聚合物水泥防水涂料的研究

1 前言
聚合物水泥防水涂料是近几年发展起的高分子防水涂料, 它是由水性聚合物乳液和无机胶凝材料两部分组成。在此之前, 沥青防水技术在防水市场一直占有重要位置。而在高分子防水涂料中, 聚氨酯防水涂料性能非常好, 但由于含有异氰酸酯、煤焦油有机溶剂等大量有害物质, 造成环境污染, 因此, 其应用受到限制。聚合物水泥防水涂料具有高效、无毒无害、施工简单、涂膜耐老化性与机械性能优良、应用广泛等优点, 简称为JS 防水涂料。但是并非所有的聚合物乳液均能与水泥进行复配, 有的聚合物乳液钙离子稳定性差, 与水泥复配后会导致乳液破乳失效; 有的与水泥混合不均, 分散性不好, 时间稍长会导致水泥沉降, 给施工带来麻烦。为了解决这些问题, 施工时在乳液中添加一些分散剂、润湿剂等助剂, 通过大量的实验确定了适合聚合物水泥防水涂料乳液的最佳配比。

2 实验部分
2.1 原材料
丙烯酸丁酯( BA) 聚合级; 苯乙烯( St ) 聚合级; 甲基丙烯酸甲酯( MMA) 聚合级; 丙烯酸(AA) 聚合级。乳化剂OP- 10; NP- 40; 平平加O、十二烷基硫酸钠; 引发剂[ ( NH4) 2S2O8] ; 保护胶PM。
2.2 丙烯酸酯乳液的合成
将一定量的丙烯酸丁酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯及适量丙烯酸加入到有一定量的非离子乳化剂和阴离子乳化剂的水溶液中, 配制成预乳化液待用。另取一定量的水, 乳化剂及PM 保护胶加入到反应釜中, 加热升温, 当反应釜温度升至70 时加入20ml 上述预乳化液及适量引发剂。引发反应结束后, 升温至87 , 滴加剩余的预乳化液, 约2h~ 3h 滴加完毕, 保温2h, 然后降温, 出料。

3 结果与讨论
3.1 乳化剂的确定
合成的聚合物乳液要与水泥复配, 由于水泥中含有大量的钙离子, 因此要求乳液的Ca2+ 稳定性要好。选择稳定性好的阴离子乳化剂及非离子型乳化剂复合作为乳液乳化剂。通过实验得出阴离子与非离子乳化剂的质量比为1:2 时稳定性最好, 因而采用该配比, 分别用OP- 10、NP- 40、平平加O与十二烷基硫酸钠复合乳化剂合成聚合物乳液为A、B、C, 将三种乳液与相同质量的水泥复配进行性能对比, 其结果见表1。

通过对比可以看出, 复合乳化剂HLB 值越大,乳液与水泥复配后的稳定性越好, 而乳液B 与水泥分散后的均匀性不如乳液C。所以, 以合成乳液C 的乳化剂作为该涂料的乳液乳化剂。
3.2 丙烯酸含量的确定
在乳液聚合中丙烯酸是不可缺少的功能性单体, 它具有增加聚合物乳液的稳定性, 减小乳液粒径, 提高乳液的分散性, 增加涂膜的附着力, 与水泥复配促进水泥的水化反应及起到一定的早强作用。如果丙烯酸量加少了, 则由于涂膜水分干燥快, 水泥未来得及水化即已成膜, 水泥在其中只起到填料的作用, 其产品性能显示不出水泥水化物的优点, 那么, 就没有必要采用水泥, 因为很多廉价粉料也可以满足其要求。相反, 如果丙烯酸量加多了, 则会引起水泥水化过快, 使聚合物水泥成膜出现干缩以致裂缝, 失去防水作用, 因此丙烯酸的填加量尤为重要。下面分别以丙烯酸含量为单体含量的1.0% 、1.5% 、2.0% 、2.5% 、3.0% 合成五种乳液, 做平行对比实验, 分别取相同质量的乳液和水泥混合搅拌后, 倒在聚乙烯膜上干燥24h 后观察成膜情况, 如表2 所示。

由表2 可以看出丙烯酸含量为单体含量的1.5% ~ 2%为最佳含量, 制成的聚合物水泥防水涂料成膜好, 而且水泥也充分水化, 起到较好的防水效果。
3.3 玻璃化温度的确定
水泥本身有较大的刚性, 而聚合物乳液是弹性体, 且乳液的玻璃化温度越低弹性越大, 当乳液中加入水泥后必然会导致涂膜的低温柔性下降, 当然低温柔性下降的大小与水泥填加多少有关。在实验中采用的聚灰比均为10:8 确定乳液适合的玻璃化温度。分别采用- 40 、- 30 、- 25 、-20 、- 15 五种不同玻璃化温度的乳液进行平行对比实验。其结果玻璃化温度在- 25 以下均通过国家标准规定的- 10 无裂纹, 但由于- 40 的涂膜太软且拉伸强度不高, 没有达到国家标准规定的1.0MPa, 所以取- 30 ~ – 25 之间为该涂料的聚合物乳液的最佳玻璃化温度。
3.4 成膜性能检测
对聚合物乳液与水泥复配后的成膜性能进行检测, 其结果如表3 所示。

注: 该检测方法均按JC/ T894 – 2001 聚合物水泥防水涂料标准进行检测。