日期：2022-04-22
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151 核心提示：弹性丙烯酸酯共聚乳液防水涂料的性能研究严 英,雷 冰,李华鼎,向福如3(四川大学高分子科学与工程学院,四川成都610065) 弹性丙
弹性丙烯酸酯共聚乳液防水涂料的性能研究
严 英,雷 冰,李华鼎,向福如3
(四川大学高分子科学与工程学院,四川成都610065)
弹性丙烯酸酯共聚乳液防水涂料是以弹性丙烯酸酯共聚乳液为成膜物,按常规乳液涂料的生产工艺制备而成。由于该涂料具有优良的耐水性、耐热性、耐候性、抗老化性、低温柔性、无毒及优异的性能价格比等特点[1 ] ,而广泛应用于屋面、水池、地下室及卫生间等场所的防水、防渗、防潮及建筑物和构筑物的保护。国外,丙烯酸酯防水涂料的研究较早,其工程应用有近二十年的历史。以美国的ROHM&HAAS 公司、德国BASF 公司开发的弹性丙烯酸酯乳液为引人注目。中国80 年代末期开始研究丙烯酸酯防水涂膜材料,但应用开发较为缓慢。直至90 年代中期,国内分别引进美国ROHM & HAAS 和德国BASF 公司弹性丙烯酸酯乳液生产技术,弹性丙烯酸酯乳液才正式投放市场,随着应用开发的深入,弹性丙烯酸酯乳液获得迅猛的发展。近十年来,国内相继发表了十多篇丙烯酸系弹性涂料的合成、应用的报道,相对而言,弹性丙烯酸酯乳液防水涂料的性能研究报道较少。四川大学高分子科学与工程学院经过近三年的研究,开发成功弹性丙烯酸酯共聚乳液防水涂料。在完成合成及应用试验的基础上,重点开展弹性丙烯酸酯共聚乳液防水涂料的性能研究。通过这些研究,为弹性丙烯酸酯共聚乳液防水涂料的推广应用奠定了良好的基础。
1 实验部分
1. 1 原材料及药品
弹性丙烯酸酯共聚乳液(1) ,固含量(55 ±1) % ,自制; 弹性丙烯酸酯共聚乳液(2) , 固含量(55 ±1) % ,自制;德国BASF 公司与上海高桥化工厂产弹性丙烯酸酯乳液,外购;弹性丙烯酸酯共聚乳液防水涂料,固含量(65 ±1) % ,自制。
1. 2 共聚乳液胶膜及防水涂料胶膜制备
1. 2. 1 弹性丙烯酸酯共聚乳液胶膜
称取定量弹性丙烯酸酯共聚乳液,加少量水稀释,将稀释后乳液倒入玻璃框板中,室温自然放置一定时间后起膜,自然风干即可供制样用(以下将此膜简称共聚乳液胶膜) 。
1. 2. 2 弹性丙烯酸酯共聚乳液防水涂料胶膜
将65 %左右固含量的弹性丙烯酸酯共聚乳液防水涂料倒入玻璃框板中,室温放置一定时间后起膜,自然风干,可供制样用(以下将此膜简称防水涂料胶膜) 。
1. 3 分析测试
1. 3. 1 共聚乳液胶膜的玻璃化转变温度
采用美国PE 公司产DSC - 2C 差式扫描量热仪,由四川大学理化测试中心热分析室测试。测定条件:N2 气氛,升温速度20 ℃/ min ,温度范围- 33～37 ℃。
1. 3. 2 防水涂料胶膜的低温柔性
将40 mm ×70 mm ×2 mm 矩形防水涂料胶膜试样1 和2 ,置于- 20 ℃冰柜中放置8 h ,启冰柜盖,在冰柜中用手往返弯折试样5 次,将试样移出冰柜,观察表面有无裂纹。
1. 3. 3 防水涂料胶膜的拉伸强度、扯断伸长率
将共聚乳液胶膜或防水涂料胶膜用冲片机制成哑铃形试样,用广州产XL - 100A 型拉力试验机测定。
1. 3. 4 防水涂料胶膜的硬度
用上海六中量仪实验厂产的LX - A 型橡胶硬度计测定。
1. 3. 5 防水涂料的粘结强度[2 ]
采用8 字模法,用湖南常德市仪器厂产SWQ 杠杆式万能强度试验机测定。
1. 3. 6 防水涂料胶膜的耐水压性能
采用如图1 所示的自制简易水压测定装置,将裁剪为直径7 cm 的防水涂料胶膜固定于法兰盘与花板之间。水压达0. 3 MPa 且稳定时测定,以一定时间不穿漏的水压为本胶膜的耐水压。
图1 自制水压测定仪
1. 3. 7 热老化性能
将防水涂料胶膜试样置于上海实验仪器总厂产的401A 型热老化试验箱中,于80 ℃条件下,放置168 h ,取出停放4 h ,用同于1. 3. 3 方法测定拉伸强度、扯断伸长率。
2 结果与讨论
2. 1 防水涂料胶膜的低温柔性
弹性丙烯酸酯共聚乳液胶膜的DSC 曲线见图2。
图2 共聚乳液胶膜的DSC 曲线
由图2 可知,共聚乳液胶膜试样1 的玻璃化转变温度Tg 为- 7. 3 ℃,共聚乳液胶膜试样2 的Tg温度为- 22. 5 ℃,试样2 的Tg 远低于室温。因Tg温度低,能扩大弹性体在Tg 温度以上的使用温度范围。由于Tg 是非晶态高聚物的结构和形态发生重大转变的特性温度,在Tg 温度以上,高聚物柔软而高弹,而在Tg 温度以下,高聚物变得僵硬,因此Tg温度被广泛用来作为橡胶及防水涂料成膜物等的耐低温参数[3 ] 。防水涂料成膜物应有较低Tg 值才有良好弹性,具有防止水泥开裂、渗漏的作用。将不同Tg 温度弹性丙烯酸酯共聚乳液配制防水涂料的胶膜进行耐低温考查,实验结果列于表1。
表1 防水涂料胶膜的耐低温性能
3 防水涂料试样1 和试样2 中均加入定量的邻苯二甲酸二丁酯。
由表1 可见,虽然两个试样均进行外增塑,但耐低温性能仅试样2 达标。由此表明,为了使防水涂料具有良好耐低温性能,必须使用具有较低Tg 温度的弹性丙烯酸酯共聚乳液作成膜物。防水涂料的耐低温柔性好、弹性优异,可防止屋面漏水、渗水及霜冻引起的开裂。
2. 2 防水涂料胶膜的力学性能
弹性丙烯酸酯共聚乳液胶膜及防水涂料胶膜的力学性能见表2。
表2 防水涂料胶膜的力学性能
3 1. Tg 为- 22. 5 ℃的共聚乳液胶膜;2. 用Tg 为- 22. 5 ℃共聚乳液配制的防水涂料胶膜。
由表2 可知,弹性丙烯酸酯共聚乳液胶膜拉伸强度较高,扯断伸长率较大,永久变形较低。弹性丙烯酸酯共聚乳液防水涂料胶膜力学性能较为优异,其胶膜达到GB50207 - 94 所规定的技术指标。由于弹性丙烯酸酯乳液的共聚成分为丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸或甲基丙烯酸及含少量交联剂等,其合成共聚物具有丙烯酸酯橡胶特性[4 ] 。由于分子链有轻微的交联,可有效阻止分子链滑移,甚至在部分分子链断裂后仍可延缓聚合物的断裂,所以成膜材料有较高强度,较大的扯断伸长率、较低的永久变形。具有如此良好力学性能的防水涂料才能适应基层的沉降、错动及温变引起的膨胀与收缩等。
2. 3 防水涂料的粘结强度
弹性丙烯酸酯共聚乳液防水涂料对不同基材的粘结强度见表3。
表3 防水涂料的粘结强度
1. 为德国BASF 公司与上海高桥化工厂合资厂产乳液配制的防水涂料;2. 自制品,即Tg 为- 22. 5 ℃共聚乳液配制的防水涂料。
由表3 所列数据可看出,本品略优于1 号样粘结强度。因为弹性丙烯酸酯共聚乳液是一种含羧基的丙烯酸酯多元共聚物,具有较大的极性,所以可对多种基材产生良好的粘结。由此表明,弹性丙烯酸酯共聚乳液防水涂料不仅用于混凝土屋面等的防水,而且可用于已有防水涂层的表面翻新。弹性丙烯酸酯共聚乳液防水涂料可制成彩涂,不仅防水,且美观大方,明快舒畅,能与周围环境协调配好。
2. 4 防水涂料胶膜的热老化性能
用Tg 为- 22. 5 ℃的弹性丙烯酸酯共聚乳液制备的防水涂料胶膜经热老化后测试的拉伸强度、扯断伸长率及相应力学性能保持率列于表4 中。
表4 防水涂料胶膜的热老化性能
从表4 数据可见,自制的弹性丙烯酸酯共聚乳液防水涂料胶膜的热老化性能较好,达到日本标准规定的要求。因丙烯酸酯共聚物大分子链上不含双键,且无叔碳原子,所以丙烯酸酯聚合物具有独特的耐热老化性能。
2. 5 防水涂料的防水性能
弹性丙烯酸酯共聚乳液防水涂料胶膜的抗水压性能见表5。由表5 所列数据表明,本品承受水压能力及耐水压时间与合资厂产品相近,且可达到国家规定的技术指标。此外,混凝土由于受防水涂料保护,可免受外界的H2O、CO2 、SO2 等的影响,阻止混凝土碳化直至开裂。
3 1. 德国BASF 公司与上海高桥化工厂合资厂产乳液配制的防水涂料制备的胶膜;2. 自制品,即用Tg 为- 22. 5 ℃的共聚乳液配制的防水涂料制备的胶膜。
3 结 论
1) 弹性丙烯酸酯共聚乳液成膜物Tg 为- 22. 5℃,配制防水涂料胶膜- 20 ℃低温柔性好,不开裂;
2) 弹性丙烯酸酯共聚乳液及所配制的防水涂料的胶膜的拉伸强度、扯断伸长率、永久变形及邵尔A 型硬度分别为2 . 1MPa 、6 5 6 % 、1 6 % 、4 7 度和1. 56MPa 、524 %、26 %及68 度,且具高强、高弹特征;
3) 弹性丙烯酸酯共聚乳液防水涂料对混凝土粘结的抗拉强度为0. 82 MPa ,且对多种防水材料具有良好的粘结性;
4) 防水涂料胶膜经80 ℃、168 h 热老化后,拉伸强度和扯断伸长率的保持率分别为114 %和91 % ,耐热老化性能优良;
5) 本品胶膜耐水压0. 3 MPa ,耐水压时间大于40 min ,达到GB50207 - 94 防水技术指标。
