0引言
建筑的防水處理是建筑工程中的一項(xiàng)重要內(nèi)容,它關(guān)系到建筑物的安全性能、使用壽命及住宅的舒適度等方方面面。國(guó)內(nèi)自20世紀(jì)80年代末就開(kāi)始研究丙烯酸酯防水涂料,但前期未能引起足夠的重視,故其發(fā)展較為緩慢,如今工程防水造價(jià)仍不足工程總造價(jià)的1.0%,導(dǎo)致工程滲漏現(xiàn)象普遍存在?!?span>2013年全國(guó)建筑滲漏狀況調(diào)查項(xiàng)目報(bào)告》中指出,我國(guó)的房屋屋面滲漏率為95.33%,地下建筑滲漏率達(dá)57.51%,住房?jī)?nèi)部滲漏率為37.48%;滲漏維修費(fèi)用平均每戶約1525元,遭受其他經(jīng)濟(jì)損失評(píng)價(jià)每戶約1367元。根據(jù)2023年4月1日住建部發(fā)布的《建筑與市政工程防水通用規(guī)范》,工程防水造價(jià)將有較大增幅,新建防水工程初期造價(jià)占比有望達(dá)到1.5%,防水總成本預(yù)計(jì)將下降25.5%~44.3%。
聚合物乳液型單組分防水涂料是以丙烯酸聚合物為成膜物質(zhì),添加填料、助劑和顏料等制備而成。在涂覆后處于分散狀態(tài)下的聚合物乳膠粒子和填料顆粒逐漸靠攏,隨著水分的揮發(fā),在毛細(xì)管力的作用下,聚合物粒子開(kāi)始變形,分子鏈相互擴(kuò)散、滲透、纏繞,.終形成堅(jiān)韌且粘接力強(qiáng)的彈性防水涂膜,其具有環(huán)境友好,施工簡(jiǎn)便,耐熱性、耐候性、低溫柔性好 以及對(duì)基層收縮、變形、開(kāi)裂適用性強(qiáng)等特點(diǎn)。
研究乳液玻璃化溫度、丙烯酰胺AM/丙烯酸AA用量、有機(jī)硅交聯(lián)劑乳化劑種類對(duì)制備的防水涂料的性能影響,.終獲得了一種性能優(yōu)異的單組分防水涂料用苯丙乳液。
1試驗(yàn)部分
1.1原材料
苯乙烯(ST),分析純,中海殼牌石油化工有限公司;丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸(AA),分析純,上海華誼(集團(tuán))公司;丙烯酰胺(AM)、過(guò)硫酸銨(APS)、氨水,分析純,阿拉丁生化科技股份有限公司;DB45十二烷基二苯醚雙磺酸鈉鹽,美國(guó)派諾(PilotChemical)公司;Emulsogen LCN 118脂肪醇聚氧乙烯醚,克萊恩(Clariant)公司;DS-4AP十二烷基苯磺酸鈉,蘇威(Solvay)集團(tuán);A-171乙烯基硅烷偶聯(lián)劑,邁圖高新材料集團(tuán);TBHP叔丁基過(guò)氧化氫,天津博金精細(xì)化工有限公司;甲醛合次硫酸氫鈉(雕白塊),阿拉丁生化科技股份有限公司;NXZ消泡劑,BASF公司。
1.2儀器設(shè)備
蠕動(dòng)泵,保定雷弗流體科技有限公司;激光粒度分析儀,Mastersizer 3000,馬爾文帕納科公司;DSC差熱掃描儀(DSC214),德國(guó)耐馳(Netzsch)公司;..試驗(yàn)機(jī),英斯特朗(Instron)公司。
1.3苯丙乳液的制備
表1 為苯丙乳液的基礎(chǔ)配方
預(yù)乳化液的制備:將一定量的陰離子乳化劑(DB45或DS-4AP)、非離子乳化劑(Emulsogen LCN 118)與去離子水一起加入燒瓶中,攪拌至充分溶解,加入苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酰胺、丙烯酸及A-171乙烯基硅烷聯(lián)偶劑的混合單體,在快速攪拌下形成預(yù)乳化液,持續(xù)攪拌1h至混合均勻,制得預(yù)乳化液,備用。
苯丙乳液的制備:采用半連續(xù)滴加工藝,先在四口燒瓶中加入去離子水和陰離子乳化劑,加熱至反應(yīng)溫度87℃,加入部分預(yù)乳化液和引發(fā)劑,反應(yīng)10min;維持反應(yīng)釜溫度(87±1)℃,同時(shí)滴加剩余的預(yù)乳化液和引發(fā)劑,180min后滴加結(jié)束;升溫至90℃后保溫60min;降溫,采用叔丁基過(guò)氧化氫和雕白塊消除殘留單體,用氨水中和體系pH為7~9,加入消泡劑,出料,制得苯丙乳液,備用。
1.4單組分防水涂料及漆膜的制備
單組分防水涂料的基礎(chǔ)配方如表2所示。
單組分丙烯酸防水涂料的制備:將制得的苯丙乳液加水稀釋,加入分散劑、消泡劑充分?jǐn)嚢杈鶆?,逐步加入碳酸鈣、硫酸鋇、二氧化鈦,高速分散1h后,加入增稠劑、pH調(diào)節(jié)劑和殺菌劑,攪拌15min,得到單組分防水涂料。
單組分防水涂料漆膜的制備:按照標(biāo)準(zhǔn)JC/T864-2008《聚合物乳液建筑防水涂料》將制備的單組分丙烯酸防水涂料在油紙上刷涂?jī)傻?,兩次刷涂間隔24h,干膜總厚度為1.2~1.5mm。然后將制備好的漆膜在標(biāo)準(zhǔn)條件下[溫度(23±2)℃,相對(duì)濕度40%~60%]養(yǎng)護(hù)96h。再將其放入(40±2)℃烘箱中干燥48h。干燥后取出,在標(biāo)準(zhǔn)條件下放置4h后得到.終漆膜,用于進(jìn)一步的性能測(cè)試。
1.5性能表征與分析
1.5.1苯丙乳液性能測(cè)試
參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20623-2006《建筑涂料用乳液》進(jìn)行苯丙乳液的固含量測(cè)試;采用激光粒度分析儀(Mastersizer 3000)進(jìn)行乳液的粒徑及其分布測(cè)試;采用DSC差熱掃描儀(Metzsch DSC 214)進(jìn)行乳液的玻璃化溫度測(cè)試。
1.5.2涂料性能測(cè)試
參照標(biāo)準(zhǔn)JC/T 864-2008《聚合物乳液建筑防水涂料》進(jìn)行漆膜的低溫柔韌性測(cè)試;參照標(biāo)準(zhǔn)JC/T864-2008《聚合物乳液建筑防水涂料》進(jìn)行漆膜力學(xué)性能測(cè)試;參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T528-2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)定》進(jìn)行漆膜拉伸應(yīng)力測(cè)試;參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T16777-2008《建筑防水涂料試驗(yàn)方法》進(jìn)行漆膜吸水率測(cè)試。
2結(jié)果與討論
常見(jiàn)單組分防水涂料用乳液的性能對(duì)比見(jiàn)表3。
由表3可見(jiàn),聚氨酯乳液具有.優(yōu)的性能,但成本極高;丁苯乳液耐候性差,醋丙及VAE乳液耐水性差;純丙乳液成本較高。相比之下,苯丙乳液具有.優(yōu)的性價(jià)比,也是目前市面上針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)JC/T 864-2008《聚合物乳液建筑防水涂料》的單組分防水涂料的主流。本研究以苯丙乳液為對(duì)象,研究了玻璃化溫度、丙烯酰胺、丙烯酸、有機(jī)硅交聯(lián)單體A-171用量及乳化劑種類對(duì)單組分防水涂料性能的影響。其中乳液A以DB45十二烷基二苯醚雙磺酸鈉為主乳化劑,單體采用苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酰胺、丙烯酸、有機(jī)硅交聯(lián)劑A-171,固含量50%,平均粒徑160nm,玻璃化溫度為-16℃。其他乳液均在乳液A的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整。乳液B:將Tg 玻璃化溫度提高2.5℃;乳液C:將丙烯酰胺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(占單體總質(zhì)量)提高0.4%;乳液D1:將丙烯酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)(占單體總質(zhì)量)降低0.4%;乳液D2:將丙烯酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)(占單體總質(zhì)量)提高0.4%;乳液E:將有機(jī)硅交聯(lián)單體A-171的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(占單體總質(zhì)量)提高0.1%;乳液F:將陰離子乳化劑DB 45替換為DS-4AP十二烷基苯磺酸鈉,質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持不變。
2.1乳液的玻璃化溫度對(duì)單組分防水涂料性能的影響
表4對(duì)比了乳液A和乳液B制備的涂膜的力學(xué)性能和低溫柔韌性。由表4可見(jiàn),乳液玻璃化溫度為-16℃的樣品A可以通過(guò)-20℃的低溫柔性測(cè)試,理論玻璃化溫度提高2.5℃后的樣品B不再能通過(guò)-20℃低溫柔性。這是因?yàn)椴AЩ瘻囟润w現(xiàn)了分子鏈的柔性和分子間的作用力,提高玻璃化溫度,分子鏈的運(yùn)動(dòng)能力減弱,低溫柔性變差。
2.2丙烯酰胺或單體丙烯酸的用量對(duì)單組分防水涂料性能的影響。
表5 對(duì)比了乳液A、乳液C、乳液D1和乳液D2對(duì)單組分防水涂料力學(xué)性能的影響。由表5可見(jiàn),提高丙烯酰胺或丙烯酸的用量,涂膜的拉伸強(qiáng)度上升,斷裂伸長(zhǎng)率則有較大幅度的下降。這是因?yàn)楸0泛捅┧峋鶎儆诟邩O性單體,易形成氫鍵并與無(wú)機(jī)填料解離出來(lái)的金屬離子形成配位交聯(lián),從而提高漆膜拉升強(qiáng)度,降低斷裂伸長(zhǎng)率。
2.3有機(jī)硅交聯(lián)單體A-171的用量對(duì)單組分防水涂料性能的影響。
表6 對(duì)比了乳液A和乳液E對(duì)單組分防水涂料力學(xué)性能。隨著有機(jī)硅交聯(lián)單體A-171用量的增加,漆膜拉伸強(qiáng)度下降,斷裂伸長(zhǎng)率下降。這可能因?yàn)?span>A-171中的甲氧基水解形成硅羥基,貴羥基間與無(wú)機(jī)填料表面的羥基縮合成鍵,漆膜強(qiáng)度提高,斷裂伸長(zhǎng)率下降。
2.4乳化劑的種類對(duì)單組分防水涂料吸水率的影響
對(duì)比樣品A(以DB45十二烷基二苯醚雙磺酸鈉為主乳化劑)和樣品F(以DS-4AP十二烷基苯磺酸鈉為主乳化劑)制備的涂膜,兩個(gè)樣品的7d吸水率分別為8.5%和23.5%,所以DS-4AP十二烷基苯磺酸鈉會(huì)導(dǎo)致漆膜吸水率大幅度提高。其原因可能是因?yàn)?span>DB45A結(jié)構(gòu)式中的二苯醚鏈段給該乳化劑帶來(lái)了一定的疏水特性,使涂膜具有較低的吸水率。
2.5單組分防水涂料(樣品)經(jīng)酸、堿處理后的漆膜性能對(duì)比。
將優(yōu)化后的苯丙乳液(樣品A)制成單組分防水涂料,并且將經(jīng)過(guò)酸、堿處理前后的漆膜進(jìn)行性能對(duì)比,結(jié)果見(jiàn)表7 。
由表7可見(jiàn),由樣品A制得的單組分防水涂料能夠滿足JC/T 864-2008 Ⅱ型酸、堿處理的要求(酸、堿處理后強(qiáng)度保持率分別≥40%和60%,斷裂伸長(zhǎng)率≥200%)。
3結(jié)語(yǔ)
采用半連續(xù)滴加工藝合成了系列本病乳液。研究了乳液玻璃化溫度、各功能性單體(包括丙烯酰胺、丙烯酸、有機(jī)硅A-171)用量及所使用乳化劑類型等對(duì)制備的單組分防水涂料性能的影響。結(jié)果表明,剝離轉(zhuǎn)變溫度影響-20℃低溫柔性;功能單體包括丙烯酰胺、丙烯酸、A-171的用量的增加有利于提高拉升強(qiáng)度,但斷裂伸長(zhǎng)率會(huì)下降;乳化劑的類型會(huì)對(duì)吸水率產(chǎn)生明顯影響,相較于陰離子乳化劑DB 45,DS-4AP 十二烷基苯磺酸鈉會(huì)導(dǎo)致漆膜吸水率大幅提高。將優(yōu)化后的苯丙乳液制成單組分防水涂料,其性能測(cè)試結(jié)果:拉伸強(qiáng)度1.9MPa,斷裂延伸率400%,7d吸水率8.5%,酸、堿處理后的力學(xué)性能滿足標(biāo)準(zhǔn)JC/T 864-2008的要求。