聚合物水泥防水涂料的配制及其防水機(jī)理
聚合物水泥防水涂料以水作為載體, 既克服了瀝青、焦油、有機(jī)溶劑型防水涂料污染環(huán)境的弊端, 又是一種無毒無害、可濕作業(yè)、施工簡單的環(huán)保型建筑防水涂料。
一、原材料及推薦配方
原料名稱 作用 配方質(zhì)量﹪
丙烯酸酯乳液 液料 42.95
普通硅酸鹽水泥 粉料 42.95
輕質(zhì)碳酸鈣 體質(zhì)填料 8.79
TEXANOL酯醇 成膜助劑 3.00
P-731 分散劑 0.3
鄰苯二甲酸二丁酯 增塑劑 2.00
H2O 稀釋劑 少許
將粉料各組分投入混合機(jī)中混合均勻，作為粉料組分包裝；液料組分分開包裝，使用時(shí)混合均勻。使用時(shí)，在配料罐中倒入丙烯酸酯乳液，開始攪拌，
慢慢加入粉料和其余配料，充分?jǐn)嚢璨簧儆?span lang="EN-US" style="margin-top: 0px; margin-right: 0px; margin-bottom: 0px; margin-left: 0px; padding-top: 0px; padding-right: 0px; padding-bottom: 0px; padding-left: 0px; word-wrap: break-word; line-height: 25px; ">10min，無粉料結(jié)團(tuán)為止。
用料較少時(shí)可手工攪拌，用料較大時(shí)建議用帶有攪拌葉片的手電鉆攪拌。攪拌時(shí)不得加水或混入上次攪拌的殘液及其他雜質(zhì)。配好的涂料兩小時(shí)內(nèi)用完。
二、分析與測試
1、干燥時(shí)間的測定
1）表干時(shí)間的測定
涂刷于鐵片上制備的涂膜, 經(jīng)過若干時(shí)間后, 在距離膜面邊緣不小于10mm的范圍以手指輕觸涂膜表面, 如感到有些發(fā)粘, 但已無涂料粘在手指上, 即為表干, 記下此時(shí)時(shí)間。
2）實(shí)干時(shí)間的測定
用單面保險(xiǎn)刀片切割涂刷在鐵片上制備的涂膜, 若底層及膜內(nèi)均無粘著現(xiàn)象, 則可認(rèn)為實(shí)干。記下涂膜達(dá)到實(shí)干的時(shí)間, 即為實(shí)干時(shí)間。2、拉伸性能的測定
拉伸性能的測定包括拉伸強(qiáng)度和斷裂延伸率的測定, 其測定方法如下：
1）試樣的制備
將在標(biāo)準(zhǔn)條件下放置一段時(shí)間后的聚合物水泥防水涂料樣品按照一定的比例, 分別稱取適量的液體組分和固體組分, 混合后機(jī)械攪拌5min, 倒入涂膜模具中涂覆, 注意勿混入氣泡。為了方便脫模, 模具表面可用硅油或石蠟進(jìn)行處理。試樣在制備時(shí), 應(yīng)分兩次或三次涂覆,后道涂覆應(yīng)在前道涂層實(shí)干后進(jìn)行, 在72h之內(nèi)使試樣厚度達(dá)到（1.5±0.2）mm。試樣脫模后在標(biāo)準(zhǔn)條件下放置168h, 然后放在（50±2）℃干燥箱中處理24h。用切片機(jī)將試樣切成啞鈴型試件, 每組試件實(shí)驗(yàn)需要5 個(gè)，1個(gè)備用。
2）拉伸性能的測定
包括無處理拉伸性能的測定、熱處理后拉伸性能的測定、堿處理后拉伸性能的測定、紫外線處理后拉伸性能的測定等。
A．無處理拉伸性能的測定
將試件在標(biāo)準(zhǔn)條件下放置至少2h, 然后用直尺在試件上劃好兩條間距為25mm的平行標(biāo)線, 并用厚度計(jì)測出試件標(biāo)線中間和兩端三點(diǎn)的厚度, 取其算術(shù)平均值為試件的實(shí)驗(yàn)長度部
分平均厚度（d）；將試件裝在拉伸試驗(yàn)機(jī)夾具之間, 夾具間標(biāo)距為70mm, 以200mm/min 的拉伸速度拉伸試件至斷裂, 記錄試件斷裂時(shí)的最大荷載（F）；并量取試件標(biāo)線見的距離（L1）,
精確至0.1mm，測試5個(gè)試件, 若有試件斷裂在標(biāo)線外, 則實(shí)驗(yàn)結(jié)果無效, 采用備用件補(bǔ)做.
B. 熱處理后拉伸性能的測定
按照無處理的拉伸性能的測定方法在試件上劃好標(biāo)線, 然后將試件平放在磚上, 再一起放入電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)試件與箱壁間距不得少于50mm，試件的中心應(yīng)與溫度計(jì)水銀球在
同一水平位置上；于（80±2）℃下恒溫168h后取出, 按照無處理拉伸性能的測定方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
C. 堿處理后拉伸性能的測定
在室溫條件下, 在0.1%的NaOH溶液中, 加入Ca（OH）2試劑, 使之達(dá)到飽和狀態(tài)。在600ml的該溶液中放入試樣, 其液面高出試樣表面10mm以上連續(xù)浸泡168h后取出, 用
水充分淋洗, 擦干后放入（50±2）℃下干燥箱中烘6h取出冷卻至室溫, 用切片機(jī)切成啞鈴形試件, 再按照無處理拉伸性能的測定方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
D. 紫外線處理后拉伸性能的測定
將劃好標(biāo)線的試件平放在磚上, 放入紫外線老化箱內(nèi)。燈管與試件的距離為470-500mm,距試件表面50mm左右的空間溫度為（45±2 ）℃ , 照射時(shí)間250h。取出后冷卻至室溫, 然后按無處理拉伸性能的測定方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
E. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算
① 拉伸強(qiáng)度的計(jì)算
拉伸強(qiáng)度按下式進(jìn)行計(jì)算：P=F/(a×d) 式中P為拉伸強(qiáng)度,mpa，F 為試件最大荷載,N;a 為啞鈴狀裁刀狹小平行部分寬度,mm；d 為實(shí)驗(yàn)長度部分平均厚度, mm。拉
伸強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果以5個(gè)試件的算術(shù)平均值表示, 精確至0.1mpa。
② 斷裂延伸率計(jì)算
斷裂延伸率按下式進(jìn)行計(jì)算：L=(L1-25) ×100/25 式中L為試件斷裂時(shí)的延伸率,,L1 為試件斷裂時(shí)的標(biāo)距, 25為試件的初試標(biāo)距。斷裂延伸率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以5個(gè)試件的
算術(shù)平均值表示, 精確至1%。
3、低溫柔性測定
低溫柔性的測定方法如下：（1）按照拉伸性能測定中有關(guān)試樣的制備方法, 制備涂膜試樣。脫模后切取100mm×25mm的試件3塊；（2）將試樣和Φ10mm圓棒一起放入一10℃低溫
冰箱中, 保持2h后打開冰箱, 迅速捏住試樣的兩端涂層面朝上, 在3-4s內(nèi)繞圓棒彎曲180度, 并記錄此時(shí)的溫度, 取出試件立即觀察其表面有無裂紋、斷裂現(xiàn)象。
4、不透水性的測定
不透水性的測定方法如下：（1）按照拉伸性能測定中有關(guān)試樣的制備方法制備涂膜試樣。脫模后切取150mm×150mm的試件3塊將試樣在標(biāo)準(zhǔn)條件下放置1h, 并在標(biāo)準(zhǔn)條件下
將潔凈的自來水注入不透水試驗(yàn)儀中至溢滿, 開啟進(jìn)水閥, 接著加水壓, 使貯水罐的水流出,清除空氣（3）將試件涂層面迎水置于不透水儀的圓盤上, 再在試件上加一塊相同尺寸, 孔徑為0.2mm的銅絲網(wǎng)布, 啟動(dòng)壓緊, 開啟進(jìn)水閥, 關(guān)閉總水閥, 施加實(shí)驗(yàn)壓力至0.3mpa,并保持該壓力30min。卸壓, 取下試件, 觀察有無滲水現(xiàn)象。
聚合物水泥防水涂料的性能檢測結(jié)果
以自制的丙烯酸醋乳液作為聚合物水泥的液料, 按照液粉比為來進(jìn)行配料, 對(duì)聚合物水泥防水涂料的性能進(jìn)行檢測, 檢測結(jié)果如下表：
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序號(hào) |
實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 |
技術(shù)指標(biāo) |
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1 |
固體含量%，≥ |
65 |
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2 |
干燥時(shí)間 |
表干時(shí)間/h，≤ |
4 |
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實(shí)干時(shí)間/h，≤ |
8 |
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3 |
拉伸強(qiáng)度 |
無處理mpa，≥ |
2.4 |
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加熱后處理后保持率%，≥ |
80 |
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堿處理后保持率%，≥ |
80 |
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紫外線處理后保持率%，≥ |
80 |
||
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4 |
斷裂伸長率 |
無處理%，≥ |
300 |
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加熱處理%，≥ |
150 |
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堿處理%，≥ |
150 |
||
|
紫外線處理%，≥ |
150 |
||
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5 |
低溫柔性，Φ10mm棒 |
-10℃無裂紋 |
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6 |
不透水性，0.3mpa，30min |
不透水 |
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7 |
潮濕基面粘結(jié)強(qiáng)度mpa，≥ |
0.5 |
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8 |
涂膜吸水率% |
--- |
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三、結(jié)果與討論
1、成膜助劑的選擇
成膜助劑是一種暫時(shí)性的增塑劑。它的作用在于：（1）促使乳膠粒子的塑性流動(dòng)和彈性變形, 改善其聚結(jié)性；（2）軟化乳液聚合物粒子, 使它們?nèi)诤显谝黄?/span>, 降低涂料的最低成膜溫度。良好的成膜助劑通常需滿足以下條件：良好的水解穩(wěn)定性；低的凝固點(diǎn)；適中的揮發(fā)率；高效的聚結(jié)效率；低的水溶解度。常用的成膜助劑有乙二醇、丙二醇、己二醇、丙二醇丁醚、乙二醇丁醚、丙二醇乙醚、甲基芐醇、一縮乙二醇、乙二醇丁醚醋酸酯等。本研究選用商品名為TEXANOL酯醇為成膜助劑。
其在乳膠涂料中的使用特性如下：（1）水解穩(wěn)定性非常好, 可以與包括ph高的丙烯酸酯乳液在內(nèi)的各類乳液一起使用；（2）加入乳膠涂料中時(shí), 被吸收在乳液粒子上, 軟化粒子并且在乳膠涂料成膜時(shí)使粒子更好的融合。它不會(huì)被吸進(jìn)能滲透的基質(zhì)中, 但可有效地聚結(jié)乳液粒子；（3）冰點(diǎn)很低, 在冬季不需要特別處理；（4）容易摻入乳液中, 且在較高的含量下不影響涂料的穩(wěn)定性；（5）乳液聚合物的強(qiáng)溶劑。
2、成膜助劑對(duì)聚合物乳液及聚合物水泥防水涂料性能的影響
1）成膜助劑對(duì)聚合物乳液粘度的影響
成膜助劑對(duì)聚合物乳液粘度的影響
由圖可知, 隨著成膜助劑加入量的增加, 聚合物乳液的粘度增大。這是因?yàn)槌赡ぶ?/span>劑是一種高效的溶劑, 會(huì)軟化乳液粒子, 乳液粒子溶脹而變大, 并且更容易凝結(jié), 從而使聚合物乳液粘度上升, 只要加量適當(dāng), 不會(huì)影響乳液的使用。但成膜助劑的加入量必須要加以控制, 否則由于乳液粒子的溶脹, 其表面上起保護(hù)作用的表面活性劑及保護(hù)膠體的濃度相應(yīng)降低甚至被大量成膜助劑取代, 而使乳液不穩(wěn)定。
2）成膜助劑對(duì)聚合物水泥防水涂料拉伸性能的影響
成膜助劑對(duì)聚合物水泥防水涂料斷裂延伸率的影響
成膜助劑對(duì)聚合物水泥防水涂料拉伸強(qiáng)度的影響
成膜助劑對(duì)聚合物水泥防水涂料拉伸強(qiáng)度的影響
由此可知, 隨著成膜助劑加入量的增加, 聚合物水泥防水涂料的斷裂延伸率逐漸增加, 而拉伸強(qiáng)度卻減小。這是因?yàn)槌赡ぶ鷦┯欣诰酆衔镱w粒的軟化, 使之更加容易產(chǎn)生塑性流動(dòng)和彈性變形, 顆粒之間凝聚在一起, 形成完整連續(xù)的高分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。而且成膜助劑也提高了乳液對(duì)水泥和碳酸鈣等填料的潤濕性,使兩者的界面結(jié)合更加緊密。
3）成膜助劑對(duì)聚合物水泥防水涂料吸水率的影響
成膜助劑對(duì)聚合物水泥防水涂料吸水率的影響
由圖可知, 隨著成膜助劑加入量的增加, 聚合物水泥防水涂料涂膜的吸水率呈上升趨勢。這主要是因?yàn)槌赡ぶ鷦┦且环N暫時(shí)性增塑劑, 加量越大, 同一時(shí)間揮發(fā)的量也越多。揮發(fā)之后殘留于涂膜中的孔隙也越多。這些孔隙為水分的寄存提供了理想的場所。
4）成膜助劑對(duì)聚合物水泥防水涂料低溫柔性的影響
成膜助劑對(duì)聚合物水泥防水涂料低溫柔性的影響
由圖可知, 隨著成膜助劑加入量的增加, 聚合物水泥防水涂料的低溫柔性得到了提高。這因?yàn)榧恿勘容^大時(shí), 由于涂膜本身比較柔軟, 聚合物分子鏈更加舒展, 乳液的玻璃化
溫度得到了降低, 在較低的溫度時(shí), 高分子網(wǎng)絡(luò)鏈也能保持一定的柔韌性。
3、分散劑對(duì)聚合物水泥防水涂料性能的影響
1）分散劑對(duì)聚合物水泥拉伸性能的影響
在本研究中, 選用P-731作為分散劑。P-731是一種外觀呈黃色或淺褐色透明液體的聚合物電解質(zhì)羧酸鈉鹽水溶液。一是一種可用丙烯酸酯類乳液涂料的優(yōu)異多功能顏料分散
劑, 對(duì)無機(jī)顏料分散十分有效, 具有高效性和出色的展色性等特性。使用水性顏料分散劑能提供好的光澤、遮蓋性以及耐擦洗性, 能用于范圍廣的配方中, 包括底漆、內(nèi)外墻漆、
平光漆和有光澤漆。
分散劑P-731加入量對(duì)聚合物水泥防水涂料拉伸強(qiáng)度的影響
隨著P-731分散劑加入量的增加, 聚合物水泥防水涂料涂膜的拉伸強(qiáng)度逐漸提高。由于分散劑的加入, 可使分散性得到提高, 無機(jī)填料均勻地分散于聚合物涂膜中, 更多的水泥粒子參與了水化, 在涂膜中形成局部的硅酸鹽骨架結(jié)構(gòu), 增強(qiáng)了涂膜抗拉的能力。而P-731分散劑對(duì)聚合物水泥防水涂料斷裂延伸率的影響則存在著一個(gè)極大值。當(dāng)P-731加入量小于0.3%時(shí), 聚合物水泥防水涂料涂膜的斷裂延伸率隨著加入量的增加而增大;而當(dāng)加入量大于0.3%時(shí), 聚合物水泥防水涂料涂膜斷裂延伸率卻隨著分散劑加量的增加而有一定程度的降
低。這主要是因?yàn)榉稚┑募尤肽軌蚴狗哿线_(dá)到均勻分散, 使微細(xì)顆粒都能被聚合物乳液有效包覆, 避免團(tuán)聚顆粒在涂膜中形成缺陷的可能；流動(dòng)性的提高, 涂料的消泡效率得以提
高, 涂膜中的微氣泡也相應(yīng)地減少, 使材質(zhì)更加均勻, 從而涂膜斷裂伸長率上升。但分散劑加量達(dá)到一定數(shù)量后, 涂膜的拉伸強(qiáng)度顯著增加, 涂膜的“ 剛性” 增強(qiáng), 導(dǎo)致斷裂延伸率有一定程度的下降。
2）分散劑對(duì)聚合物水泥防水涂料涂膜吸水率的影響
P一731分散劑對(duì)聚合物水泥防水涂料涂膜吸水率的影響也存在著一個(gè)極值。當(dāng)P一731加入量小于0.3%時(shí), 聚合物水泥防水涂料涂膜的吸水率隨著加入量的增加而減小而當(dāng)加入量大于0.3%時(shí), 聚合物水泥防水涂料涂膜吸水率卻隨著分散劑加量的增加而有一定程度的增加。這主要是因?yàn)榉稚┑募尤肽軌蚴狗哿线_(dá)到均勻分散, 使微細(xì)顆粒都能被聚合物乳液有效包覆, 避免團(tuán)聚顆粒在涂膜中形成缺陷的可能流動(dòng)性的提高, 涂料的消泡效率得以提高, 涂膜中的微氣泡也相應(yīng)地減少, 使材質(zhì)更加致密均勻, 涂膜的孔隙大大減少,因此水寄存的場所大大減少, 故涂膜吸水率降低。但當(dāng)P一731的加入量超過0.3%時(shí), 由于一般的分散劑都不具有揮發(fā)性而殘存在最終的涂膜中, 并且P-731是水溶性的, 因此殘存的P-731遇水后, 慢慢發(fā)生親和作用, 致使涂膜的吸水率上升。
4、增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）對(duì)聚合物水泥防水涂料性能的影響
DBP加量對(duì)聚合物水泥防水涂料拉伸強(qiáng)度的影響
隨著DBP量的增加, 聚合物水泥防水涂料的斷裂延伸率增加、低溫柔性得到加強(qiáng)而拉伸強(qiáng)度卻降低。DBP增塑劑是高沸點(diǎn)難揮發(fā)的液體, 是一種不與聚合物乳液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的外增塑劑。它作為小分子助劑, 主要作用是插進(jìn)成膜的高分子物質(zhì)中, 削弱聚合物分子之間的次價(jià)鍵力即范德華力, 從而增加了聚合物分子鏈之間的移動(dòng)性, 降低了聚合物分子的結(jié)晶性, 從而使聚合物分子鏈段變得柔順, 增加了聚合物的彈塑性。雖然添加增塑劑可以增加斷裂延伸率和改善低溫柔韌性, 但增塑劑的加量并非越多越好,它會(huì)降低拉伸性能, 若加量過多, 聚合物水泥防水涂料的涂膜在夏季會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重發(fā)粘的現(xiàn)象。綜上所述, 本研究的DBP加量約為0.3%。
5、液粉比對(duì)聚合物水泥防水涂料性能的影響
1）液粉比對(duì)聚合物水泥防水涂料拉伸斷裂性能的影響
比對(duì)聚合
物水 液粉比對(duì)水泥防水涂料斷裂延伸率的影響
從圖一可以看出聚合
聚合物水泥防水涂料的斷裂延伸率隨液粉比的增加而增加。在聚合物水泥防水涂料中, 隨著液粉比的不斷增加, 聚合物乳液在體系中的含量增加, 聚合物逐漸躍升為主要組分, 而水泥為次要或改性成分。從微觀上看, 高液粉比的體系中, 水泥膠體鏈已很不完整, 聚合物的柔性鏈部分完全包裹住了水泥膠體顆粒。聚合物的柔性鏈起抵抗外界應(yīng)力的主導(dǎo)作用。
2）液粉比對(duì)聚合物水泥防水涂料低溫柔性的影響
隨著液粉比的逐漸增大, 聚合物水泥防水涂料的低溫柔性也逐漸增加。當(dāng)液粉比為1.25時(shí), 聚合物水泥防水涂料的低溫柔性最佳, 可達(dá)到一25℃。
聚合物水泥防水的低溫柔性主要由聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度來確定。當(dāng)外界溫度高于聚合物的玻璃化溫度時(shí), 其行為類似橡膠, 受載時(shí)產(chǎn)生彈性形變, 具有較好的柔韌性當(dāng)外界溫度
低于聚合物的玻璃化溫度時(shí), 其行為類似玻璃易于產(chǎn)生脆性破壞, 柔性顯著下降。而對(duì)于聚合物水泥防水涂料體系來說, 它既存在柔性的聚合物分子鏈, 又存在著剛性的水泥膠體鏈,
兩種不同性質(zhì)的材料共同制約了整個(gè)體系的低溫柔性。因此, 隨著聚合物量的增加（即液粉比的提高），體系的低溫柔性也越好。
3）液粉比對(duì)聚合物水泥防水涂料吸水率的影響
液粉比和浸水時(shí)間對(duì)聚合物水泥防水涂料吸水率的影響
從圖中可以看出, 隨著浸水時(shí)間的延長, 聚合物水泥防水涂料的吸水率均增加；而在
相同的浸水時(shí)間下, 高液粉比的聚合物水泥防水涂料的吸水率明顯高于低液粉比的防水涂料。這主要是因?yàn)榫酆衔锼喾浪苛系耐磕ぶ袣埓嬷H水性的乳化劑, 當(dāng)液粉比越高, 聚合物乳液的量越大, 因此, 涂膜中殘存的乳化劑量就越大, 由于乳化劑與水發(fā)生親和作用, 將更多的水吸附到涂膜中, 故涂膜吸水率也越大而當(dāng)浸水時(shí)間延長時(shí), 涂膜中殘存的乳化劑就有足夠長的時(shí)間與水進(jìn)行充分的親和作用, 隨著浸水時(shí)間的延長, 涂膜中會(huì)有更多的乳化劑水發(fā)生充分的親和作用, 因此, 涂膜吸水率也增加。
4）液粉比對(duì)聚合物水泥防水涂料價(jià)格的影響
液粉比對(duì)聚合物水泥防水涂料價(jià)格的影響
對(duì)于大量使用聚合物水泥防水涂料的防水工程來說, 聚合物水泥防水涂料的價(jià)格因素應(yīng)該考慮。由圖可知,隨著液粉比的增加, 聚合物水泥防水涂料的價(jià)格總體呈上升趨勢,
價(jià)格的最大相差在1800元/T 。這主要是因?yàn)樵诰酆衔锼喾浪苛现?/span>, 作為液料的丙烯酸酷類乳液的價(jià)格遠(yuǎn)高于作為粉料的水泥的價(jià)格。因此, 在不影響聚合物水泥防水涂料的使用性能時(shí), 聚合物乳液質(zhì)量相同的情況下, 總是盡可能的多加入水泥。
聚合物水泥防水涂料的性能檢測結(jié)果
以自制的丙烯酸醋乳液作為聚合物水泥的液料, 按照液粉比為來進(jìn)行配料, 對(duì)聚合物水泥防水涂料的性能進(jìn)行檢測, 檢測結(jié)果如下表：
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序號(hào) |
實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 |
技術(shù)指標(biāo) |
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1 |
固體含量%，≥ |
65 |
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2 |
干燥時(shí)間 |
表干時(shí)間/h，≤ |
4 |
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實(shí)干時(shí)間/h，≤ |
8 |
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3 |
拉伸強(qiáng)度 |
無處理mpa，≥ |
2.4 |
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加熱后處理后保持率%，≥ |
80 |
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堿處理后保持率%，≥ |
80 |
||
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紫外線處理后保持率%，≥ |
80 |
||
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4 |
斷裂伸長率 |
無處理%，≥ |
300 |
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加熱處理%，≥ |
150 |
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堿處理%，≥ |
150 |
||
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紫外線處理%，≥ |
150 |
||
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5 |
低溫柔性，Φ10mm棒 |
-10℃無裂紋 |
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6 |
不透水性，0.3mpa，30min |
不透水 |
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7 |
潮濕基面粘結(jié)強(qiáng)度mpa，≥ |
0.5 |
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8 |
涂膜吸水率% |
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6、聚合物水泥防水涂料的成膜機(jī)理
聚合物水泥防水涂料是一種兼有揮發(fā)固化和反應(yīng)固化雙重特點(diǎn)的涂料。其成膜機(jī)理是在液料和粉料配合攪拌后,聚合物乳液即把水泥顆粒包裹起來。一方面水乳液中的一部分水分揮發(fā), 使高分子微粒脫水而粘接在一起, 從而形成連續(xù)的彈塑性薄膜；另一方面水泥吸收乳液中的其余水分, 發(fā)生水化反應(yīng)固化, 并與有機(jī)高分子聚合物鏈共同組成互穿網(wǎng)絡(luò)的防水涂膜結(jié)構(gòu), 從而加快了固化成膜的速度。聚合物與水泥的結(jié)合主要是通過離子鍵來實(shí)現(xiàn)化學(xué)相互作用的：
ｎP-COO-+Me→（P-COO）ｎMe
（聚合物乳液）（水泥水化物）（聚合物水泥涂膜）
生成的（P-COO）ｎMe聚合物水泥新體系, 是一種高強(qiáng)度高彈性的致密復(fù)合材料。當(dāng)聚合物乳液加入到水泥中時(shí), 在攪拌過程中, 聚合物顆粒均勻的分散到水泥漿體中。當(dāng)水泥遇到
水時(shí), 水化反應(yīng)就開始, 氫氧化鈣溶液很快達(dá)到過飽和析出晶體, 同時(shí)生成鈣礬石晶體及碳酸鈣凝膠體乳液中的聚合物顆粒便沉積到凝膠體和水未化的水泥顆粒上。隨著水化反應(yīng)進(jìn)行, 水分不斷消耗, 水化產(chǎn)物增多, 聚合物顆粒逐漸聚集在毛細(xì)孔中, 并在凝膠體表面、未水化水泥顆粒上形成緊密堆積層。這聚集的聚合物顆粒逐漸填充毛細(xì)孔并且覆蓋著它們不能完全填充的毛細(xì)孔的內(nèi)表面。由于水化或干燥水分進(jìn)一步減少,在凝膠體上和在孔隙
中緊密堆積的聚合物顆粒便凝聚形成連續(xù)的薄膜, 形成與水化水泥漿體互穿基質(zhì)的混合體,并且使水化產(chǎn)物之間及骨料相互膠接。由于帶有聚合物的水化產(chǎn)物在界面形成了覆蓋層, 可能影響了鈣礬石和粗大氫氧化鈣晶體的增長, 也由于聚合物在界面過渡區(qū)孔隙中凝聚成膜,從而使聚合物防水涂料的界面過渡區(qū)更為致密,使聚合物水泥防水涂料的性能得以改善。一些聚合物分子中的活性基團(tuán)可能與水泥水化產(chǎn)物中的鈣鋁等產(chǎn)生了教練反應(yīng)，形成特殊的橋鍵作用, 改善了水泥砂漿硬化體的物理組織結(jié)構(gòu), 緩解了內(nèi)應(yīng)力, 減少了微裂紋的產(chǎn)生, 增強(qiáng)了聚合物防水涂料的致密性。
聚合物水泥防水涂料的主要成膜物質(zhì)是聚合物乳液和水泥, 通過這兩類材料的巧妙結(jié)合, 在最終形成的防水涂膜中, 聚合物相與水泥相相互貫穿, 交聯(lián)固化。所形成的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),既具有有機(jī)高分子材料的柔性網(wǎng)絡(luò), 又具有無機(jī)膠凝網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在保持無機(jī)硅酸鹽材料抗老化能力強(qiáng)、強(qiáng)度、硬度大、粘結(jié)力強(qiáng)、防水性能好等特點(diǎn)的基礎(chǔ)上, 又引進(jìn)了有機(jī)高分子材料變形好、結(jié)構(gòu)封閉性強(qiáng)、產(chǎn)品易涂刷的優(yōu)點(diǎn), 從而使剛?cè)嵯酀?jì)的防水觀念得到很好的體現(xiàn)。
聚合物水泥防水涂料的防水機(jī)理
從目前已有的防水涂料品種來分析, 其防水機(jī)理可分為兩大類型。一類是通過形成完整的涂膜阻擋水的透過或水分子的滲透另一類則是通過涂膜本身的憎水作用來防止水分透過。聚合物水泥防水涂料則是通過涂膜來阻擋水的透過或水分子的滲透。許多高分子材料在干燥后能形成完整連續(xù)的膜。固體高分子的分子與分子之間總有一些間隙,其間隙的寬度約為幾十納米, 按理說單個(gè)的水分子是完全可以從這些間隙中通過, 但自然界的水通常是處于締合狀態(tài), 幾十個(gè)水分子之間由于氫鍵的作用而形成一個(gè)較大的水分子團(tuán)。因此, 水分子實(shí)際上就很難通過高分子之間的間隙, 這就是聚合物水泥防水涂料的涂膜具有防水功能的主要原因。
小結(jié)
影響聚合物水泥防水涂料的性能因素很多如成膜助劑、分散劑、增塑劑、液粉比等。本章主要研究了成膜助劑、分散劑、增塑劑、液粉比對(duì)聚合物水泥防水涂料拉伸性能、低溫
柔性、涂膜吸水率等的影響。采用的研究方法是：研究助劑對(duì)聚合物水泥防水涂料性能的影響時(shí), 將液粉比固定, 而測定條件相同；研究液粉比對(duì)聚合物水泥防水涂料性能的影響
時(shí), 加入助劑的量相同, 而測定條件相同。此外, 還探討了聚合物水泥防水涂料的成膜機(jī)理和防水機(jī)理。經(jīng)過研究, 得出以下基本結(jié)論：
1、 以自制的丙烯酸酷聚合物乳液為液料, 以普通硅酸鹽水泥為粉料, 以輕質(zhì)碳酸鈣為填料, 在液粉比固定的情況下, 聚合物防水涂料中的外加助劑如成膜助劑、分散劑等會(huì)對(duì)其
性能產(chǎn)生影響。由于成膜助劑能夠促使乳膠粒子的塑性流動(dòng)和彈性變形, 改善其聚結(jié)性, 軟化乳液聚合物粒子, 使它們?nèi)诤显谝黄?/span>, 降低涂料的最低成膜溫度, 因此, 在聚合物水泥防水涂料中加入適量的成膜助劑能夠有效的提高其彈性和低溫柔性, 但由于成膜助劑具有揮發(fā)性, 揮發(fā)之后殘留于涂膜中的孔隙為水分的寄存提供了理想的場所, 因此涂膜的吸水率增加。當(dāng)在聚合物水泥防水涂料中加入適量的分散劑, 由于分散劑能夠提高粉料和體質(zhì)填料的分散性, 因此提高了聚合物水泥防水涂料的拉伸性能和降低了其涂膜吸水率。
2、液粉比不但會(huì)對(duì)聚合物水泥防水涂料的性能產(chǎn)生影響, 而且還會(huì)影響聚合物水泥防水涂料的價(jià)格。聚合物水泥防水涂料的彈性和低溫柔性均隨著液粉比的增加而增加, 而拉伸
強(qiáng)度卻隨著液粉比的增加而降低。由于丙烯酸酷乳液的價(jià)格遠(yuǎn)高于水泥的價(jià)格, 因此, 聚合物水泥防水涂料的價(jià)格隨著液粉比的增加而升高。綜合聚合物水泥防水涂料的性能和價(jià)格,將液粉比確定為1.0較佳。
3、對(duì)按照參考配方制備的聚合物水泥防水的相關(guān)性能進(jìn)行檢測, 檢測的結(jié)果表明：聚合物水泥防水涂料具有優(yōu)異的性能高彈性、高防水性、低涂膜吸水率、高低溫柔性和低廉
的價(jià)格。以自制的丙烯酸酷乳液為液料, 制備出的聚合物水泥防水涂料可以有效克服目前市售產(chǎn)品的缺點(diǎn),具有很高的性價(jià)比。
聚合物水泥防水涂料的性能檢測結(jié)果
以自制的丙烯酸醋乳液作為聚合物水泥的液料, 按照液粉比為來進(jìn)行配料, 對(duì)聚合物水泥防水涂料的性能進(jìn)行檢測, 檢測結(jié)果如下表：
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序號(hào) |
實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 |
技術(shù)指標(biāo) |
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1 |
固體含量%，≥ |
65 |
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2 |
干燥時(shí)間 |
表干時(shí)間/h，≤ |
4 |
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實(shí)干時(shí)間/h，≤ |
8 |
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3 |
拉伸強(qiáng)度 |
無處理mpa，≥ |
2.4 |
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加熱后處理后保持率%，≥ |
80 |
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堿處理后保持率%，≥ |
80 |
||
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紫外線處理后保持率%，≥ |
80 |
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4 |
斷裂伸長率 |
無處理%，≥ |
300 |
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加熱處理%，≥ |
150 |
||
|
堿處理%，≥ |
150 |
||
|
紫外線處理%，≥ |
150 |
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5 |
低溫柔性，Φ10mm棒 |
-10℃無裂紋 |
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6 |
不透水性，0.3mpa，30min |
不透水 |
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7 |
潮濕基面粘結(jié)強(qiáng)度mpa，≥ |
0.5 |
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8 |
涂膜吸水率% |
--- |
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6、聚合物水泥防水涂料的成膜機(jī)理
聚合物水泥防水涂料是一種兼有揮發(fā)固化和反應(yīng)固化雙重特點(diǎn)的涂料。其成膜機(jī)理是在液料和粉料配合攪拌后,聚合物乳液即把水泥顆粒包裹起來。一方面水乳液中的一部分水分揮發(fā), 使高分子微粒脫水而粘接在一起, 從而形成連續(xù)的彈塑性薄膜；另一方面水泥吸收乳液中的其余水分, 發(fā)生水化反應(yīng)固化, 并與有機(jī)高分子聚合物鏈共同組成互穿網(wǎng)絡(luò)的防水涂膜結(jié)構(gòu), 從而加快了固化成膜的速度。聚合物與水泥的結(jié)合主要是通過離子鍵來實(shí)現(xiàn)化學(xué)相互作用的：
ｎP-COO-+Me→（P-COO）ｎMe
（聚合物乳液）（水泥水化物）（聚合物水泥涂膜）
生成的（P-COO）ｎMe聚合物水泥新體系, 是一種高強(qiáng)度高彈性的致密復(fù)合材料。當(dāng)聚合物乳液加入到水泥中時(shí), 在攪拌過程中, 聚合物顆粒均勻的分散到水泥漿體中。當(dāng)水泥遇到
水時(shí), 水化反應(yīng)就開始, 氫氧化鈣溶液很快達(dá)到過飽和析出晶體, 同時(shí)生成鈣礬石晶體及碳酸鈣凝膠體乳液中的聚合物顆粒便沉積到凝膠體和水未化的水泥顆粒上。隨著水化反應(yīng)進(jìn)行, 水分不斷消耗, 水化產(chǎn)物增多, 聚合物顆粒逐漸聚集在毛細(xì)孔中, 并在凝膠體表面、未水化水泥顆粒上形成緊密堆積層。這聚集的聚合物顆粒逐漸填充毛細(xì)孔并且覆蓋著它們不能完全填充的毛細(xì)孔的內(nèi)表面。由于水化或干燥水分進(jìn)一步減少,在凝膠體上和在孔隙
中緊密堆積的聚合物顆粒便凝聚形成連續(xù)的薄膜, 形成與水化水泥漿體互穿基質(zhì)的混合體,并且使水化產(chǎn)物之間及骨料相互膠接。由于帶有聚合物的水化產(chǎn)物在界面形成了覆蓋層, 可能影響了鈣礬石和粗大氫氧化鈣晶體的增長, 也由于聚合物在界面過渡區(qū)孔隙中凝聚成膜,從而使聚合物防水涂料的界面過渡區(qū)更為致密,使聚合物水泥防水涂料的性能得以改善。一些聚合物分子中的活性基團(tuán)可能與水泥水化產(chǎn)物中的鈣鋁等產(chǎn)生了教練反應(yīng)，形成特殊的橋鍵作用, 改善了水泥砂漿硬化體的物理組織結(jié)構(gòu), 緩解了內(nèi)應(yīng)力, 減少了微裂紋的產(chǎn)生, 增強(qiáng)了聚合物防水涂料的致密性。
聚合物水泥防水涂料的主要成膜物質(zhì)是聚合物乳液和水泥, 通過這兩類材料的巧妙結(jié)合, 在最終形成的防水涂膜中, 聚合物相與水泥相相互貫穿, 交聯(lián)固化。所形成的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),既具有有機(jī)高分子材料的柔性網(wǎng)絡(luò), 又具有無機(jī)膠凝網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在保持無機(jī)硅酸鹽材料抗老化能力強(qiáng)、強(qiáng)度、硬度大、粘結(jié)力強(qiáng)、防水性能好等特點(diǎn)的基礎(chǔ)上, 又引進(jìn)了有機(jī)高分子材料變形好、結(jié)構(gòu)封閉性強(qiáng)、產(chǎn)品易涂刷的優(yōu)點(diǎn), 從而使剛?cè)嵯酀?jì)的防水觀念得到很好的體現(xiàn)。
聚合物水泥防水涂料的防水機(jī)理
從目前已有的防水涂料品種來分析, 其防水機(jī)理可分為兩大類型。一類是通過形成完整的涂膜阻擋水的透過或水分子的滲透另一類則是通過涂膜本身的憎水作用來防止水分透過。聚合物水泥防水涂料則是通過涂膜來阻擋水的透過或水分子的滲透。許多高分子材料在干燥后能形成完整連續(xù)的膜。固體高分子的分子與分子之間總有一些間隙,其間隙的寬度約為幾十納米, 按理說單個(gè)的水分子是完全可以從這些間隙中通過, 但自然界的水通常是處于締合狀態(tài), 幾十個(gè)水分子之間由于氫鍵的作用而形成一個(gè)較大的水分子團(tuán)。因此, 水分子實(shí)際上就很難通過高分子之間的間隙, 這就是聚合物水泥防水涂料的涂膜具有防水功能的主要原因。
小結(jié)
影響聚合物水泥防水涂料的性能因素很多如成膜助劑、分散劑、增塑劑、液粉比等。本章主要研究了成膜助劑、分散劑、增塑劑、液粉比對(duì)聚合物水泥防水涂料拉伸性能、低溫
柔性、涂膜吸水率等的影響。采用的研究方法是：研究助劑對(duì)聚合物水泥防水涂料性能的影響時(shí), 將液粉比固定, 而測定條件相同；研究液粉比對(duì)聚合物水泥防水涂料性能的影響
時(shí), 加入助劑的量相同, 而測定條件相同。此外, 還探討了聚合物水泥防水涂料的成膜機(jī)理和防水機(jī)理。經(jīng)過研究, 得出以下基本結(jié)論：
1、 以自制的丙烯酸酷聚合物乳液為液料, 以普通硅酸鹽水泥為粉料, 以輕質(zhì)碳酸鈣為填料, 在液粉比固定的情況下, 聚合物防水涂料中的外加助劑如成膜助劑、分散劑等會(huì)對(duì)其
性能產(chǎn)生影響。由于成膜助劑能夠促使乳膠粒子的塑性流動(dòng)和彈性變形, 改善其聚結(jié)性, 軟化乳液聚合物粒子, 使它們?nèi)诤显谝黄?/span>, 降低涂料的最低成膜溫度, 因此, 在聚合物水泥防水涂料中加入適量的成膜助劑能夠有效的提高其彈性和低溫柔性, 但由于成膜助劑具有揮發(fā)性, 揮發(fā)之后殘留于涂膜中的孔隙為水分的寄存提供了理想的場所, 因此涂膜的吸水率增加。當(dāng)在聚合物水泥防水涂料中加入適量的分散劑, 由于分散劑能夠提高粉料和體質(zhì)填料的分散性, 因此提高了聚合物水泥防水涂料的拉伸性能和降低了其涂膜吸水率。
2、液粉比不但會(huì)對(duì)聚合物水泥防水涂料的性能產(chǎn)生影響, 而且還會(huì)影響聚合物水泥防水涂料的價(jià)格。聚合物水泥防水涂料的彈性和低溫柔性均隨著液粉比的增加而增加, 而拉伸
強(qiáng)度卻隨著液粉比的增加而降低。由于丙烯酸酷乳液的價(jià)格遠(yuǎn)高于水泥的價(jià)格, 因此, 聚合物水泥防水涂料的價(jià)格隨著液粉比的增加而升高。綜合聚合物水泥防水涂料的性能和價(jià)格,將液粉比確定為1.0較佳。
3、對(duì)按照參考配方制備的聚合物水泥防水的相關(guān)性能進(jìn)行檢測, 檢測的結(jié)果表明：聚合物水泥防水涂料具有優(yōu)異的性能高彈性、高防水性、低涂膜吸水率、高低溫柔性和低廉
的價(jià)格。以自制的丙烯酸酷乳液為液料, 制備出的聚合物水泥防水涂料可以有效克服目前市售產(chǎn)品的缺點(diǎn),具有很高的性價(jià)比。
