硅丙乳液防水涂料及其在不同基材上的应用研究

王廷勋，颜小洋，李京龙，李宝龙
（临沂君屹精细化工有限公司，山东临沂276024）

随着建筑业的快速发展，建筑防水工程的要求越来越高，新的建筑防水材料不断涌现，性能优异、耐候性好、环保的多功能型防水材料表现出强大的生命力。防水涂料在防水材料中占有重要的地位，由于施工方便，其应用范围越来越广，特别是聚合物系列防水涂料大有后来居上的趋势，硅丙乳液防水涂料就是聚合物防水涂料中的后起之秀。

1 硅丙乳液防水涂料的制备机理
丙烯酸酯乳液按溶剂的不同可分为溶剂型和水基型两大类，无论溶剂型还是水基型丙烯酸酯乳液，其主要成分都是丙烯酸酯有机高分子聚合物，它赋予乳液良好的粘结性和成膜性等基本性能的同时，也给乳液带来不可避免的缺陷，如热塑性较大、耐溶剂性较差、力学强度不高、高温变软回黏、低温变硬发脆、耐候耐久性差等。由于上述缺陷，丙烯酸酯乳液在防水工程的应用中有一定的局限性。研究证明，无机的纳米材料能弥补有机高分子材料的不足，经过多次筛选试验发现，纳米二氧化硅对丙烯酸酯有极好的改性效果。纳米二氧化硅是无毒、无味、无污染的无机材料，其比表面积大，具有很高的化学活性，表面存在大量不饱和残键及不同键合状态的羟基，因表面欠氧而偏离了稳定的硅氧结构，有极强的自聚倾向。由于纳米二氧化硅极易胶凝，如不采取特殊的手段，它难于与丙烯酸酯共聚。进一步的研究表明，某些微量的金属离子或其纳米氧化物（如钛、铁、锌等）能起到桥联作用，把纳米二氧化硅稳定地键合到聚丙烯酸酯链上，使纳米二氧化硅与聚丙烯酸酯相互稳定，使乳液的性能得到提高。其稳定作用机理为：纳米二氧化硅因表面欠氧有从其他化合物夺取氧的强烈倾向；钛等金属离子在水中极易水解，同样需夺取其他分子的氧，它们的纳米氧化物也有夺取氧原子的强烈倾向，与纳米二氧化硅相比几乎势均力敌，最后不得不共用氧原子而使各方都达到稳定。根据Lewis 酸碱理论，钛为硬酸，氧为硬碱，两者极易结成稳定的化合物。当溶液中同时存在丙烯酸时，丙烯酸中羧基极易与钛螯合形成稳定的螯合物，而丙烯酸含有不饱和的烯键，易与其他不饱和丙烯酸酯单体（如丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯或苯乙烯等）共聚形成聚丙烯酸酯乳液。
硅丙乳液是纳米二氧化硅与丙烯酸酯通过钛螯合交联共聚而成的兼具有机材料柔性、高弹性和无机材料刚性、耐久性的复合乳液———纳米二氧化硅-丙烯酸酯复合乳液。如此制得的硅丙乳液，不同于在丙烯酸酯乳液中物理地添加无机硅成分或化学地合成有机硅成分而得到的产品。纳米二氧化硅必须通过钛等金属离子的桥联才能稳定地键合在聚丙烯酸酯的分子链上，形成纳米二氧化硅、金属离子及羧基通过化学键结合在一起，从而使纳米二氧化硅稳定地分散在乳液中，达到了有机材料和无机材料复合的目的。因此，硅丙乳液在防水性能方面达到一种全新的效果。

2 硅丙乳液防水涂料的特性
由于硅丙乳液是有机和无机材料的复合乳液，因此它兼具两种材料的性能特点：
1）由于羟基和羧基螯合的结果，使硅丙乳液防水涂料具有很强的附着力和渗透力，可以渗透到基材的裂隙和毛细孔里，附着力大大提高，拉伸强度可达到2.5 MPa 以上（试验时曾达到5 MPa 以上）。
2）由于纳米二氧化硅粒径小，对紫外线的反射力强，防水涂膜的感温性小，强度极少受气候温度变化的影响，提高了防水涂层的耐候性和耐老化性。
3）由于螯合交联及有机、无机材料的协同作用，使防水涂膜的耐水性、耐溶剂性、耐热性和阻燃性均得到了加强。
4）由于有机聚合物本身就具有柔性和高弹性，再加上无机材料的螯合交联，使防水涂层的柔性和弹性均得到了加强。试验结果显示，防水涂膜断裂延伸率可达到500%以上，可有效抵抗建筑物震动和温度变化可能造成的轻微裂纹。
5）纳米二氧化硅赋予防水涂膜优异的透气、透湿性，既可有效防止水分子的透过、达到防水的效果，又能使水气分子穿过涂膜透出，使防水涂膜内的基材保持相对干燥，避免霉变。
6）纳米二氧化硅使防水涂膜的各项力学性能得到了改善和加强，因此可以延长涂膜防水层的使用寿命，减少维修费用。

3 应用研究
3.1 瓷砖外墙渗水修复
上世纪80 年代中后期，建筑物外墙贴瓷砖或马赛克是比较流行的防水和装饰工艺之一，但是这种工艺方案很容易造成墙面渗水，至使室内墙面受潮、发霉并长毛，影响建筑物的使用功能。其原因一是装饰材料（特别是低档次的瓷砖）自身釉面吸水率高，个别瓷砖出现温度裂纹，雨水直接渗透进墙体；二是施工质量达不到规范要求，铺贴时灰口不饱满，尤其是嵌缝不密实，直接造成渗水。无论何种原因，外部雨水一旦渗透进墙体，必然造成墙体含水量过高而出现霉变。处理此类外墙渗水，必须综合考虑，同时解决嵌缝渗水和瓷砖自身及裂纹渗水的问题，使整体墙面不出现渗水点，这样才能达到防水效果。采用硅丙乳液防水涂料对该类建筑进行修复能取得很好的效果。某大型水库办公楼始建于1988 年，外贴10 cm×20 cm 的釉面砖，由于瓷砖炸纹和嵌缝不密实等原因造成墙体渗水。修复时采用JRJ-2028硅丙乳液（指标见表1）与水泥按1∶1.25 的配合比配制成双组分防水涂料，将所有嵌缝不密实处勾嵌一遍，形成防水涂膜，使嵌缝不再渗水；然后采用JRJ-3025（指标见表2）硅丙乳液配制成防水涂料A（配方见表3），对整个墙面进行一次滚涂，涂刷厚度为15μm，由于该防水涂料的渗透力和附着力都很强，瓷砖裂纹被完全填充封闭；待涂膜表干后，再进行第二遍喷涂，厚度为5～10 μm，两遍涂层的厚度不小于20μm，这样就如同给整座楼穿上了一件雨衣。该办公楼修复后经过了一年多的使用，未发现任何渗水问题。

3.2 无釉仿古瓦屋面渗漏修复
某政府办公楼设计为仿古式建筑，屋面为坡屋面，铺贴无釉小屋面瓦（20 cm×15 cm、20 cm×10cm），铺贴这种瓦施工要求较高，阴、阳瓦必须扣好，搭接要一致，嵌缝无遗漏。即使如此，由于无釉瓦吸水率极高，当瓦自身吸水饱和之后，水将从瓦背滴到坡屋面上，如遇连续阴雨天气，渗水一直不断，就会在坡屋面的薄弱环节向室内漏水。此类漏水很难找补，因为屋面漏水的部位与室内渗水部位并不在同一垂直位置，如重新铺设瓦面显然又不经济。根据硅丙乳液的特点，采用JRJ-3023（指标见表4）和JRJ-3025 乳液配制成防水涂料B（配方见表5）对该瓦屋面进行修复，采用喷涂工艺经过三遍喷涂使整个瓦面上形成一张完整的防水膜，涂膜厚度约15~20 μm，达到了釉面瓦的效果。由于该涂膜软硬适度，有很好的附着力、拉伸强度、延伸性和反射率，且受气候温度变化的影响极小，经过两年阴雨季节的检验，涂膜没有发生龟裂、炸纹和脱落，屋面也再没有漏水现象。要特别注意的是：这样处理后的屋面，不要轻易上人，以免踩坏涂膜或瓦面松动破坏涂膜，影响防水效果。

3.3 金属屋面漏水修复
随着钢结构建筑物的兴起，金属屋面应运而生，金属屋面的防水特别是漏水后的修复是一个新的课题。金属屋面主要是复合或单层彩钢板，由于锈蚀、锚固螺栓密封垫老化、屋面变形等原因，造成金属屋面漏水的情况屡见不鲜。某合资企业钢结构车间彩钢板屋面为60 m×15m 的双向坡屋面，复合彩钢板为（0.4+75+0.3）mm，由于彩钢板的质量和工作环境的影响，面板发生严重锈蚀，面层保护漆脱落，致使屋面漏雨影响使用。在修复前，首先将彩钢板锈蚀严重的部位清理干净，去除浮锈（彩钢板较薄，实际厚度仅为0.375 mm，除锈时要特别注意，否则会造成大面积的破坏）。采用硅丙乳液JRJ-2028 与水泥按1∶1 配制成防水底涂，将屋面全部滚涂一遍（厚度为0.3～0.5 mm），待其表干（约2 h）；在锈蚀严重出现漏洞的部位、螺栓胶垫老化处加贴无纺布，作二布四涂将漏洞修补完善，无纺布铺贴面积大于漏洞边缘15～20 cm，以对漏洞处作加强保护；然后按硅丙乳液JRJ-2028∶水泥∶重钙=1∶0.6∶0.65 的配合比配制成防水涂料C，将整个屋面作一次中间层滚涂，厚度为0.5～0.7 mm；最后作一次面层滚涂，厚度为0.3～0.5 mm，使整个防水涂膜厚度控制在1.2～1.5 mm。这样修复后屋面防水效果较好。在施工的同时，将防水涂料C 制样送山东省检测中心按GB/T 23445—2009《聚合物水泥防水涂料》进行检测，其主要性能指标见表6。

4 结语
通过对硅丙乳液的研发和在各种不同基材上作防水修复工程的应用，证明硅丙乳液作为有机和无机材料复合的防水涂料，具有明显的性能优势。随着人们对其认识的逐步加强，硅丙乳液防水涂料必将得到广泛的推广和应用，在建筑防水工程中发挥越来越重要的作用。