聚合物改性沥青防水乳液的制备与应用

聚合物改性沥青防水乳液的制备与应用

潘正桂  张江

江苏李文甲化工有限公司

➢1、前言

聚合物改性沥青防水涂料简称液态防水卷材，是一种新型环保型建筑防水涂料，与普通卷材防水材料相比，具有施工方便、快捷、应用范围广，广泛应用于厕卫、厨房、建筑物外墙、坡瓦屋面、地下工程和储液池等工程的防水。

1).断裂延伸率低，弹性差，致使聚合物改性沥青防水涂料不能满足因建筑物沉降，热胀冷缩，开裂等造成变形需要，防水涂料表现出开裂现象，从而使得改性沥青防水涂料失去防水功能；

2).防水涂料耐水性差，涂膜吸水率高，导致涂膜长期浸水后溶胀，粘结强度下降，无法满足防水工程的需要。所以有耐水性好，延伸高，强度高的聚合物对乳化沥青改性就显得越来越重要。

本文从乳液粒子结构设计出发，采用预乳化种子乳液聚合法，引入活性交联单体和乙烯基有机硅进行改性，制备出耐水性好，延伸高，强度佳的丙烯酸乳液，并对其应用性能进行测试，完全达到并超过标准要求。

➢2、实验部分

• 2.1原材料

苯乙烯，丙烯酸丁酯，丙烯酸，工业级，扬子巴斯夫有限公司；丙烯酰胺，工业级，爱森絮凝剂有限公司；A-171，工业级，道康宁有机硅；过硫酸铵，工业级，上海雅吉生物科技有限公司；氨水，工业级，宜兴灵谷化肥有限公司；乳化剂，工业级，索尔维有限公司

• 2.2聚合物乳液的制备

在1L预乳化瓶中加入一定量的乳化剂、丙烯酰胺、去离子水搅拌溶解，高速搅拌下加入混合的丙烯酸酯单体，搅拌二十分钟，制得预乳化混合液备用；在四口烧瓶中加入一定量的乳化剂、去离子水，升温到85℃左右，加入一定量的预乳化液与APS水溶液，反应15min，制得种子乳胶粒后，开始同步滴加剩余的乳化液与APS水溶液，3h左右滴加完毕，保温1h后降温冷却至70℃进行氧化还原后处理，反应0.5h降温至室温，用氨水调节pH7.5-8.5，过滤出料。聚合物乳液主要指标如表1所示。

表1  聚合物乳液主要指标

➢3、结果与讨论

• 3.1乳化剂配比及用量对涂料性能的影响

聚合物乳液属于热力学亚稳定水分散体，其稳定性受众多因素的影响，其中最重要的影响为乳化剂，为了得到耐水性能好，稳定性佳的涂料，本文采用普通乳化剂搭配反应性乳化剂的方法，考察反应性乳化剂的添加量与乳化剂总量对涂料与涂膜性能的影响。实验发现随着反应性乳化剂占乳化剂总量配比增大，乳液涂膜的耐水性变好，但乳液的润湿性能变差，耐化学稳定性也差；当普通乳化剂占乳化剂配比增大时，乳液涂膜差，制备的改性沥青涂料耐水性也差，综合考虑普通乳化剂与反应性乳化剂配比为6:4时，各项性能较为适中。

聚合物丙烯酸乳液本身是憎水的，正是由于在乳液成膜后残留在涂膜中的乳化剂吸水而导致聚合物防水涂料膜涨大变软，强度下降，影响防水涂膜的综合性能。在保持乳化剂配比不变的前提下，通过检测聚合物改性沥青防水涂料涂膜性能来考察乳化剂的最佳用量，结果见表2。

表2    乳化剂用量对乳液与涂料性能的影响

由表的检测结果可以发现，当乳化剂用量较少时，乳液粒径粗，涂膜的耐水性也差，配制成的防水涂料涂膜吸水率较高。随着乳化剂用量的增大，乳液粒径变细，乳液的成膜性也随着变好，配制成的聚合物防水涂料吸水率也随之降低，但当乳化剂总量超过2.5%时，乳液的粒径虽然细，但乳液中残留的乳化剂对乳液与涂料涂料性能十分不利，综合考虑乳化剂的最佳用量为单体总量的1.5-2%为宜。

• 3.2 Tg对聚合物改性沥青涂料性能的影响

在聚合物改性沥青防水涂料中，沥青是一种延伸与强度极低的有机材料，而丙烯酸乳液是可以提高涂料延伸与强度的弹性体，丙烯酸乳液膜的弹性随玻璃化温度的降低而增大，在沥青中加入乳液与无机粉料后，防水涂料膜的拉伸强度与延伸率大幅度提高。通过测试防水涂膜的主要性能，考察玻璃化温度对性能的影响，结果如下表3。

表3  Tg对防水涂料主要性能的影响

通过上述的数据可以看出，Tg在-25℃以下的涂膜，虽然延伸率很高，但涂膜发粘，耐热性较差，高温有流淌状态，粘结强度也低，达不到规定的标准；而Tg高于-10℃时，涂膜的内聚力增大，延伸率急剧下降，同时低温柔性偏差，使得涂膜低温可能丧失防水性能。而Tg在-15到-20℃的聚合物乳液，制得的防水涂料涂膜柔性适中，具有较高的延伸率，同时也满足强度要求。综上所述，丙烯酸乳液Tg选择在-20℃左右较为合适，各项数据都能达到规定指标。

• 3.3 有机硅功能单体对涂料性能的影响

聚合物沥青防水涂料的涂膜防水性能与聚合物乳液涂膜的性能有着很大的关系，通过在聚合反应过程中引入乙烯基有机硅单体共聚，利用有机硅的低表面能和憎水的特性对聚丙烯酸乳液进行接枝改性，提高乳液涂膜的粘结强度与耐水性能。同时，乙烯基有机硅单体硅羟基自身的自交联以及与乳液表面的羧基或无机粉料和基材表面的羟基之间的交联反应，提高了涂料涂膜的内聚力和对基材的附着力。实验通过对聚合物改性沥青防水涂料涂膜的主要性能进行测试，检验有机硅单体的添加量对防水涂膜性能的影响，结果如下。

表4  有机硅单体对低温柔性透水性影响

从表可以看出，随着有机硅单体加入量的增加，涂膜的不透水性有一定的改善，这是由于乳液膜与无机粉料间的交联密度增大，使得涂膜的致密性增强，涂膜的防水性能增强，但有机硅单体添加量增大，涂膜的强度增大，内聚应力增大，低温开裂，出现了细微裂纹，使得涂膜的防水性能减弱。随着有机硅功能单体量的增大，涂膜的粘结强度逐渐增大，断裂延伸率降低，这也正是功能单体增大了内聚应力，降低了涂膜弹性。综上所述，有机硅的添加量控制在1%左右较为合适。

➢4、聚合物改性沥青涂料的制备

聚合物改性沥青防水涂料参考配方见表5

表5   聚合物改性沥青防水涂料参考配方

涂料性能检测根据JC/T408-2005标准进行测试，结果如表6所示

表6  聚合物改性沥青防水涂料各项性能检测结果

➢5、结论

    聚合物作为涂料中的重要组成部分，其性能对防水涂料应用价值影响重大，本文采用核壳乳液聚合工艺，普通乳化剂与反应性乳化剂搭配，并引进有机硅功能单体对丙烯酸乳液进行改性，制得性能较为优异的聚合物改性沥青防水乳液。

• 1. 采用普通阴离子乳化剂与反应性乳化剂复配，乳化剂总量占单体总量1.5-2%左右，制备出的丙烯酸乳液制备的防水涂料耐水性佳。

• 2. 丙烯酸乳液的Tg在-15℃左右时，制得的涂料在拉伸延伸率与粘结强度上得到较好的平衡。

• 3. 引入有机硅单体，可以提高涂料涂膜的综合性能，其中耐水性得到明显的改善。

• 4. 综合考察，当反应性乳化剂占总乳化剂的40%，乳化剂总量占单体总量的1.5-2%左右，Tg为-20℃，有机硅单体量占单体总量的1%，防水涂料涂膜的各项性能较为优异，其中粘结强度达到0.8MPa，断裂延伸率达到1023%，低温柔性、不透水性及耐热性都能达到检测标准要求。

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