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1、 浅析聚合物改性水泥基防水涂料摘要聚合物改性水泥基防水涂料是一种新型复合防水涂料，弥补了水泥基材料柔性不足以及聚合物乳液涂膜再溶胀、防水性差的缺陷，既有有机涂料高韧高弹性能，又有无机材料耐久性好的优点。本文阐述了聚合物改性水泥基防水涂料的作用机理，聚合物的液料和粉料的配方对涂料性能的影响，讨论了影响涂料耐老化性能的因素。由法赫公司研发的 FH-CS108 聚合物改性水泥基防水涂料是一种弹性防水涂料，可用于建筑防水工程，施工简单、防水效果突出、环保无毒。关键词：防水材料；聚合物改性；耐老化性；抗拉强度；延伸率1 引言我国建筑防水材料今年取得了很大发展，涌现出一批较好的建筑防水材料和建筑防水工程，
2、但是建筑防水工程质量问题仍很突出。据相关部门对工业和民用建筑随机抽查调查显示：渗透率为 35%，远远高出欧美日等发达国家。另外，据建设部门统计，一半以上的工程质量投诉都是建筑物渗透。可见，我国建筑工程防水质量还达不到要求。目前国家每年花费大量资金用于桥梁建筑物的防水。因此，如何提高防水工程的质量的重要问题。建筑工程的防水质量一方面与防水施工技术有关，另一方面与使用的防水材料性能有关，目前的防水材料难以满足工程防水需要，要通过改进现有防水材料的性能使其能满足更高的要求，公司研发了一种聚合物改性水泥基防水涂料。建筑防水材料的现状和发展趋势我国的防水材料包括沥青及改性沥青防水卷材、合成高分子防水卷材
3、、防水涂料、密封材料和刚性止水堵漏材料 5 大类几百个品种。对沥青基防水卷材所用的基材来说，石油沥青的性能难以满足防水卷材对低温柔性、耐热性能、拉伸性能、断裂延伸性能及耐候性等方面的要求，人们对沥青进行了改性研究，一般采用聚合物来改性，具有代表性的是以 SBS 为代表的弹性体聚合物和以 App 为代表的塑性体聚合物。大部分发达国家已经逐渐减少了对沥青基防水卷材的使用，多采用改性的沥青作防水卷材。 这类聚合物改性沥青在我国生成和使用时间不长，价格较高，在防水材料市场占有率较小，近年来使用有上升趋势。对于改性沥青防水卷材所使用的胎基而言，使用纸基不是很理想，拉伸强度低，纵横拉力差大，难以适应混凝土
4、及其他屋面材料的伸缩变形，因此现在一般以玻璃布、玻璃纤维、聚氨酯无基。或采用 2 者的复合体。合成高分子防水卷材现在主要以聚氯乙烯（PVC）和三元乙丙（EPDM）为主，近年涌现的热塑性聚烯烃防水卷材（TPO） 。高分子防水卷材在国外已较成熟，在国内还受到很多因素限制：EPDM 原料依靠进口，生产过程需要硫化工艺，成本高，施工中胶黏剂不配套，粘结技术不过关，很难大范围推广；国产 PVC 防水卷材的增塑剂易挥发，耐久性不长；氯化聚乙烯（CPE）老化性能中等，长期使用不佳。建筑防水涂料一般分为沥青基防水涂料、高聚物改性沥青防水涂料和高分子防水涂料三大类。沥青基防水涂料由于其涂层的柔韧性、抗裂性、强度
5、及耐高低温性不能满足日益提高的防水要求，基本不使用了。现在广泛采用聚合物改性提高沥青的性能，改性聚合物包括氯丁橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、SBS 、APP 等，从而改善了涂层的柔韧性、抗裂性、强度等，随后发展了一系列的高聚物改性沥青防水涂料。溶剂型的高聚物改性沥青防水涂料所用有机溶剂不符合环保要求，逐渐被水乳型的代替。合成高分子防水涂料主要品种有聚氨酯防水涂料、聚合物水泥防水涂料和聚合物乳液建筑防水涂料等。用量最大是聚氨酯类产品。聚氨酯防水涂料性能优异，在建筑防水涂料中用的最多。然而，在国内，煤焦油型聚氨酯用煤焦油代替价格较高的聚醚多元醇，降低了产品成本。但是煤焦油型聚氨酯含有毒物质，严重污染环
6、境和危害人体健康。此外，我国聚氨酯防水涂料通常以 TDI、MDI 及聚醚作基本原料，二甲苯作稀释料，污染环境，有毒，同时抗紫外线能力差，在紫外线作用下易发黄粉化，对基层含水率要求较高，实际应用不是很理想。因此需要大力发展高性能的双组分非煤焦油型和单组分固化型聚氨酯。聚氨酯乳液建筑防水涂料主要是丙烯酸酯类乳液涂料，其涂膜弹性好，粘结性强，具有优异的耐水性、耐候性及耐热老化、紫外线老化和酸碱老化性能，收到了重视。国外该涂料主要用于外墙防水，品种主要有纯丙乳液，苯丙乳液及硅丙乳液等。在国内纯丙涂料由于价格高使用不普遍，硅丙乳液由于技术含量高并且价格也高，使用的更少，因此现在主要使用价格较低 的苯丙乳
7、液，但性能与纯丙、硅丙乳液相比明显较差。现在高层建筑物外墙瓷砖开始禁用，丙烯酸酯类乳液涂料使用逐渐多了。建筑密封材料在建筑防水工程中作用日益重要，发展迅速。品种有数百种之多。按所用的基材可分为油基、橡胶、树脂、无机等。其中高弹性、低模量的高分子密封剂发展很快，如硅酮、聚硫、聚氨酯和丙烯酸等。在高中档密封剂中，硅酮产品在我国应用最广、产量最大。聚氨酯类产品因为粘结稳定，弹性优良，且同硅酮产品比在抗撕裂、耐磨、抗穿刺等性能方面有明显的优势。聚硫密封剂主要用于中空玻璃产品的密封。高分子密封剂有优良的密封防水性能因此具有重要的开发和应用价值。刚性防水材料包括两大类，一类是以硅酸盐水泥为基料，加入无机或
8、有机外加剂配制成的防水砂浆、防水混凝土，如外加剂防水混凝土，聚合物砂浆等；另一类是以膨胀水泥为主的特种水泥为基配制的防水砂浆、防水混凝土，如膨胀水泥防水混凝土。在我国 U 型膨胀剂防水混凝土推广很快。近年还出现了一些新型的堵漏材料，如水泥基渗透结晶型防水材料等。对于刚性防水来说，有许多难以克服的缺点，如收缩开裂、极限拉伸强度低、易随结构层变形开裂等；但是与有机柔性防水材料相比其耐久性、耐候性和耐老化性能是很好的，因此如果与有机柔性材料结合起来使用则更能显著提高建筑工程的综合防水性能。1924 年，里夫布尔第一个提出了用聚合物对水泥砂浆及混凝土进行改性的概念。50 年代后，对聚合物用于水泥砂浆及
9、混凝土进行了研究。70 年代以后，聚合物改性水泥基材料的研究与应用开始得到迅速发展，许多研究者对各种聚合物的改性效果做了研究。对其改性机理，聚合物与水泥、水泥水化物之间的作用机理从理论上进了分析研究。日本在这方面研究达到世界领先水平。上述材料虽能克服水泥水化收缩产生的裂缝，但不足以抵抗大的变形。随着聚合物生产技术成熟，聚合物比例加大，发展了一种具有独特概念和性能的新型防水材料聚合物水泥基复合防水涂料。按照混凝土中胶结料的不同组成可分为：聚合物混凝土 PC，聚合物浸渍混凝土和聚合物改性混凝土材料。用于改性水泥混凝土的聚合物品种有水性聚合物、液体树脂和聚合物乳液。聚合物乳液的种类从 20 世纪 3
10、0 年代起有天然橡胶浆，聚醋酸乙烯乳液，70 年代后出现丁苯胶乳、氯丁胶乳、丙烯酸酯共聚物乳液等。随着聚合物的引入，使得聚合物水泥产生了从刚性到柔性 的转变，应用领域大大拓展了，在涂料领域是一个很好的应用。聚合物改性水泥基防水涂料作为一种新型的环保型防水材料，很好地适应了新时代工程建设需要。复合防水涂料是由聚合物乳液和无机填料复合而成的双组份水乳型防水涂料。使用过程中，将一定比例的液料和粉料搅拌均匀，经无机粉料的水化反应及有机液料的水分挥发，最终形成一层均匀而富有弹性的橡胶性涂膜，聚合物水泥基防水涂料是一种液料、粉料双组份水性防水涂料，它以柔性高、粘结力强、抗冻融、耐高温、耐腐蚀、施工简单、无
11、毒无害、环保特点得到了迅速的发展，成为了近几年来防水涂料发展的热点。聚合物水泥基复合防水涂料的分类聚合物水泥基防水涂料产品防水涂料产品根据聚合物乳液和水泥的不同比例，可分为 I 型（高伸长率，高聚灰比）和 II 型（低伸长率，低聚灰比）两类产品。分别适用于较干燥，基层位移量较大的部位和长期接触水或潮气（I 型产品以聚合物为主，根据聚合物水泥防水涂料建筑行业标准，其断裂延伸率技术性能标准为 200%，聚灰比一般大于 1，甚至可以超过 2；II型产品是以水泥为主的防水涂料，适用与长期浸水环境下的建筑防水工程，断裂伸长率技术性能指标为 80%,聚灰比 0.6 左右，目前 I 型产品比 II 型产品使
12、用范围广一些。2、聚合物水泥防水涂料的成膜机理聚合物水泥防水涂料是水泥、填料等与水乳型聚合物乳液复合而成的双组分防水涂料。复合体系中水泥遇到乳液中的水即发生水化反应，形成一定量的水泥凝胶体；而聚合物乳液本身属于胶体分散体，其中的聚合物颗粒向料浆中分散，吸附在水泥及其水化产物和其它填料的表面。随着水分的消耗和逸出，聚合物颗粒靠拢在表面形成连续的涂膜结构。这种涂膜以聚合物网络结构为主体，水泥及水化产物被聚合物膜包裹在其间，水泥的硅酸盐网络结构已不连续，因此涂膜具有良好的柔韧性。该涂料弥补了水泥基材料柔性不足以及聚合物乳液涂膜再溶胀、防水性差的缺陷，既有有机涂料高韧高弹性能，又有无机材料耐久性好的优
13、点，二者达到了性能上的优势互补，同时具有粘结强度高、无毒、无味、无大气污染优点。3、FH-CS108 聚合物水泥基防水涂料配制与试验3.1FH-CS108 聚合物水泥基防水涂料配制 目前国内个厂家生产的聚合物改性防水涂料采用的合成树脂乳液有：乙烯醋酸乙烯共聚乳液（EVA ） 、丙烯酸共聚乳液等；无机填料中含有活性成分水泥，和各种惰性填料，如滑石粉、重钙粉、轻钙粉、石英粉等。不同的聚合物乳液、粉液比、聚灰比等对复合防水涂料性能上的影响研究已有报道。我们在相同条件下，对采用不同水泥品种及灰聚比（水泥量与聚合物用量之比）制成的复合防水涂料进行了拉伸性能的对比测试，并对结果进行了分析。原材料：苯丙乳液
14、、水泥、硅灰、成膜助剂、增稠剂、分散剂、消泡剂等。液料的制备：按配方分别将基料、分散剂、增塑剂、增稠剂、消泡剂等搅拌均匀制得乳白色液料。粉料的制备：按配方将水泥、填料混合均匀制得粉料。3.1.1 成膜物质的选择基料是决定复合防水涂料耐老化性能的重要因素。通常复合防水涂料中采用的基料有 VAE乳液、纯丙烯酸乳液和 VAE 与纯丙烯酸乳液共混乳液。VEA 乳液的耐水性、耐老化性能较差；VEA 与纯丙烯酸乳液的共混乳液一定程度上改善了涂膜的耐水性与耐老化性能，但两者混合稳定性不好，我们采用自交联型纯丙烯酸乳液制得的复合防水涂料。3.1.2 无机填料的选择活性成分的水泥是影响复合防水涂料性能的重要因素
15、。水泥吸水反应生成水化硅酸钙 CHS 凝胶体，在提供涂膜抗拉强度的同时，提高了材料的耐久性。常用的水泥材料有普通水泥、白水泥、硫铝酸盐水泥等。其他填料，如滑石粉、轻钙、重钙等能够降低成本，改变物理、力学性能。3.2 FH-CS108 聚合物水泥基防水涂料试验采用不同水泥品种在不同灰聚比下制成聚合物改性水泥基复合防水涂料，分析了水泥品种、灰聚比、养护龄期、增塑剂对复合防水涂料拉伸性能的影响、以掺白水泥的复合涂料综合性能较佳。3.2.1 液粉比对涂料性能的影响液粉比是涂料中聚合物乳液的量与所用粉料量的比值。它影响涂膜的各种性能。试验结果显示 1、随着液粉比的增加，涂料的粘度急剧减小，流动性变得更加理想。涂料的粘 结强度无论是在干燥基面还是潮湿基面都在 1.2Mpa 以上。随着液粉比增加，拉伸强度逐渐减小，断裂伸长率快速升高。聚合物水泥基防水涂料中的水泥与乳液中的水发生了水化反应，增强了拉伸强度。总体来说，涂膜的拉伸强度随液粉比的增大而缓慢地减小。断裂伸长率增大，但由于水化产物等填料限制了高分子材料分子自由伸缩，所以伸长率的增长有一定范围限制。3.2.2 成膜助剂对涂料性能的影响成膜助剂是一种暂时性的增塑剂。它的作用在于：促使乳胶粒子的塑性流动和弹性变形，改善其聚结性；降低涂料的最低成膜温度：结果显示随着成膜助剂掺量的增加 1）涂料的粘度增大，软化了乳液粒子，使乳液粒子溶
