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简述四种防水涂料(丙烯酸、聚氨酯、聚脲、JS)在实际应用中的改性方法 — 宇硕防水门户网

防水涂料应用开发研究 滕朝晖1    陈长喜2 1、山西省建筑材料工业设计研究院有限公司 2、北京弗特恩科技有限公司 摘 要:本文就目前市场上在用的几类防水涂料进行了特性分析,对实…

防水涂料应用开发研究

滕朝晖1    陈长喜2

1、山西省建筑材料工业设计研究院有限公司

2、北京弗特恩科技有限公司

摘 要:本文就目前市场上在用的几类防水涂料进行了特性分析,对实际应用过程中的改性方法进行了简述,提供了相关思路与方案。
关键词:防水涂料 | 应用过程 | 改性方法
随着人们对环境,健康要求的逐步提高,有毒,污染的溶解型防水涂料逐渐淡出人们的关注和应用,开发新型,高效,环保的防水涂料成为当前的主要讨论话题。聚丙烯酸酯类防水涂料具有良好的粘结性,耐候性和较好的力学性能,广泛应用于民用、工业建筑防水,而聚氨酯(脲)具有较高的拉伸强度,快速应用效果等特点被广泛应用于京沪高铁,机场,大坝等工程领域,据不完全统计,2019年聚脲全球用量已经超过10万t以上。Js防水涂料由于环保、价格较低与水泥基材粘接力强被大家广泛接受。通常情况下,材料部分为骨料,硅酸盐水泥功能性有机添加剂按一定比例混合而成的干粉砂浆,液料由各地生产商根据自己的特点而使用一些乳液制备而成,(可用VAE乳液,丙烯酸乳液等)。现场按规定比例搅拌后直接使用。具有操作简便,产品质量高,生产效率高,环境污染小等众多优点。在实际应用过程中,发现以上产品存在如下缺点:改性VAE和醋丙乳液的耐酸碱性较差,丁苯,苯丙乳液由于含有苯环,因此其防紫外线、耐候性较差。聚氨酯虽然成膜性好、耐磨性高、易加工,柔韧性好,但其价格高。Js防水涂料在使用过程中,由于环境温度和湿度变化大,以及施工环节等带来的影响,出现诸如局部堆积(火山堆效应)、沟壑现象、工作时间短等问题,使得最终的防水效果大打折扣。

根据从业过程中的学习、探索,总结各类防水涂料改性方法和相关问题简述如下:
1
 丙烯酸防水涂料

1.1环氧树脂改性

丙烯酸和环氧树脂反应生成环氧丙烯酸酯,达到降低吸水率,提高盐水的耐腐蚀性,目前有通过共聚改性加入环氧树脂E-44,用量为单体的9%,检测吸水率下降8%,对盐水的抗腐蚀性提高了3倍。

1.2有机硅改性

目前,国内最广泛用此类树脂乳液(硅丙乳液)生产外墙涂料。可以用共聚改性,研究发现随着有机硅胶凝剂含量的增加,使得乳液粒的粒径减小,分布变窄涂抹的吸水率降低,拉伸强度增大,当有机硅含量为4%时,吸水率降到6.5%,拉伸强度达到5.4MPa,也可以用简单的物理共混的方法,由于有机硅与聚丙烯聚合物的表面能相差较大,聚合物相容性差,需要采用方案(如加入增溶剂,偶联剂等)来提高抗分离性。

2
聚氨酸防水涂料

2.1丙烯酸树脂改性

目前,合成带有双键的不饱和聚氨酸与丙烯酸单体共聚成为改性主要方法。

研究发现,采用阴离子型核壳结构水性聚氨酸复合乳液,用丙烯酸羟乙酯对聚氨酸封端生成性能稳定的乳液,最终拉伸强度为4.12MPa,断裂伸长率为408%,可以试着从其他途径进行探索性研究,如,共混改性,共聚反应,种子打底反应和溶剂型制备。

丙烯酸树脂改性
丙烯酸树脂改性

2.2环氧树脂改性

可以采用接枝共聚和机械共混方法,研究表明,采用不同环氧值的环氧树脂时,环氧值越低,相对分子质量越大,羟基越多,反应活性越强,可以将拉伸强度提高到7.5 MPa,断裂伸长率达480%,大大提高应用性能,相比之下,机械共混方法对于断裂伸长率提升不及接枝共聚方法有效。

3
聚脲弹性体

聚脲弹性体是由端氨基聚醚和二异氰酸酯反应制得,含有脲键(-NHCONH-)的高分子聚合物,喷涂聚脲弹性体(Spray Polyurea Elastomer,SPUA),也是国内外适应环保、高性能需求而开发的一种新型绿色防水产品。

3.1聚脲性能改性

3.1.1环氧树脂改性

将环氧树脂和端氨基聚醚或胺类扩链剂混合后在一定温度下反应得到端氨基的环氧加成物,再与二异氰酸酯反应生成环氧改性的聚脲,但从目前来看,需要注意的是:环氧改性过程中,会生成一部分羟基,但由于-NH2的反应活性比-OH高千倍以上,因此,这部分羟基不会和-NCO反应,生成的羟基提高了聚脲与基材之间附着力,降低固化收缩率,这也是防水涂料性能的保证。

聚脲性能改性
聚脲性能改性

3.1.2有机硅改性

主要改性方法有二:一是预聚法,有聚硅氧烷二醇和半预聚体反应得到含有硅烷骨架半预聚产物,二是反应法,环氧基硅烷和胺类反应得到含硅烷骨架的胺,后者再与异氰酸酯反应,可以得到耐高温,耐腐蚀性提高,延长凝结时间,改善施工性。

3.2氨基氢活性的改性

众所周知,伯胺的反应活性很高,会给施工带来困难,使得施工面还来不及流平,就会形成连续均匀层凝胶固化。经研究表明,伯胺与-NCO反应,速率非常快,伸胺与-NCO反应相对较慢,而叔胺与-NCO不反应。可以将丙烯酸酯引入,伯胺变成仲胺,同时仲胺氢的空间位阻变大,且由于给电子效应,使得仲胺活性降低,反应变慢,凝胶时间由原来13s延长到48s。

4
JS防水涂料

就现有市场应用情况来看,主要有以下3个问题需要:工作性能保持,收缩性能,凝结硬化。

目前改性方案主要是采用铝酸盐基胶凝材料进行粉料改性,通过如下反应方程式可知:

6Ca2++2Al(OH)-4+3SO42-+4OH-+26H2O→3CaO•M2O3•3Ca SO4•32 H2O

随着Ca2+ ,SO42-等快速消耗,钙矾石得到更充分溶解,反应不断向右进行,同时也在更多溶解水化矿物   ,达到工作性持久,收缩更小,快速凝结,干燥速度快的特点。

JS防水涂料
JS防水涂料
5
发展方向

随着环保型等推进,可持续发展战略的进一步深入,再加上人们环境意识增强,涂料将朝着资源节约,能源量化,施工性优,提高涂喷质量和环境适应性强这个方向发展。

比如:杂环二胺扩链剂引入解决伸长率的提高,利用VAE改性基耐水性提高JS防水涂料应用领域,解决材料黄变的等问题。

参考文献:

【1】 滕朝晖,王勤旺,王慧媛.采用核-壳技术制备聚醋酸乙烯酯-丙烯酸共聚乳液【J】.中国胶粘剂,2007,16(11):30-32

【2】 张洪伟.聚合物水泥防水涂料的研制与应用初探【J】.地下工程隧道,2003,B10:102-104

【3】 武海龙、孔凡正、马治平、刘涛、韩晓佳、王玉良.铝酸钙结合剂在K11防水浆料中应用 【A】,2018第八届中国国际预拌砂浆生产应用技术研讨会文集【C】,北京:中国建材工业出版社,2018.

【4】 姜青松.  硅丙乳液、水泥基复合防水粘接涂层的研制【J】,中国胶粘剂,2011,20(5):39-43

【5】 南博华. 环保型聚氨酸防水涂料的研制【D】西安:西北工业大学,2006

【6】 司晓燕.  阴离子探索结构水性聚氨酸丙烯酸复合乳液的合成【J】,中国涂料,2011,23(1):32-36

【7】SONNENSCHEZN MF,WEBBSP,CIESLINSNZ

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45(6):989-998

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