低乳液含量聚合物水泥防水涂料的研制

低乳液含量聚合物水泥防水涂料的研制
王 辉，冉东升，黄 凯，王会元，沈 恒 （咸阳东方雨虹建筑材料有限公司，陕西 咸阳 713200）

聚合物水泥防水涂料（以下简称 JS 防水涂料）是 以丙烯酸乳液、VAE 乳液等为液料载体，辅以一定量 助剂，以水泥及填料为粉料，按一定比例复配而成的 双组分水性建筑防水涂料。由于其水性环保、防水 性能良好、施工方便、性价比高的优点而被迅速应用 推广。根据 GB/T 23445—2009《聚合物水泥防水涂 料》的分类， JS 防水涂料产品可分成Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ 型，其中Ⅰ型 JS 防水涂料聚合物乳液含量最高，其断裂伸长率也最高、力学性能最好，应用最为广泛，但成 本也相对最高。
但是，现有的 JS 防水涂料固含量较高，在企业生 产中，原材料乳液的成本占比较高，导致产品的价格 已经很难有下降的空间。为此，本课题旨在开发出低 聚灰比的Ⅰ型 JS 防水涂料产品，通过探索测试增塑 剂含量、聚灰比对 JS 防水涂料性能的影响趋势，研制 出性能较好的低乳液含量、低成本Ⅰ型 JS 防水涂料 配方。
目前，防水涂料企业绝大多数都是从乳液供应商 那里购买成品乳液，而后进行涂料产品的调试和开 发。李应权等人早在 2002 年就发表了《低聚灰比高弹性聚合物水泥防水涂料的研究》的相关论文和专 利，在其文中已经提出并开发出低聚灰比的Ⅰ型 JS 防水涂料，并对相关性能进行了测试和对比分析。但 是文中涉及到的乳液聚合反应及其改性、粉料研磨搅 拌在防水涂料企业的产品开发和生产中不易实现，文 中也并未对增塑剂品类、添加量有具体介绍；另外 JS 防水涂料的产品标准已由 JC/T 894—2001 变更为 GB/T 23445—2009，其中各类养护条件、处理手法、技 术指标已有诸多变动。VAE 乳液具有优良的粘结和 施工性能，随着 VAE 乳液改性聚合技术的进步以及 现有 VAE 乳液在耐水性方面的改善 [5]，本研究采用 WAKE 公司 VAE 系列乳液来研制低乳液含量的Ⅰ 型 JS 防水涂料。 1 实验部分 JS 防水涂料的养护及测试环境为温度（23± 2）℃，相对湿度（50±10）%。测试依据是 GB/T 23445— 2009。本研究中Ⅰ型 JS 防水涂料的液粉比为 1.25∶1。

2 结果与讨论
2.1 增塑剂含量对 JS 防水涂料性能的影响
增塑剂是柔性防水涂料最常用的助剂之一。高 分子材料的增塑，是由于其中高聚物分子链间聚集作 用的削弱而造成的。增塑剂分子插入到聚合物分子 链间，削弱了分子链间的引力，增加了聚合物分子链 的移动性，降低了聚合物分子链的结晶度，从而使聚 合物的塑性增加。由于近年来环保的要求，增塑剂 DOP 的应用逐渐受到限制。故本研究选择了一种新 型环保增塑剂—— —直链混合酯增塑剂，用于低乳液含 量 JS 防水涂料的研制。 由于 JS 防水涂料在夏季与冬季受气候的影响较 大，所以本研究分别在夏季（7 月）、冬季（11 月）对增 塑剂含量对 JS 防水涂料性能的影响进行了重复验 证，结果见表 1—2。


通过表 1—2 可以看出，不管夏季还是冬季，随着 JS 防水涂料液料中增塑剂含量的增加， JS 防水涂膜 的断裂伸长率呈增大趋势，且随着增塑剂含量的不断增加，断裂伸长率的增大趋势趋于平缓；随着 JS 防水 涂料液料中增塑剂含量的增加， JS 防水涂膜的拉伸 强度呈减小趋势 。这是因为随着增塑剂含量的增 加，聚合物分子链柔性增加，所以断裂伸长率呈增大 趋势，但是由于插入到聚合物分子链中的增塑剂趋于 饱和，聚合物分子链柔性接近上限，所以，断裂伸长率 的增大趋势趋于平缓。
2.2 聚灰比对 JS 防水涂料性能的影响
聚灰比就是聚合物乳液含量与水泥含量的比值， 聚灰比的高低对 JS 防水涂料产品有重要意义，聚灰 比越高，即乳液含量越高， JS 防水涂膜的断裂伸长率 越大，但成本也会随之增加。 本课题研究了在增塑剂含量一定时，聚灰比对JS 防水涂料性能的影响，试验结果见表 3—4。

一般调 整聚灰比可以采用改变液料中乳液的含量、改变粉料 中水泥的含量、或者直接改变液粉比的方法，本研究 采用改变粉料中的水泥含量来调整聚灰比。
从表 3—4 可以看出，不论夏季还是冬季，随着 JS 防水涂料中聚灰比的增加， JS 防水涂膜的拉伸强 度缓慢减小，断裂伸长率则呈缓慢增大的趋势。由于 本研究是通过调整粉料中的水泥含量来调整聚灰比， 在相关文献已有介绍，该情况下 JS 防水涂料的粉料 中只有部分（大约 12%～15%）的白水泥参与了水化， 其他均以填料的形式存在，所以该方法调整聚灰比对 JS 防水涂料性能的影响比较缓慢。这种调整聚灰比 的方法除了上述特点之外，还有两个特点，一方面是便于调整，粉料配制方便快捷，不会剧烈影响涂料的 稀稠和施工状态，适用于定性研究阶段；另一方面由 于水泥价格便宜，对于降低配方成本幅度不大。
2.3 低乳液含量
JS 防水涂料配方优化 根据增塑剂含量和聚灰比对 JS 防水涂料性能的 影响趋势，选取在较低聚灰比且综合性能尚可的配 方，再补充一定梯度的增塑剂含量的调试，即开始增 加环保增塑剂的含量。 这里要重点说明的是，进入到定量分析阶段，要 通过调整液料中的乳液含量来调整聚灰比。因为通 过 2.2 的分析可知，粉料中水泥的水化不完全，以调 整粉料中的水泥含量来调整聚灰比对 JS 防水涂料性 能影响的比较缓慢。而通过调整液料中的乳液含量 来调整聚灰比，可以准确地定量分析聚灰比对 JS 防 水涂料性能的影响，并且降低乳液含量可以大幅降低 JS 防水涂料的配方成本。 为了尽可能在降低成本（降低液料中的乳液含 量）的基础上兼顾产品性能，同时采取两种调整聚灰 比的方法，即通过降低液料中乳的液含量（适当提升 增塑剂的含量）降低聚灰比（降低成本），同时通过降 低粉料中的水泥含量来适当“弥补”降低的聚灰比。 表 5 是低乳液含量 JS 防水涂料的配方优化试验结 果。

从表 5 可以看出，优化后的配方⑥是兼顾产品性 能和成本的最优配方。配方⑥制得的 JS 防水涂料的 综合性能指标见表 6。

3 低乳液含量 JS 防水涂料施工验证调整
选取配方⑥，在粉料配方中添加适量的纤维素醚 （含量为 0.05%～0.1%）、膨润土（含量为 0.1%～0.3%）， 以调节 JS 防水涂料施工时的流动状态，这样制得的 Ⅰ型 JS 防水涂料在静风环境下立面施工不流挂。

4 结语
通过探索测试增塑剂含量、聚灰比对 JS 防水涂 料性能的影响，研制性能较好的低乳液含量、低成本 Ⅰ型 JS 防水涂料，根据试验结果得出以下结论：
1）在增塑剂含量一定时，当液料中乳液含量较高 时（75%以上），以乳液含量变化引起聚灰比变化，对 JS 防水涂料性能的影响大于以粉料中水泥含量变化 引起聚灰比的影响。
2）当液料中乳液含量低于 70%时，水泥含量变 化引起的聚灰比变化对 JS 防水涂料性能的影响开始 显现，水泥含量变化、乳液含量变化两者共同影响 JS防水涂料的性能。这主要是因为在乳液含量较高时， 乳液成膜中以聚合物分子链为主体结构，水泥等粉填 料在聚合物分子链状网络结构中镶嵌分布，此时乳液 含量变化引起的聚灰比变化对以聚合物分子链为主 体结构的涂膜起主导作用；而当乳液含量降低时， JS 防水涂膜则是由聚合物分子链和水泥水化物、填料共 同交织分布的结构，随着乳液含量的持续降低，涂层 内部则从由柔性聚合物分子链主导向由刚性水泥水 化浆料主导转变。