0 前 言
聚合物水泥防水涂料简称为“JS防水涂料”,是一种兼具挥发固化和反应固化双重特点的涂料,通常由水泥、填料、添加剂和聚合物乳液复合而成。由于聚合物水泥防水涂料组成上包括了有机材料和无机材料,因而防水层兼有柔韧性和刚性的特点。聚合物水泥防水涂料在施工过程中对环境无污染,防水性能好,越来越受到人们的重视,是近几年来发展较快的一种防水产品,适用于屋面、厨房、卫生间、地下室、水池等区域的防水工程。
为了增加建筑物的装饰效果,防水涂料会根据工程需要配制成彩色涂料。彩色聚合物水泥防水涂料(下面简称彩色防水涂料)既可以提高装饰效果,也能很好地对施工质量进行监控。当然彩色防水涂料在应用过程中,也会出现一些问题,常见的有颜色发花、不均一甚至出现不相容的现象,还要考虑到成本以及颜料对防水涂层物理性能的影响。本文主要探讨了不同水泥种类、不同色浆和颜料种类和掺量、分散剂等因素对彩色防水涂料涂膜颜色的影响。
1 实验部分
1.1 原材料和仪器设备
水泥:白水泥,P.W 32.5,阿尔博;灰水泥,P.O 42.5,北京金隅;石英粉:200目,河北;重钙:325目,辽宁海城;聚合物乳液:ENCOR 5181,Tg值-8 ℃,阿珂玛(常熟);磺化密胺类减水剂:MELMENT® F10,德国BASF;杀菌剂:BC 25,广东龙湖科技;分散剂:E490,液体;高分子共聚物:P854,粉体;非离子表面活性剂,德国明凌化学公司;颜料:氧化铁系列颜料,德国朗盛;炭黑,CB-408,龙湖科技;色浆,市售品。
CP-25防水卷材冲片机,河北沧州仪器;CMT4104电子万能试验机,广东新三思;测色仪CR-10,柯尼卡-美年达。
CP-25防水卷材冲片机,河北沧州仪器;CMT4104电子万能试验机,广东新三思;测色仪CR-10,柯尼卡-美年达。
1.2 基础配方
按照国家标准GB/T 23445—2009《聚合物水泥防水涂料》的规定,产品根据不同的物理力学性能可分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型3个型号,其中Ⅰ型适用于活动量较大的基层,如屋顶等部位。后面两种型号适用于活动量较小的基层,如地下室、室内卫生间、厨房等部位的防水工程。目前市场上常见的型号为Ⅱ型,兼具较好的柔韧性和拉伸强度等特点,具有较好的性价比,因此本文以Ⅱ型配比为基础配方,见表1。


1.3 试样制备和性能测试
1.3.1 物理性能测试
按照A∶B(液粉比)=1∶1.8(质量比)分别称取液体和粉体组分,混合后机械搅拌5 min,静置3 min后在模具中进行涂覆,共分两次涂膜,重涂时间间隔为24h,涂膜最终厚度控制在(1.5±0.2) mm范围内,按照标准GB/T 23445—2009规定进行养护。测试时用切片机将试样冲切成哑铃型,用万能试验机进行拉伸性能测试。
1.3.2 颜色和光泽度测试
1.3.2 颜色和光泽度测试
防水涂料养护完成后用测色仪测试涂膜表面颜色参数Lab值,并可计算不同颜色的色差ΔE值。测量时采用D65光源,每个样品表面至少测试3次不同部位,计算时取算术平均值。光泽度测试方法同上。
2 实验结果和分析
2.1 不同水泥和色浆加量对涂膜颜色的影响
实验中水泥品种分别选择了灰水泥和白水泥,无机色浆和有机色浆选择了铁黄和酞菁蓝,按照液体组分中的质量比,色浆添加量分别为3%、5%和7%,干燥后测试涂膜表面颜色,如图1所示。

目前色彩的表示方法(或模式)较多,常见的有XYZ、Lab、RGB和CMYK等色彩模式,分别适用于不同的行业。建筑行业通常采用Lab色彩模式,该色彩模式是由国际照明委员会(CIE)规定的一种颜色标定模式,其中L值代表明度,范围在0~100,最黑为0,最白为100;a值表示由绿到红的色彩变化,范围在-128~+128,纯绿为-128,纯红为+128,之间分为256级;b值表示由蓝到黄的色彩变化,范围也是在-128~+128,纯蓝为-128,纯黄为+128,之间分为256级,如图2所示。

在不同水泥体系添加色浆后测试的试样表观颜色参数如表2、表3所示。



在不同水泥体系添加色浆后测试的试样表观颜色参数如表2、表3所示。


从图2可知,b值表示由蓝到黄的色彩变化,而色差ΔE值表示试样与空白样之间的色差值,ΔE值同L值、a值、b值3个值均有关系。将表2、表3中的b值和ΔE值单独列出,可以得到图3、图4。


从表3和图3、图4可以看出,对防水涂膜颜色影响最大的因素还是水泥种类。相对于灰水泥,使用白水泥得到的涂膜颜色明度高,色彩更鲜艳,这和同样条件下测试的L值保持一致。例如同样3%铁黄加量,灰水泥体系中L值为49.0,而白水泥中同样加量L值为69.3,但随着颜色的加深,两者之间L值差距逐渐变小。
从以上数据还可以看到,随着色浆加量的增加,表征黄蓝色相的b值绝对值逐渐增大,但幅度变化越来越小。结合具体的b值和目测结果,可以发现色浆添加量在5%颜色基本饱和,此时再增加色浆用量颜色变化不是很大,因此液体组分中添加5%的色浆是比较合理的比例。从色差ΔE值的结果来看,同b值有相似的变化趋势,但同一水泥体系中没有b值变化明显,主要还是因为色差值是综合计算值,添加黄色、蓝色色浆主要和b值相关,如果是添加黑色或者红色色浆就主要取决于L值、a值了,这在后面的测试中可以得到验证。
从以上数据还可以看到,随着色浆加量的增加,表征黄蓝色相的b值绝对值逐渐增大,但幅度变化越来越小。结合具体的b值和目测结果,可以发现色浆添加量在5%颜色基本饱和,此时再增加色浆用量颜色变化不是很大,因此液体组分中添加5%的色浆是比较合理的比例。从色差ΔE值的结果来看,同b值有相似的变化趋势,但同一水泥体系中没有b值变化明显,主要还是因为色差值是综合计算值,添加黄色、蓝色色浆主要和b值相关,如果是添加黑色或者红色色浆就主要取决于L值、a值了,这在后面的测试中可以得到验证。
2.2 不同颜料掺量对涂膜颜色的影响
相比较粉体颜料,色浆具有容易分散、涂膜表面不易发花等优势,但性价比相对较低,而且对运输、贮存环境有一定限制。温度太高或太低时均会有一定影响,存放时间过长易分层。因此在一定条件下,也可通过在粉体组分中直接添加颜料来制备彩色防水涂料。实验中选取了白水泥和不同类型的颜料,如铁黑、炭黑和铁红3种颜料,添加量应为粉体组分的2.25%。由于炭黑颜料比表面积大,吸油值高,添加2.25%时出现黏度很高无法分散的情况,即使将其添加量降为0.75%仍需补充一定量的水稀释。结果如图5、表4所示。




从表4可以看出,由于添加了不同色相的颜料,相对于空白样,试样颜色差异很大,但综合色差ΔE值比较接近,也反映了炭黑具有很好的着色力,即使添加比例在铁黑颜料的1/3时,两者仍具有近似的着色力。由于防水涂料通常不作为最外面的装饰层,因此对颜色的一致性甚至深浅不像墙体装饰涂料要求那么严格。因此将颜料作为着色材料直接添加后,其在最终干燥的涂膜是否完全分散显得更为重要,通过仔细观察图5的样块,没有发现未分散的颜料颗粒,因此在一定条件下可以考虑直接在粉体组分中添加颜料。
2.3 分散剂对防水涂料涂膜颜色的影响
2.3 分散剂对防水涂料涂膜颜色的影响
从上面测试可以得知,炭黑颜料具有很好的着色力,直接添加具有很好的性价比。但如果加量过高会导致涂料黏度增大、展色性差等不良影响,因此在以上配比中可以添加分散润湿剂进行改善。考虑到粉体0.75%炭黑还需要加水稀释,将其加量进一步降为0.5%。对比测试了添加分散剂P854、E490的变化,掺量分别为混合后总重的0.2%、0.4%,结果如图6、表5。


从以图6、表5可以看出,添加分散剂P854、E490后出现的差异还比较大。其中随着P854加量的增加,涂料黏度基本没有变化,同空白样相比色差值有一定程度增加,而光泽度则逐渐降低。添加E490分散剂后,0.2%时黏度即有一定程度下降,0.4%时黏度下降明显,而色差变化值同P854类似。光泽度随着E490添加量的增加也变大。从图6的实物可以比较明显地看出,添加P854分散剂后涂膜表面出现类似砂浆的哑光光泽,而添加了E490分散剂后涂膜表面则是光泽度较高的蛋壳光泽。


从以图6、表5可以看出,添加分散剂P854、E490后出现的差异还比较大。其中随着P854加量的增加,涂料黏度基本没有变化,同空白样相比色差值有一定程度增加,而光泽度则逐渐降低。添加E490分散剂后,0.2%时黏度即有一定程度下降,0.4%时黏度下降明显,而色差变化值同P854类似。光泽度随着E490添加量的增加也变大。从图6的实物可以比较明显地看出,添加P854分散剂后涂膜表面出现类似砂浆的哑光光泽,而添加了E490分散剂后涂膜表面则是光泽度较高的蛋壳光泽。
2.4 调色后对防水涂料物理性能的影响
为了考察防水涂料添加色浆后涂膜物理性能的变化,以白水泥体系为基础,分别测试了空白样、5%铁黄、5%酞菁蓝3种试件的常温拉伸性能,结果如表6所示。


从表7可以看出,通过往液体组分中添加色浆来获得不同颜色的彩色涂层,试件的拉伸强度和断裂伸长率同空白样相比,变化不大。因此色浆或者颜料加量不是很高的时候,其对防水涂料本身性能影响不大。
3 结 语
(1)通过往JS防水涂料液体组分添加色浆,或者往粉体组分中添加颜料均可获得彩色防水涂料,其中对涂膜颜色影响最大的是水泥类型,为了获得颜色比较明亮的颜色,推荐使用白水泥体系。
(2)在液体组分中通常添加5%的色浆后颜色达到饱和,此时具有较好的性价比。粉体组分中添加颜料,如果搅拌时间、混合工艺得到保证,通常不会出现发花、分散不均等问题。
(3)考虑到炭黑颜料具有很好的着色力,但为了避免直接添加带来分散不均的后果,考察了不同类型的分散剂对炭黑的影响,结果发现对涂膜展色性影响不大,但不同类型的分散剂却可对防水表面产生不同的哑光或蛋壳光效果。
(4)最后对比了彩色涂料和白色涂料的物理性能,测试结果表明两者差异不大。