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1 前言
聚合物水泥防水涂料是以水性聚合物分散体和水泥为主的双组份防水涂料, 两组份在现场搅拌成均匀、细腻浆料,涂刷或喷涂于基体表面, 固化后形成柔韧、高强的防水涂膜。这种涂料既有水泥类胶凝材料强度高、易与潮湿基面粘结,又兼有聚合物涂膜弹性大、防水性好的优点, 尤其是以水作为载体, 克服了沥青、焦油、有机溶剂型防水材料污染环境的弊端, 是一种无毒无害、可湿作业、施工简便的新型绿色环保防水材料。它不仅适用于各种防水工程, 还可用于修补工程、界面处理、混凝土防护、装饰、结构密封等。然而, 试验研究和工程实践表明, 目前该类产品还存在以下不足: ( 1) 耐水性差, 吸水率大, 泡水膨胀, 长期浸水后明显软化、强度下降; ( 2) 抗紫外线能力不强、耐候性差, 一些产品在屋面暴露二三年后明显发硬、断裂伸长率下降。针对这种情况, 我们进行了大量的试验工作, 并成功地研制出低聚灰比、高弹性、高耐水、抗老化的新一代PMC 弹性聚合物水泥防水涂料( 以下简称PMC) 。
2 研制的技术路线
通常情况下, 水泥基材料具有优良的耐水性和耐候性( 与聚合物相比) 。聚合物水泥防水涂膜耐水性、耐候性的优劣, 主要取决于聚合物的品种、改性方法、聚灰比( 聚灰比: 聚合物干量与水泥质量比, 它与以下几个概念既有关联, 又不相同, 如聚粉比: 聚合物干量与粉料质量比; 液粉比: 液料与粉料之质量比等因素。
2. 1 聚合物品种的选择及其改性
制备聚合物水泥防水涂料的聚合物种类很多, 常用的有丙烯酸酯共聚物、乙烯- 醋酸乙烯酯共聚物( VAE) 、氯丁胶乳、丁苯胶乳、水性环氧和橡胶沥青等。因丙烯酸酯共聚物弹性好, 结构中存在的) COOR 基团, 通过交联改性, 可使原线形结构在成膜过程中形成立体网状交织结构, 分子键能强,形成的大分子结构不易降解。这样, 涂膜抗紫外线、耐高温的能力就强, 同时也减少了水分子进入高分子链间造成涂膜溶胀。因此, 从提高涂膜性能的角度出发, 选用交联型的丙烯酸酯共聚物为好。若再采取适当的改性处理工艺, 就可以进一步提高聚合物) 水泥体系的耐水性和耐候性。
2. 2 提高聚合物与水泥的化学键合
聚合物水泥复合材料体系可分为两类: 一类是非反应型的聚合物, 如氯丁胶乳、丁基胶乳、醋酸乙烯共聚乳液等, 在复合材料结构中, 聚合物成膜覆盖于水泥胶凝体表面或水泥水化物填充于聚合物网络之间, 有机物和无机物仅为惰性地、机械式地相互填充; 另一类则是反应型的聚合物, 有两种反应形式: 一是聚合物之间( 或与硬化剂) 的交联固化反应,形成大分子; 另一种是聚合物活性基团与水泥水化产物之间发生化学反应, 形成以化学键结合的界面结构, 通过界面增强导致材料性能的提高。通过适当的改性工艺, 可大大加强聚合物与水泥水化产物的化学结合。研究表明: 改性丙烯酸共聚乳液可与水泥水化生成的Ca( OH) 2 发生化学反应, 生成以离子键结合的大分子网络交织结构, 且随着水化龄期的延长, 水化程度越高, 这种反应生成物的量就越大。含有) COOH 等官能团的聚合物, 能与水泥水化产物Ca2+ 发生作用, 从而显著提高材料的强度和耐水性, 所以国外将其称为反应型聚合物水泥基材料( RPMC) 。RPMC 是聚合物水泥复合材料的新成员, 它是用活性聚合物、水泥、引发系统和集料制成的。与通常使用的聚合物乳液水泥材料不同之处在于, 材料在结构形成过程中聚合物和水泥都起到了活性( 反应) 作用。由于聚合物与水泥界面存在化学键合, 大大强化了界面结合, 使界面承载能力提高, 从而提高了界面韧性和断裂能, 造就了优良的物理力学性能。
2. 3 降低聚灰比
如前所述, 水泥相对于聚合物来说具有优良的耐水性和耐候性。那么, 降低聚合物用量、提高水泥用量, 也就是说降低聚灰比可以在一定程度上改善聚合物水泥防水涂膜的耐水性和耐候性。但问题是, 降低聚灰比将会导致断裂伸长率的大幅度下降, 而实际工程要求聚合物水泥防水涂料必须具备良好的弹塑性、断裂伸长率, 以适应建筑结构因沉降、位移、干缩、热胀冷缩等造成的变形。目前聚合物水泥类涂料, 分为高弹和低弹两种类型。据文献介绍: 高弹型的( 断裂伸长率\200%) 聚合物水泥防水涂料配比为液料B粉料= 10 B7, 聚灰比一般至少大于1, 甚至超过2, 这样高的聚合物用量, 不但成本高, 而且造成一些性能缺陷; 低弹型的( 断裂伸长率大于80%) , 聚灰比在0. 6左右。为了对低聚灰比下做出高弹性产品的技术有所突破,我们进了以下研究。试验研究中所用的丙烯酸酯共聚物本身是一种良好的弹塑性体, 但在低聚灰比情况下, 靠自身的固有性能, 也达不到很高的断裂伸长率, 见表1 试验结果第1、2 组数据。建材行业标准JC/ T 894 ) 2001 中该产品Ñ 型的断裂伸长率指标为不小于200%, 而使用未经改性处理的聚合物( 第1 组) 断裂伸长率只有113%。为此, 我们除了对聚合物进行改性处理之外, 在配方设计中还加入特殊成分的增塑剂, 它可以消弱分子间的次价力, 增加分子链运动, 降低高分子的结晶性, 从而大幅度增加材料的断裂伸长率, 降低其硬度。
注: 标养条件为( 23 ? 2) e , 相对湿度45%~ 70%。
由表1 可见, 由于增塑剂的加入, 即使在很低的液粉比( 10B 15) 及聚灰比( 0. 35~ 0. 7) 的情况下, 涂膜仍具有很高的弹性, 增塑剂2# 与5# 复合使用效果明显优于单独使用, 第5组室温养护7 d 断裂伸长率超过400% , 按JC/ T 894 的试验方法标养7 d + 50 e 烘干24 h 则达到了325%。从聚合物液料B粉料= 10 B15 很容易就能算出: 液粉比0. 67、聚粉比0. 33、聚灰比0. 35~ 0. 7, 聚合物占体系总量的20%, 以水泥为主的无机物占80%; 也就是说, PMC 是以水泥为主的弹性防水材料( 故俗称为弹性水泥) , 在这样低的聚灰比下, 达到这样高的弹性, 应当说是技术上的重大进步。低聚灰比意味着低的聚合物用量、高的水泥用量, 这样, 大量的水泥基材料就可以有效地屏蔽紫外线照射和水分的入侵, 从而大幅度提高涂膜的耐候性和耐水性。
3 PMC 材料的组成及其技术性能
PMC 聚合物水泥防水涂料的液料是以高耐久聚合物为主体、经过特殊化学改性并辅以多种助剂和水而成; 粉料则由水泥、活性和非活性填料、外加剂等组成。通过大量试验,我们确定了最佳的材料组合和工艺, 其技术性能如下:
3. 1 耐水性
将聚合物水泥涂料按配比搅拌成浆料, 分3~ 4 层涂刷于平整的塑料板上, 形成1. 5 mm 厚的涂膜, 经7 d 标准养护, 测定其强度和断裂伸长率, 然后将涂膜浸泡在水中, 测定其吸水率和湿膜强度, 试验结果列于表2 及图1、图2、图3。
与普通聚合物水泥防水涂料相比, PMC 的吸水率大幅度降低, 其涂膜24 h 吸水率仅为1. 95% , 7 d 吸水率仅为4. 47%。浸水7 d 后, 普通聚合物水泥防水涂料明显软化( 特征是强度降低, 断裂伸长率显著加大) , 其湿膜强度保留率仅为35%~ 55%; 而PMC 浸水7 d 后的强度和断裂伸长率几乎不变, 强度保留率达100%, 断裂伸长率保留率99%。另外, 从浸水后涂膜外观来看, 普通聚合物水泥防水涂料明显膨胀、泛白, 而PMC 聚合物水泥防水涂料没有变化、外观保持如初。
3. 2 不同粉液比PMC 的强度和断裂伸长率
对于PMC 聚合物水泥防水涂料, 粉料用量越大( 意味着成本越低) , 断裂伸长率越小; 而强度初期随着粉料用量的增加而上升, 但当液粉比达到10 B15 以后, 随着粉料的进一步增加, 强度开始下降, 这是由于细粉料比表面积加大, 聚合物不能有效地包裹水泥粉料所致。综合技术和经济两方面的因素, PMC 的最佳液粉比为10 B15, 在这一比例下, 标准养护7 d, 拉伸强度2. 03MPa, 断裂伸长率402%; 按JC/ T 894 检测( 标养7 d + 50 e , 24h) , 拉伸强度2. 96MPa, 断裂伸长率307%, 综合性能明显优于一般普通聚合物水泥防水涂料, 结果见表3 及图4、图5。
3. 3 耐候性、耐碱性、耐热性及其它性能
经国家建材测试中心检测, 新一代PMC 具有极佳的抗紫外线幅射能力, 老化500 h, 强度、断裂伸长率保留率不小于90% ( CJ/ T 894 要求: 老化250 h, 强度、断裂伸长率保留率不小于80%) 。同时, 它还具有良好的耐碱性、耐热性及其它性能, 试验结果见表4。
4 结语
聚合物水泥防水涂料是近年兴起的一种绿色环保防水材料, 它是建设部重点推荐的防水材料之一, 属国家大力提倡的绿色环保型产品。它具有高强、柔韧、无接缝、整体性好、透气不透水、粘结力强、不空鼓、抗冻融、耐高温、耐腐蚀、冷施工、可湿作业、施工简便、无毒无害等优点。与普通聚合物防水涂料相比, 改进后的低聚灰比高弹性聚合物水泥防水涂料各方面的性能、尤其是耐水性、耐候性有了大幅度提高。它具有以下特点:
( 1) 改进后的聚合物水泥防水涂料中聚合物用量少、成本低、聚灰比低、弹性大( 断裂伸长率不小于200% ) 、改性效率高, 粉料量、水泥量更多;
( 2) 改进后的聚合物水泥防水涂料的吸水率大幅度降低, 高耐水, 泡水不膨胀, 拉伸强度、断裂伸长率保持率高;
( 3) 改进后的聚合物水泥防水涂料是以水泥基无机材料为主的( 无机材料约占80%, 有机物仅占20%) , 再加上聚合物水泥防水涂料使用的是高耐久聚合物, 未采用耐水性、耐老化不佳的非交联型聚合物, 因而它具有更好的耐老化性、耐水性和耐久性;
( 4) 改进后的聚合物水泥防水涂料所用原材料来源较为广泛, 价格适中, 性能优异, 施工简便, 无毒无害, 定会有广阔的应用前景。
