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过对原材料的优选及合理配比，采用复合偶联剂改性处理，制备的聚合物水泥防水涂料比普通Js防水涂料的综合性能有显著提高，尤其是耐水性更为突出，适用于屋面及长期浸水的地下构筑工程的防水施工。0引言聚合物水泥防水涂料(又叫JS防水涂料)，由液料和粉料组成。液料由聚合物乳液及助剂组成；粉料由水泥、填料及外加剂组成。将液料和粉料以一定比例混合搅拌均匀，经无机粉料的水化反应及有机乳液的交联固化，复合成坚韧高强、刚柔并济、低温柔性好的防水涂膜。该防水涂料既具有水泥类胶凝材料强度高、易与潮湿基面粘结，又兼有聚合物涂膜弹性大、适应基层变形能力强、防水性能好等优点，是一种耐候、耐久性能优异、施工简便、无毒无污染的环保型复合涂料。该涂料可以在干燥或潮湿基面上施工，且与水泥砂浆及各种粘结材料结合牢固，适应环境变化能力强，可广泛应用于各种新旧建筑物作防水施工。目前，市场上大部分JS防水涂料的性能虽然能满足JC／T894--2001《聚合物水泥防水涂料》标准要求，但是存在着不同程度的耐水性差、吸水率高、涂膜浸水后发胀变软、强度降低等缺陷，尤其是在厕浴间、地下室及蓄水池施工的JS防水层，因长时间与水接触或浸泡，涂膜的粘结强度、抗拉强度、抗渗水性、低温柔性等指标均会下降，最终导致防水工程的失效。多年来，笔者经过大量试验工作和对防水工程应用实践的研究，研制出一种综合性能优秀的JS防水涂料。1技术路线及其原理1．1聚合物乳液的选择及其改性原理聚合物的种类、性能及用量对防水涂膜性能起决定作用。目前，国内大多数厂家生产JS防水涂料使用的聚合物乳液为丙烯酸酯乳液和VAE707乳液。丙烯酸酯乳液中存在—COOH基团，通过交联改性可使原有线性结构在成膜过程中形成立体网状结构，增强其分子键能，形成大分子结构，既降低分子降解的可能性，又降低水分子侵入高分子链间引发涂膜溶胀的程度，增强其耐水性和弹性。VAE乳液为线性高分子材料，分子中不含活性官能团，交联困难，耐水性差，涂膜延伸率偏低，但是它的极性强，对基料粘结性能好，涂膜抗拉强度高。因此，选用交联型丙烯酸弹性乳液为主体基料，配合一定比例的改性乳液，使涂膜性能达到优势互补。通过试验对比，选用m(交联型丙烯酸酯乳液)：m(VAE707乳液)=8：2的混合乳液效果较好。试验中还发现，上述混合乳液或以其为基料制备的涂料，在放置一段时间后均出现了分层现象，尽管分层现象涉及诸多因素，但2种乳液在一定程度上缺乏亲和性、相容性是因素之一。为改进混合乳液的贮存稳定性和交联能力，本实验采用配位型钛酸酯偶联剂NDZ-401和环氧基硅烷偶联剂KH一560复合对混合乳液进行改性处理，取得了理想效果。钛酸酯偶联剂除具有化学键合偶联作用外，还兼具分散剂、润湿剂、粘结促进剂、固化催化剂、交联剂、防锈剂、阻燃剂等多种功能lIl。钛酸酯偶联剂中的烷氧基可以与无机填料粒子表面形成化学结合，在无机和有机物界面之间形成活性有机分子层；钛酸酯偶联剂中的有机分子链还可以与高分子基体之间的基团发生化学反应或者物理缠绕，起到一种桥梁作用。同样，环氧基硅烷偶联剂的分子中也同时存在能与无机材料和有机材料结合的2种反应性基团，分子中的环氧基团与乳液中的羟基进行反应，使2种不同性能的材料界面形成“分子桥”，从而提高乳液的相容性和贮存稳定性，同时也提高了JS防水涂膜的抗拉强度、耐水性等综合性能。1．2助剂的选择及液料组分的配制1．2．1助剂的选择为了降低改性混合乳液的、提高涂膜的柔韧性，JS防水涂料中需要加入适量的增塑剂。经试验比较，选用氯化石蜡效果较好，因为氯化石蜡不仅可起到增塑作用，同时还可以起到阻燃和憎水作用，添加量以2％~4％为宜。为了降低改性混合乳液的，使其能在较宽的温度范围内成膜，促使乳胶粒子的塑性流动和弹性变形，软化聚合物粒子，使它们更好地融合在一起，需要加入适量的成膜助剂。试验结果表明，松节油比酯醇类成膜助剂更适用于本体系，添加量以3％~5％为宜。为了避免水泥等矿物粉料粒子聚结，提高涂料体系的分散稳定性，降低涂料的黏度，需要加入适量的分散剂，以聚羧酸盐类分散剂为好，添加量为0．4％左右。为了消除防水涂料中的气泡，防止因气泡的存在导致涂膜内产生大量气孔、降低涂膜的抗拉强度和延伸率，消泡剂必不可少。与一般装饰性涂料不同的是，弹性防水涂料因固含量高、体系的黏度大、泡沫的稳定性强，用一般消泡剂和常规用量很难消除体系内的气泡，需要选择具有特殊结构的高效消泡剂并加大用量才能奏效，如高分子级消泡剂A36、D一334、SC一138等，添加量应在0．5％以上。1．2．2液料组分的配制液料由乳液和助剂组成，其配制方法与普通JS防水涂料的配制工艺相同。需要特别提及的是偶联剂在液料中的2种加入方法，即预乳化法和直接加入法。预乳化法是在一定的水量中加入阴离子和非离子表面活性剂搅拌成乳化液，在高速搅拌下将不同品种偶联剂分别滴加进乳化液中，分散均匀后再加入液料中，此方法效果好，但工艺复杂；直接加入法是在液料中加入分散剂和表面活性剂的前提下，搅拌中分别滴加不同品种偶联剂，分散20~30min。应该注意的是，采用复合偶联剂时，最好不要将2种不同品种的偶联剂预先混合，以防发生反应而失效。1．3粉料的选择及配合机理JS防水涂料中的粉料组分由水泥、粉煤灰、硅灰、石英粉、碳酸钙和外加剂组成。水泥是构成防水涂料中无机胶凝材料的主要成分，对提高防水涂料涂膜的耐水性、耐候性、抗拉强度和粘结强度具有至关重要的作用。在JS防水涂料中，白水泥比普通硅酸盐水泥在涂膜的耐水性方面贡献率更大，因为白水泥一般为高铝水泥，而普通硅酸盐水泥为低价金属盐，当水泥水化后，高价金属铝盐同聚合物中的活性基团产生的交联作用要大于低价金属盐。因此，白水泥或硫铝酸盐水泥更适合用于高耐水性的JS防水涂料中。磨细复合高钙粉煤灰，细度300目，主要化学成份为SiO2和A1203，含少量CaO和Fe203，其矿物组分为石英、莫来石、尖晶石及玻璃相，在JS防水涂料中可替代20％的水泥。由于粉煤灰颗粒表面具有憎水性和玻璃相的滚珠效应以及低廉的价格，可在一定程度上减少JS防水涂料的用水量、增进流动性、提高可施工性、降低生产成本。硅灰，又叫活性二氧化硅微粉，主要成分为无定型SiO2，细度约7000目。在JS防水涂料中添加适量硅灰，其水化产物效应相当于普通水泥的5倍，细粒子硅灰还有极佳的渗透力，可有效地填充和堵塞涂膜及基材的毛细孔，提高涂膜的致密度和抗水渗透性。石英粉和碳酸钙粉做为填料使用，一方面是为了降低成本，另一方面是为了提高涂膜的硬度和耐候性，同时也可以减少涂料的用水量。经实验优化，粉料组分的组成如下：白水泥35％~40％，粉煤灰10％，硅灰3％~5％，石英粉20％~30％，碳酸钙20％~30％，减水剂、缓凝剂适量。从液料和粉料以一定比例混合搅拌开始，直至涂膜干燥固化全过程，聚合物与水泥，聚合物与粉煤灰、硅灰，水泥与粉煤灰、硅灰发生了一系列如下反应：2偶联剂对涂膜性能的影响偶联剂具有2种不同性质的反应基团，其中亲无机基团可与无机表面的化学基团反应，形成牢固的化学键合；亲有机基团可与有机分子反应或物理缠绕，从而使有机与无机材料界面实现化学键接翻。当含有复合偶联剂的液料组分与粉料组分以一定比例混合均匀并施工后，钛酸酯偶联剂中的烷氧基和硅烷偶联剂经水解生成的硅醇基，都能与活性无机物矿粉表面的活性基团形成氢键或缩合成一SiO～M共价键，同时硅烷分子间的硅醇基互相缩合、齐聚形成网络结构，增强了硅烷与无机材料间的界面键能。偶联剂的分子链段与乳胶粒子或是水化后的高分子膜通过氢键、范德华力缠绕结合，整个聚合物水泥界面由无机胶凝层、偶联剂“分子桥”及偶联剂的高分子链段与乳胶粒子缠绕层构成，偶联剂起到分子桥作用问。另外，硅烷对惰性颜填料颗粒进行包覆，使其取得R基团(不能水解的反应性官能团)朝外取向的表面改性，而易被有机基料润湿、分散，使涂料降低黏度、增强流动性和流平性。研究认为阎，偶联剂同样能够“偶联”两种无机材料，用KH一570涂刷大理石再抹水泥净浆后，抗拉强度提高57％~84％。因此，可以推测界面层中可能产生了大量化学键。综前所述，偶联剂可以将2种性质不同的有机与有机、有机与无机、无机与无机材料偶联桥接起来，从而提高了聚合物水泥复合防水涂膜的力学性能。按m(液)：m(粉)=1：1的配比混合搅拌均匀后，按标准要求制膜、养护，检测偶联剂对JS防水涂料涂膜抗拉强度、断裂延伸率的影响，见图1、图2。由图1可见，随着偶联剂用量的增加，涂膜的抗拉强度呈线性上升，当偶联剂用量达到1．0％时，涂膜的抗拉强度最大，继续增加偶联剂用量时，涂膜的抗拉强度呈下降趋势。通过比较3种偶联剂对涂膜抗拉强度的贡献率来看，KH560贡献率最大，复合偶联剂居中，NDZ一401最低。由图2可见，随着配位型钛酸酯偶联剂和复合偶联剂用量的增加，涂膜的断裂伸长率呈线性上升，当2种偶联剂用量达到1．0％时，涂膜的断裂伸长率分别达到峰值，继续增加偶联剂用量时则伸长率缓慢下降；随着环氧基硅烷偶联剂KH一560用量的增加，涂膜的断裂伸长率呈缓慢下降趋势。由此说明，从提高涂膜的抗拉强度比较，硅烷偶联剂KH一560的促进作用大于钛酸酯偶联剂NDZ-401；从提高涂膜的伸长率比较，钛酸酯偶联剂NDZ一401的作用优于硅烷偶联剂KH一560；采用2种偶联剂复合对JS防水涂料进行改性，可收到取长补短、优势互补的效果，添加量以0．8％~1．0％为宜。分别按m(液料)：m(粉料)=1：1和1：1．5配比搅拌制成2组样品，样品内均含有1．0％复合偶联剂，简称样品A、样品B；不含偶联剂的相同基础配方按m(液)：m(粉)=1：1搅拌成样品C作为对照。分别按标准制膜、养护7d，膜厚1．5mm，同时放入同一水槽内浸泡7d，取出后擦干浮水，测其吸水率、抗拉强度及断裂伸长率。偶联剂对JS防水涂料涂膜的耐水性影响见表1。由表1可见，在基础配方相同、液粉比相同的前提下，含有偶联剂的涂膜A比不含偶联剂的涂膜C在水中浸泡7d的吸水率减少了36．5％，涂膜A的湿膜抗拉强度及断裂延伸率的保留率均接近100％，比涂膜C有明显提高。由此证明，偶联剂对提高涂膜的耐水性有一定贡献。特别应该关注的是：经复合偶联剂改性的JS防水涂料，在m(液料)：m(粉料)=1：1．5时，其涂膜的拉伸强度和断裂伸长率仍能达到JCfr894-2001标准中的I型指标要求，这对于扩展JS防水涂料的应用范围提供了条件，也对降低其成本提供了一条