阻燃型聚合物乳液防水涂料的研究
赵春林，钱振宇，陈晓龙，王惠明
（苏州市姑苏新型建材有限公司，江苏苏州215132）
由表2 和图1 看出，随着丙烯酸乳液用量的增加，防水涂层的阻燃时间先逐渐增长后趋于平缓，且有下降趋势；丙烯酸乳液用量在40%左右制得的防水涂料阻燃效果佳。从燃烧后的结果看，丙烯酸乳液与阻燃剂配合使用，对涂膜的阻燃性能有一定的贡献，但涂膜阻燃性能主要还是取决于阻燃剂。
近年来，由于外墙、屋面等建筑材料问题导致的火灾事故频繁，给人民生命和财产造成了巨大损失，消防问题已经引起各国的高度重视，提升建筑材料的阻燃性能是当务之急。聚合物乳液防水涂料由聚合物乳液、颜填料和助剂等组成，该材料以水为分散剂，由于不含有机溶剂，环保无污染，具有良好的粘结性、柔韧性和防水性等特点，近年来在建筑物的屋面、地下室、厨卫间以及外墙等防水工程中的应用逐年增加，成为防水涂料的后起之秀。但聚合物乳液防水涂膜本身为易燃的高聚物，对其进行阻燃性能的改进是必然趋势，也符合中国建筑防水行业“十二五”规划纲要提出的“加快发展屋面外露用阻燃型防水卷材和防水涂料”的要求。
1 试验材料与方法
1.1 试验材料
丙烯酸乳液、乙烯醋酸乙烯乳液（VAE）、聚醋酸乙烯酯乳液（PVAC）：国产工业级；氢氧化铝、硼酸锌、钛白粉等其他助剂：国产工业级。
1.2 防水涂料的制备
按配方设计的配比（质量比）准确称量各组分，将水、增塑剂、成膜助剂、分散剂、防腐剂、部分消泡剂加入搅拌缸中，低速搅拌分散15～20 min；在高速搅拌的条件下，按配方设计用量加入颜填料、氢氧化铝、硼酸锌，搅拌分散60～70 min，然后通过砂磨机研磨至规定细度，出料备用；在低速搅拌的条件下，将聚合物乳液、剩余消泡剂和增稠剂加入浆料中，搅拌均匀并调整至合适的黏度，即得阻燃型聚合物乳液防水涂料。
1.3 防水涂料性能测试方法
1.3.1 防水性能测试方法
防水性能测试按JC/T 864—2008《聚合物乳液建筑防水涂料》的相关方法进行。
1.3.2 阻燃性测试方法
结合GB/T 15442.2—1995《饰面型防火涂料防火性能分级及试验方法大板燃料法》、GB/T 15442.3—1995《饰面型防火涂料防火性能分级及试验方法隧道燃烧法》和GB/T 15442.4—1995《饰面型防火涂料防火性能分级及试验方法小室燃烧法》的试验方法，根据实验室条件，防水涂料的阻燃性能测试采用以下方法：将一面涂有涂料并已经干燥的15 cm×15 cm三夹板试样，涂层面朝下，置于盛有酒精的坩埚上方10 cm 处，点燃酒精，观察三夹板面发生炭化所需的时间，时间越长，表明阻燃性能越好。
2 结果与分析
2.1 聚合物乳液的选择
2.1.1 乳液品种对防水涂料性能的影响
聚合物乳液是防水涂料的主要原材料，具有成膜作用，是防水性能的主要赋予者；另外，乳液具有较强的粘结作用，能将涂料中的各组分粘合在一起，使涂料干固后能形成一层致密的涂层，此涂层属于有机高分子物质，在一定条件下能分解炭化[2]。市面上常用的聚合物乳液有丙烯酸乳液、EVA 乳液和PVAC 乳液等，本研究以这几种乳液为基料，添加相同阻燃剂，考察防水涂料的防水性能和阻燃性能，结果见表1。
从表1 可以看出，就低温柔性和断裂伸长率来看，采用PVAC 乳液制得的防水涂料不能满足要求，采用EVA 乳液和丙烯酸乳液制得的防水涂料均能满足要求，但采用EVA 乳液制得的防水涂料耐水性和耐候性不如采用丙烯酸乳液制得的防水涂料。从阻燃性能来看，采用丙烯酸乳液和EVA 乳液制得的防水涂料优于采用PVAC 乳液制得的防水涂料，试验过程中发现采用PVAC 乳液制得的防水涂料在燃烧7min 后，涂层出现开裂，这对阻燃性能显然是不利的。综合考虑防水性能和阻燃性能，接下来的试验选用丙烯酸乳液作为基料。
2.1.2 乳液用量对阻燃性能的影响
从表1 可以看出，就低温柔性和断裂伸长率来看，采用PVAC 乳液制得的防水涂料不能满足要求，采用EVA 乳液和丙烯酸乳液制得的防水涂料均能满足要求，但采用EVA 乳液制得的防水涂料耐水性和耐候性不如采用丙烯酸乳液制得的防水涂料。从阻燃性能来看，采用丙烯酸乳液和EVA 乳液制得的防水涂料优于采用PVAC 乳液制得的防水涂料，试验过程中发现采用PVAC 乳液制得的防水涂料在燃烧7min 后，涂层出现开裂，这对阻燃性能显然是不利的。综合考虑防水性能和阻燃性能，接下来的试验选用丙烯酸乳液作为基料。
2.1.2 乳液用量对阻燃性能的影响
选用相同的基础配方，添加相同阻燃剂，考察不同用量丙烯酸乳液对防水涂料阻燃性能的影响，结果见表2 和图1。
2.2 无机阻燃剂对防水涂料性能的影响
采用氢氧化铝和硼酸锌作用为阻燃剂，从防水涂料力学性能和阻燃效果两个方面来考察阻燃剂的用量和配比，确定合理的阻燃体系。
2.2.1 氢氧化铝和硼酸锌单独使用对防水涂料性能的影响
2.2.1 氢氧化铝和硼酸锌单独使用对防水涂料性能的影响
采用相同的基础配方，分别考察氢氧化铝和硼酸锌用量对防水涂料阻燃时间和力学性能的影响，结果见图2—3。
从图2 可以看出，随着阻燃剂用量的增加，防水涂料的阻燃效果有所提高；在相同加量的情况下，硼酸锌比氢氧化铝更有效地延长了阻燃时间，可见硼酸锌对防水涂料的阻燃效果比氢氧化铝更好。由图3可见，随着阻燃剂用量的增加，防水涂料的拉伸强度和断裂伸长率均有所下降，且填充氢氧化铝时下降幅度更大。
2.2.2 氢氧化铝和硼酸锌复配使用对防水涂料性能的影响
2.2.2 氢氧化铝和硼酸锌复配使用对防水涂料性能的影响
氢氧化铝在250～300 ℃时受热分解，大量吸热并放出水汽，硼酸锌在温度高于300 ℃时分解失去结晶水，起到吸热冷却作用，二者分解释放出的水汽，起到了吸热冷却和稀释空气中氧气的作用，进而减慢燃烧速度。另外，二者分解生成的Al2O3 和B2O3，能附着在聚合物表面，形成一层炭化覆盖层，既阻挡氧气的进入又阻挡了可燃性气体的逸出，使高聚物不能充分燃烧，同时避免了烟灰的形成。基于氢氧化铝和硼酸锌受热分解的温度不同，本研究考察了硼酸锌和氢氧化铝复配使用的情况，发挥二者阻燃的协同效应[3]，在更宽的温度范围内抑制聚合物的升温和分解，提高防水涂料的阻燃性能，减小力学性能的损失。随着m（氢氧化铝）∶m（硼酸锌）的变化，防水涂料阻燃时间和力学性能的变化见表3。选用相同的基础配方，选定m（氢氧化铝）∶m（硼酸锌）=1∶1 的情况下，考察复配阻燃剂用量对防水涂料阻燃性能和力学性能的影响，结果见图4—5。
从表3 可以看出，涂层阻燃时间随着m（氢氧化铝）∶m（硼酸锌）的减小而延长，拉伸强度和断裂伸长率都呈上升趋势。涂层燃烧后粘结力下降，出现少许裂纹，这可能与硼酸锌带结晶水较多有关，硼酸锌分解释放的结晶水较多，阻燃效果明显；同时，大量结晶水的汽化，使涂层起泡，泡孔破裂致使涂层出现少许裂纹。由图4—5 可以看出，随着复配阻燃剂用量的增加，防水涂料的阻燃时间呈上升趋势，拉伸强度和断裂伸长率呈下降趋势。比较图3 和图5 可以看出，与阻燃剂单一使用时相比，两种阻燃剂复配使用时涂膜的力学性能损失明显减小，体现了复配使用的协同效应。
3 结语
采用丙烯酸乳液作为基料，阻燃剂氢氧化铝和硼酸锌复配制得的阻燃型聚合物乳液防水涂料既有良好的力学性能，又具有良好的阻燃性能，该材料使用方便，绿色环保，安全稳定，可广泛应用于建筑物屋面、地下室、厨卫间以及内外墙等防水工程中，满足防水设计要求的同时，可以提高建筑物的防火性能。
