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聚合物水泥复合防水涂料阻燃性能研究
陈绪港1，2，薛炜1，3，谢民燕1，张文超1，2（1.中科院广州化灌工程有限公司，广东广州510650；2.广东省化学灌浆工程技术研究开发中心，广东广州510650；3.中科院广州化学有限公司，广东广州510650）
0 引言
近年来，由于建筑材料问题导致的火灾事故时有发生，研究建筑材料的阻燃性能，提升建筑材料的防火等级，已经成为建筑材料发展的趋势和热点。在建筑防水涂料方面，深入研究防水涂料的阻燃性能同样具有重要的意义。聚合物水泥复合防水涂料是由聚合物乳液和各种助剂组成的有机液料，和水泥等无机填料及其他添加物组成的无机粉料，通过一定配比制备的一种双组份体系的防水涂料。该材料以水为分散剂，不含有机溶剂，环保无污染，同时粘结性、防水性良好，刚柔相济，应用广泛。对其进行阻燃性能的研究与改进也成为了研究的趋势和重点。
目前，这类聚合物水泥复合防水涂料主要是通过添加不同种类及用量阻燃剂，实现其较好的阻燃效果。本文主要研究了防水涂料的液粉比、阻燃剂种类及用量对材料防水性能和阻燃性能的影响，得到了性能良好的阻燃型聚合物水泥复合防水涂料，为聚合物水泥复合防水涂料阻燃性能研究提供一些参考。
1 实验
1.1 原材料与仪器设备
丙烯酸酯乳液，乙烯-乙酸乙烯酯乳液（EVA）：工业级，广州新易化工有限公司；增塑剂：邻苯二甲酸二辛脂（DOP），工业级，购于天津福晨化学试剂厂；乙二醇：成膜助剂，工业级，广州国药试剂厂；丙烯酸铵盐湿润分散剂：巴斯夫Sokalan CP9，工业级，武汉新大地环保材料有限公司；有机硅消泡剂：Foamic-042，工业级，天津赛菲化学科技发展有限公司；无机阻燃剂：氢氧化镁、硼酸锌、三氧化二锑，工业级，中山永丰化工有限公司；有机阻燃剂：有机卤化物十溴二苯乙烷，工业级，山东海王化工股份有限公司；水泥：P·O42.5R 水泥，江门中建科技开发有限公司；萘磺酸盐缓凝高效减水剂：JS-N2，工业级，中科院广州化学有限公司；石英砂：80～120 目，河源万川石英发展有限公司；其它助剂：市售，工业级。
微机控制电子万能试验机：WDW3020 型，长春科新试验仪器有限公司；旋转黏度计：NDJ-1 型，上海精科天平仪器厂；恒温恒湿试验箱：华南仪器设备有限公司；强力电动搅拌机：JB90-D 型，上海标本模型厂；数显恒温水浴锅：HH-S 型，江苏正基仪器有限公司；高速分散器：U400/80-220 型，上海微特电机有限公司。
1.2 材料制备
（1）液料制备：将聚合物混合乳液、增塑剂、成膜助剂、湿润分散剂、消泡剂、增稠剂、水按照设计好的配方加入，以500～700 r/min 的转速搅拌30 min 以上得到混合液；按照一定加料速度向混合液中加入研磨至一定细度的阻燃剂，以1000～1200r/min 快速搅拌45 min 以上；搅拌均匀，调节黏度，得到分散均匀的液料。
（2）粉料制备：将P·O42.5R 水泥、减水剂、石英砂等混合搅拌得到粉料。在此基础上，将液料与粉料按照一定的液粉质量比混合搅拌均匀，得到双组份阻燃型聚合物水泥复合防水涂料，采用刮涂、刷涂或喷涂的方式进行施工，应用于混凝土基层。
（3）阻燃剂的制备
制备2 种混配型阻燃剂，分别为三氧化二锑/十溴二苯乙烷系阻燃剂和氢氧化镁/硼酸锌系阻燃剂，2 种混配阻燃剂分别按一定的配比进行复配，混合搅拌后研磨至一定细度得到。
1.3 性能测试
防水性能：依照GB/T 23445—2009《聚合物水泥防水涂料》进行测试；阻燃性能：参照GB/T 15442.2—1995《饰面型防火涂料防火性能分级及试验方法》，同时考虑实验室自身条件，材料的阻燃性能测试方法为：将一面涂有一定厚度的防水涂料并已经干燥成膜、养护完好的20 cm×20 cm 三夹板试样，置于盛有无水乙醇的燃料杯上，涂层面朝下，使燃料杯上沿到试件受火面的最近垂直距离为2.5 cm，点燃乙醇，观察记录三夹板面发生碳化所需的时间，制作平行试样3 个，以平均值作为阻燃时间，时间越长，表明阻燃性能越好。
2 结果与讨论
2.1 液粉比对防水涂料性能的影响
聚合物乳液是防水涂料的主要原料，本研究制备的聚合物水泥复合防水涂料的乳液为丙烯酸酯乳液和EVA 乳液的混合乳液，选用相同的基础设计配方，不添加阻燃剂的情况下，考察不同液粉比对防水涂料性能的影响，结果见表1。
由表1 可知，随着液粉比的减小，粉料中水泥等的水化反应增强，聚合物活性基团与水化产物发生化学反应，形成化学键结合的界面网络交织结构，涂膜结构密实度增强，提高了材料的拉伸强度、粘结强度以及抗渗性。同时液料加入的相对量减少，使得柔性随之降低，断裂伸长率减小。
2.2 液粉比对防水涂料阻燃性能的影响
选用相同的基础设计配方，在添加10%氢氧化镁/硼酸锌复合混配阻燃剂的情况下，通过改变防水涂料的液粉比，考察不同液粉比对防水涂料性能的影响，结果见表2。
由表2 可知，在加入一定量阻燃剂后，不同液粉比的防水涂料的拉伸强度、断裂伸长率、粘结强度及抗渗性等均有所下降。随着液粉比的减小，防水涂料的阻燃时间先延长后缩短；当液粉比为1.0∶1.6 时，聚合物水泥复合防水涂料的阻燃性能最优。随着液粉比减小，液料加入的相对量减少，而乳液本身为易燃的高聚物，同时在阻燃剂的阻燃作用下，可能导致了阻燃时间出现先延长后缩短的情况。
2.3 阻燃剂对防水涂料性能的影响
分别采用三氧化二锑/十溴二苯乙烷混配阻燃剂和氢氧化镁/硼酸锌无机混配阻燃剂，选用相同的基础设计配方，通过研究阻燃剂掺量对防水涂料性能的影响，获得优化的阻燃剂，制备得到防水性能和阻燃效果较均衡良好的防水涂料。阻燃剂种类与掺量对防水涂料性能的影响见表3。
由表3 可以看出：
（1）随着阻燃剂掺量的增加，对防水涂料力学性能产生了一定影响，粘结强度、拉伸强度及断裂伸长率均下降，在阻燃剂掺量超过15%后下降幅度更大；在阻燃剂掺量为5%～15%时下降幅度相对较小。表明阻燃剂的掺量应考虑对材料防水力学性能的影响程度。同时相比对防水涂料的防水力学性能的影响，氢氧化镁/硼酸锌系无机阻燃剂的影响稍小一些。
（2）随着阻燃剂掺量的增加，防水涂料的阻燃时间逐渐延长，阻燃性提高，在同样条件下，氢氧化镁/硼酸锌系无机阻燃剂的阻燃时间相对更长，对防水涂料的阻燃效果比三氧化二锑/十溴二苯乙烷混配阻燃剂稍好一些。
（3）综合阻燃剂对防水材料防水力学性能及阻燃性的影响，对于该型聚合物水泥复合防水涂料，在液粉比1.0∶1.6，掺量5%～15%氢氧化镁/硼酸锌系无机阻燃剂时制得的防水涂料在防水性能和阻燃性能上相对均衡良好。
3 结语
研究了不同复配型阻燃剂对聚合物水泥复合防水涂料防水力学性能和阻燃性的影响，通过三氧化二锑/十溴二苯乙烷系阻燃剂与氢氧化镁/硼酸锌系阻燃剂的使用对比，以及不同液粉比条件下添加阻燃剂与不添加阻燃剂的对比，得到如下结论：
（1）随着液粉比的增大，该防水涂料的拉伸强度、粘结强度以及抗渗性逐渐下降，断裂伸长率增大。
（2）加入阻燃剂，防水涂料的力学性能均有所下降。随着阻燃剂掺量的增加，防水涂料的阻燃性提高。
（3）氢氧化镁/硼酸锌系无机阻燃剂比三氧化二锑/十溴二苯乙烷系阻燃剂的阻燃效果稍好；同时对防水涂料力学性能的负面影响也稍小。
（4）当该聚合物水泥复合防水涂料的液粉比为1∶1.6，氢氧化镁/硼酸锌复配阻燃剂掺量为5%～15%制得的防水涂料阻燃性能和防水性能较均衡良好。
