烷基苯磺酸钠会导致漆膜吸水率大幅度提高。其原因可能是因为DB45A结构式中的二苯醚链段给该乳化剂带来了一定的疏水特性,使涂膜具有较低的吸水率。
2.5单组分防水涂料(样品)经酸、碱处理后的漆膜性能对比。
将优化后的苯丙乳液(样品A)制成单组分防水涂料,并且将经过酸、碱处理前后的漆膜进行性能对比,结果见表7 。
由表7可见,由样品A制得的单组分防水涂料能够满足JC/T 864-2008 Ⅱ型酸、碱处理的要求(酸、碱处理后强度保持率分别≥40%和60%,断裂伸长率≥200%)。
3结语
采用半连续滴加工艺合成了系列本病乳液。研究了乳液玻璃化温度、各功能性单体(包括丙烯酰胺、丙烯酸、有机硅A-171)用量及所使用乳化剂类型等对制备的单组分防水涂料性能的影响。结果表明,剥离转变温度影响-20℃低温柔性;功能单体包括丙烯酰胺、丙烯酸、A-171的用量的增加有利于提高拉升强度,但断裂伸长率会下降;乳化剂的类型会对吸水率产生明显影响,相较于阴离子乳化剂DB 45,DS-4AP 十二烷基苯磺酸钠会导致漆膜吸水率大幅提高。将优化后的苯丙乳液制成单组分防水涂料,其性能测试结果:拉伸强度1.9MPa,断裂延伸率400%,7d吸水率8.5%,酸、碱处理后的力学性能满足标准JC/T 864-2008的要求。