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我懂了!JS聚合物水泥防水涂料的成膜机理和防水原理

我懂了!JS聚合物水泥防水涂料的成膜机理和防水原理 福建新建工防水
2023-04-17
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导读:沈春林老师把它说明白了!

导语

聚合物水泥防水涂料简称JS防水涂料,是建筑防水涂料中的一大类别,是以丙烯酸酯、乙烯-乙酸乙烯酯等聚合物乳液和水泥为主要原料,加入填料及其他助剂配制而成,经水分挥发和水泥水化反应固化成膜的、适用于房屋建筑及土木工程涂膜防水用的一类双组分水性防水涂料。

JS防水涂料其性质属于有机与无机复合型防水涂料,此类涂料兼有聚合物涂膜的延伸性、防水性以及水硬性材料强度高、易与潮湿基层黏结的优点,并可根据不同工程或不同工程部位设计要求调节柔韧性和强度等性能,施工方法灵活方便,尤其是以水为分散剂,克服了焦油类、沥青类、溶剂类涂料易污染环境的弊病,有利于环境的保护,其问世以来得到了迅速的发展和广泛的应用。此类涂料产品现已有GB/T 23445-2009《聚合物水泥防水涂料》国家推荐性标准。

一、聚合物水泥防水涂料的成膜机理

根据主要成膜物质的性质,聚合物水泥防水涂料为有机-无机复合涂料,当涂料被涂覆在被涂物上,由液态或粉末状变成固态薄膜的过程,称之为涂料的成膜过程或涂料的固化,一般亦称之为涂料的干燥。

聚合物水泥防水涂料是一种兼具挥发固化和反应固化双重特点的涂料,其成膜机理是在液料和粉料配合搅拌均匀后,聚合物乳液即把水泥颗粒包裹起来,一方面是乳液中的一部分水分挥发,使高分子微粒脱水而粘连在一起,从而形成连续的弹塑性薄膜;另一方面是水泥吸收乳液中的其余水分,发生水化反应固化,并与有机高分子聚合物链共同组成互穿网络的防水涂膜结构,从而加快了涂膜固化成膜的速率。

聚合物与水泥的结合,主要是通过离子键而实现化学相互作用的:

生成(P-COO)nMe聚合物水泥新体系,是一种高强度、高弹性的致密复合材料。聚合物与水泥的水化新产物之间的化学相互作用是聚合物水泥防水涂料研制的重要问题之一,调节聚合物与水泥填料间的配比,则可得到一系列材料,如柔性防水涂料、刚性防水层、胶黏剂、密封材料等,聚合物水泥防水涂料因原料选材和配方设计机理的独特,形成了该涂料独有的性能特点。

聚合物水泥防水涂料所选用的成膜物质是有机聚合物乳液和水泥与石英砂,通过这两大类材料巧妙的结合,在最终形成的防水涂膜中,聚合物相与水泥固相相互贯穿,交联固化,所形成的互穿网络结构,既具有有机高分子材料的柔性网络,又具有无机胶凝网络结构,在保持了无机硅酸盐材料抗老化能力强,强度、硬度大,粘接力强等特点的基础上,又引进了有机高分子材料变形性好、结构封闭性强、产品易涂刷的优点,从而使刚柔防水相结合的思想在化学建材的研究中得到了圆满的体现。

关于聚合物水泥防水涂料的成膜机理,以下两点十分重要,在研制JS防水涂料时应充分注意。

(1)水泥与不同级配的石英粉或碳酸钙加入聚合物胶乳中后,经固化,水泥砂浆则由完全刚性变成具有一定的柔性,其机理在于材料的分子组成发生了变化,即当聚合物微粒加量足够大时,水泥、石英粉、碳酸钙及其间隙完全被聚合物微粒包裹与填充,随着水分的挥发,聚合物微粒逐渐靠拢,水泥与水泥之间、水泥与石英粉和碳酸钙之间形成弹性层。据有关试验表明,当温度在23℃土1℃、湿度在40%~70%时,用丙烯酸酯乳液做的聚合物水泥防水涂料在固化形成过程中,固化初期30h内90%的水分被挥发掉,而只有5%的水分与水泥结合,所以有效的水灰比小于0.04,计算水泥的水化程度略高于15%,因此大量水泥在聚合物水泥防水涂料中主要起着填充料的作用。

(2)聚合物水泥防水涂料在固化成膜时,水泥等填充料与高分子聚合物之间不是简单的包裹与被包裹的关系,水泥水化而形成的铝盐或沙与高分子聚合物有相互作用,若水泥固定,这种作用主要取决于聚合物乳液的特性。经专家们研究发现,如果聚合物乳液中没有活性基因,则柔性水泥固化成膜的速率非常慢,而且成型后的JS防水涂膜的拉伸强度并不理想;如果聚合物乳液中的活性基因太大,则固化成型较快,柔性较差,甚至没有柔性而成为刚性,所以聚合物乳液与水泥、石英粉、碳酸钙混合成型时,这种相互作用力的大小很重要,不能太大也不能太小。

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二、温湿度对JS防水涂料成膜的影响

聚合物乳液与水泥之间不仅是一种包裹与被包裹的作用,而且是高分子聚合物的活性基因与水泥的作用,但必须认识到,水泥要通过水化形成金属盐,特别是高价金属盐(铝盐)才能与高分子活性基因起作用。在聚合物水泥防水涂料成膜过程中,水泥水化只有15%左右,其余大部分都充当了填充料,但这个数据是在标准实验条件(温度23℃±2℃,相对湿度45%~70%)下得出的结论,所以在施工现场聚合物水泥防水涂料的成膜过程中其水化与实验室得出的数据是有差异的。

如果施工现场温度高、湿度小,那么水分挥发快,相对来说水泥水化不充分,同高分子聚合物作用就小,这种条件下对成型的防水涂膜相对来说,手感较软,涂膜的断裂伸长率会大,而断裂强度则小;相反温度低,湿度又大,水分挥发慢,则水泥的水化充分,同高分子聚合物作用就强,成型的防水涂膜相对来说,手感较硬,涂膜的断裂伸长率降低,而断裂强度则增大。当然这仅是一种变化趋势,并非绝对的,因为JS防水涂料其成因过程比较复杂,加上液料与粉料拌和好坏的影响以及在成型过程中聚合物包裹水泥填充料的因素等原因,其涂膜性能变化并非像上述那样简单,比如气温太低(10℃以下),湿度又相当大(相对湿度在90%以上),当液料与粉料混合黏度较低(低于3Pa·s),防水涂料成膜时,则容易造成局部分层现象(有较大部分粉料没有被聚合物包裹好)。总之成膜与环境温湿度关系较大,无论用何种乳液作为主体液料都会有此现象。

从实验结果可证明,温湿度对JS防水涂料的成膜是有较大影响的。专家们在研究中发现,粉料用得越多,这种影响就越大,究其原因,粉料量越大,水泥越多,在温湿度变化的条件下,其水化情况差别就越大,而且聚合物包裹粉料的好坏就越容易体现出来,从而对涂膜性能变化就比较明显;相反,在粉料比例较少的情况下,水泥的作用对性能变化就不会那么明显,而且聚合物乳液包裹填料的形式不会产生质的变化,即很少会出现分层现象。

三、聚合物水泥防水涂料的防水原理

从目前已有的防水涂料品种来分析,其防水机理可分为两大类型:一类是通过形成完整的涂膜阻挡水的透过或水分子的渗透;另一类则是通过涂膜本身的憎水作用来防止水分透过。聚合物水泥防水涂料则是通过涂膜来阻挡水的透过或水分子的渗透。许多高分子材料在干燥后能形成完整连续的膜,固体高分子的分子与分子之间总有一些间隙,其间隙的宽度约为几纳米,按理说单个的水分子完全可以从这些间隙中通过,但自然界的水通常处在缔合状态,几十个水分子之间由于氢键的作用而形成一个较大的水分子团,这样水分子实际上就很难通过高分子之间的间隙,这就是防水涂料涂膜具有防水功能的主要原因。

声明:根据沈春林主编的《聚合物水泥防水涂料》摘编,版权归原作者所有。转载请注明来自“福建新建工防水公众号”。

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