新型苯乙烯–丁二烯–苯乙烯(SBS)防水涂料的制備

殷錦捷，周華利，姜?jiǎng)倌?/p>

（遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 阜新 123000）

【現(xiàn)代涂層技術(shù)】

新型苯乙烯–丁二烯–苯乙烯(SBS)防水涂料的制備

殷錦捷*，周華利，姜?jiǎng)倌?/p>

（遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 阜新 123000）

通過(guò)實(shí)驗(yàn)制備一種耐水性強(qiáng)、附著力大、熱穩(wěn)定性好、無(wú)毒、環(huán)保、價(jià)格適宜且制作工藝簡(jiǎn)單的防水涂料。對(duì)不同類型的增黏樹(shù)脂和溶劑進(jìn)行了篩選，研究了溶劑比例、增黏樹(shù)脂比例、反應(yīng)時(shí)間和溫度對(duì)苯乙烯–丁二烯–苯乙烯(SBS)防水涂料的吸水率和附著力的影響，獲得了最佳工藝條件：萜烯樹(shù)脂與石油樹(shù)脂的質(zhì)量比為 3∶1，乙酸乙酯和甲苯的混合溶液與120#汽油的質(zhì)量比為7∶3，反應(yīng)時(shí)間40 min，反應(yīng)溫度為65 °C。研究結(jié)果表明，由最佳工藝制備的 SBS防水涂料的吸水率為15.26%，附著力1級(jí)，熱分解溫度212.08 °C，，具有較強(qiáng)的耐水性，良好的附著力和熱穩(wěn)定性。

防水涂料；苯乙烯–丁二烯–苯乙烯共聚物；增黏樹(shù)脂；正交試驗(yàn)

1 前言

熱塑性彈性體 SBS(苯乙烯–丁二烯–苯乙烯)因具有良好的彈性、抗滑性、耐磨性等而廣泛應(yīng)用于膠黏劑中[1]，但在涂料方面的應(yīng)用比較少，特別是防水涂料。這是由于SBS的極性很小，用于防水涂料時(shí)，其耐水效果較差。而且，對(duì)防水涂料來(lái)說(shuō)，吸水率和附著力等級(jí)是評(píng)價(jià)其質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)，而目前的SBS防水涂料在這兩方面均未有具體的研究。本文通過(guò)正交試驗(yàn)，具體分析影響SBS防水涂料吸水率和附著力的主要因素，并以提高SBS的極性來(lái)降低涂料的吸水率和附著力等級(jí)。這樣，所制備的SBS防水涂料在應(yīng)用過(guò)程中，會(huì)形成一層附著力好、堅(jiān)韌而有彈性的防水膜，能夠自我修復(fù)刺孔，防水性能優(yōu)良[2]。

2 實(shí)驗(yàn)

2. 1 主要原料

SBS樹(shù)脂，廣東茂名石化有限公司；萜烯樹(shù)脂，錦州化工廠；石油樹(shù)脂，沈陽(yáng)沈一精細(xì)化學(xué)公司；120#汽油，大連石油添加劑廠；甲苯，天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠；乙酸乙酯，沈陽(yáng)試劑二廠；抗氧劑-1010，中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)上海化學(xué)試劑公司；二甲基硅油，沈陽(yáng)市硅膠廠；鄰苯二甲酸二辛酯，沈陽(yáng)迪高；膨潤(rùn)土，天津燕海化學(xué)有限公司。

2. 2 主要儀器

HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋，常州國(guó)華電器廠；STA449C型熱重測(cè)試儀，德國(guó)耐馳公司；SSX-550型掃描電子顯微鏡，日本島津制作所；202-2型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，山東鄄城電熱儀器有限公司。

2. 3 涂膜的制備

在常溫下，先將一定量的溶劑加入燒杯中，接著放入一定比例的 SBS。將燒杯放入恒溫水浴鍋中，調(diào)整溫度，不斷攪拌使其受熱均勻、充分溶解。再加入一定比例的增黏樹(shù)脂，不斷攪拌溶解后，按順序加入抗氧劑、消泡劑、增塑劑以及填料等助劑。在反應(yīng)過(guò)程中，不斷攪拌，使其反應(yīng)充分。反應(yīng)結(jié)束后，降溫出料。將制得的涂料涂在打磨平整光滑的鐵板上，厚度約2 mm。置于室溫下2天，自然晾干成膜后，在烘干箱中干燥，得到厚度約為0.6 ～ 1.0 mm的具有一定彈性的柔軟透明涂膜。

涂料配方如下(以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示)：

復(fù)合溶劑 40%

增黏樹(shù)脂 35%

SBS 15%

抗氧劑-1010 0.3%

二甲基硅油 0.7%

鄰苯二甲酸二辛酯 3%

膨潤(rùn)土 6%

2. 4 涂膜性能檢測(cè)

以掃描電子顯微鏡觀察涂膜表面的形貌特征；吸水率測(cè)試根據(jù)GB/T 1738–1979《絕緣漆漆膜吸水率測(cè)定法》進(jìn)行；附著力測(cè)試方法按照GB/T 9286–1998《色漆和清漆 漆膜的劃格試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)；熱重測(cè)試采用德國(guó)耐馳公司生產(chǎn)的STA449C熱重測(cè)試儀進(jìn)行；貯存穩(wěn)定性根據(jù)GB/T 6753.3–1986《涂料貯存穩(wěn)定性試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)定；黏度測(cè)試根據(jù)GB/T 1723–1993《涂料粘度測(cè)定法》進(jìn)行。

3 結(jié)果與討論

3. 1 溶劑種類對(duì)涂料的影響

溶劑對(duì)SBS防水涂料的影響見(jiàn)表1。

表1 溶劑對(duì)SBS防水涂料的影響Table 1 Influence of solvents on SBS waterproof paint

由表1可見(jiàn)，丙酮和120#汽油不能完全溶解SBS防水涂料。原因是丙酮的揮發(fā)速度快，使SBS中的PS嵌段為層狀，影響其相態(tài)結(jié)構(gòu)，使其不能充分溶解；而120#汽油的溶解度參數(shù)為7.4，較之PS嵌段和PB嵌段的溶解度參數(shù)9.1和8.1都相距甚遠(yuǎn)[3]，故不能完全溶解之。而120#汽油和乙酸乙酯的復(fù)合溶劑使涂料的均勻性不好，說(shuō)明其與原料的相容性不足。120#汽油、甲苯、乙酸乙酯的混合溶劑成本和毒性較低，溶解后，涂料的均勻性良好。合適溶劑的選擇，既要考慮溶劑對(duì)SBS及其他原料的溶解性，還要注意溶劑的低毒性、低成本以及揮發(fā)速度[4]。故本文選擇乙酸乙酯、甲苯與120#汽油作為復(fù)合溶劑進(jìn)行正交試驗(yàn)，其中，120#汽油、乙酸乙酯與甲苯的質(zhì)量比為4∶4∶1。

3. 2 增黏樹(shù)脂種類對(duì)涂料的影響

增黏樹(shù)脂廣泛應(yīng)用于膠黏劑、涂料和油墨等方面[5]。表2為不同增黏樹(shù)脂對(duì)SBS防水涂料的影響。由表2可知，分別選用松香樹(shù)脂和古馬隆樹(shù)脂加入涂料中，會(huì)使整個(gè)溶液變得渾濁，并且黏度較低；而選用萜烯樹(shù)脂和石油樹(shù)脂時(shí)，溶液變得均勻透明，并且黏度較大。這是由于SBS的極性較小，它與不同的增黏樹(shù)脂的相容性各不相同。弱極性和非極性的增黏樹(shù)脂與SBS相容性好，而極性強(qiáng)的增黏樹(shù)脂與SBS的相容性不好。因此，與SBS配合較好的增黏樹(shù)脂是萜烯樹(shù)脂和石油樹(shù)脂，故選擇它們作為復(fù)合增黏樹(shù)脂進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

表2 SBS與不同增黏樹(shù)脂互溶性比較Table 2 Comparison of compatibility between SBS and various tackifying resins

3. 3 正交試驗(yàn)結(jié)果

正交試驗(yàn)因素水平見(jiàn)表3。

表3 正交試驗(yàn)因素和水平Table 3 Factors and levels of orthogonal test

正交試驗(yàn)結(jié)果如表 4所示。根據(jù)正交試驗(yàn)的極差分析，涂膜平均吸水率和附著力的較優(yōu)水平按因素的主次順序分別為：A3＞ B2＞ D1＞ C2，B2＞ A2= C2= D3。兼顧兩個(gè)指標(biāo)，得出最佳工藝參數(shù)為 A3B2C2D1。即m(萜烯樹(shù)脂)∶m(石油樹(shù)脂)為3∶1，乙酸乙酯和甲苯的混合溶液與 120#汽油的質(zhì)量比為 7∶3，反應(yīng)時(shí)間40 min，反應(yīng)溫度為65 °C。

表4 正交試驗(yàn)結(jié)果和級(jí)差分析Table 4 Results of orthogonal test and range analysis

3. 4 SBS防水涂料熱重分析

SBS防水涂料的熱重試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 SBS防水涂料的熱重分析曲線Figure 1 Thermogravimetric curve of SBS waterproof coating

從圖1可以看出，SBS防水涂料的起始分解溫度θi為212.08 °C，熱反應(yīng)終止溫度θf(wàn)為599.97 °C，θi～ θf(wàn)間的熱質(zhì)量損失率為81.57%。在試驗(yàn)初始階段(100 ～212.08 °C)，涂料基本上不失重，失重率僅為4.97%，主要是涂料中未揮發(fā)的溶劑和其他易揮發(fā)雜質(zhì)的揮發(fā)，涂料中的成膜物質(zhì)開(kāi)始熔融軟化，在 212.08 ～599.97 °C時(shí)，成膜物質(zhì)中部分成分分解產(chǎn)生水蒸氣，促使第一階段已熔融軟化的成膜物質(zhì)持續(xù)地膨脹發(fā)泡，形成泡沫層。由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中萜烯樹(shù)脂和石油樹(shù)脂的用量較大，且它們的分解溫度都相對(duì)較低，所以導(dǎo)致SBS防水涂料的分解溫度也不是很高。但是SBS防水涂料通常用于地下和礦井等潮濕的地方，工作環(huán)境溫度一般都不高，所以完全能滿足實(shí)用要求。

3. 5 掃描電鏡分析

SBS防水涂料加入偶聯(lián)劑前后的掃描電鏡照片見(jiàn)圖2。從圖2可知，未加偶聯(lián)劑的SBS防水涂料的涂膜表面相對(duì)不均勻。這是由于SBS與樹(shù)脂溶解的不徹底產(chǎn)生的。而加入偶聯(lián)劑的涂膜表面效果有所提高，是由于偶聯(lián)劑提高了增強(qiáng)材料與樹(shù)脂之間的粘合強(qiáng)度，從而提高了復(fù)合材料的性能，同時(shí)還可以防止介質(zhì)向界面滲透，改善了界面狀態(tài)，提高了相容性。

圖2 加入偶聯(lián)劑前后SBS防水涂料的掃描電鏡照片F(xiàn)igure 2 SEM images of SBS waterproof coating before and after addition of coupling agent

3. 6 SBS防水涂料的性能測(cè)試

根據(jù)正交試驗(yàn)制備的SBS防水涂料其涂膜性能測(cè)試結(jié)果如表5所示。由表5可知，所得涂膜的吸水率為15.26%，附著力1級(jí)，熱穩(wěn)定性等級(jí)為6，耐水性和耐鹽水性均合格，涂料透明，黏度較低，表干時(shí)間較快。這說(shuō)明按最佳方案所制備出的SBS防水涂料的各項(xiàng)性能俱佳，符合建筑涂料的指標(biāo)要求，可廣泛用于屋面以及地下和礦井等地，達(dá)到防水抗?jié)B的目的。

表5 涂膜性能測(cè)試結(jié)果Table 5 Test results of coating performance

4 結(jié)論

(1) 極性強(qiáng)的增黏樹(shù)脂與SBS防水涂料的相容性不太好，弱極性和非極性增黏樹(shù)脂與SBS防水涂料的相容性好。故石油樹(shù)脂和萜烯樹(shù)脂與SBS的相容性較好。

(2) 由乙酸乙酯、甲苯、120#汽油組成的復(fù)合溶劑，低毒、成本低，并可提高增黏樹(shù)脂與SBS彈性體的相容性。

(3) 制備SBS防水涂料的最佳工藝條件是：萜烯樹(shù)脂與石油樹(shù)脂的質(zhì)量比為3∶1，乙酸乙酯和甲苯的混合溶液(質(zhì)量比為4∶1)與120#汽油的質(zhì)量比為7∶3，反應(yīng)時(shí)間40 min，反應(yīng)溫度為65 °C。

(4) 制備的SBS防水涂料的吸水率為15.26%，附著力1級(jí)，熱分解溫度212.08 °C，有較強(qiáng)的耐水性，良好的附著力和熱穩(wěn)定性。

[1] 王金銀. 改性SBS鞋用膠粘劑的研制[J]. 精細(xì)化工中間體, 2002, 32 (2): 39-40.

[2] 戚震男, 馬召華, 蔣燕兮. SBS單組分橡膠防水涂料[J]. 廣州化學(xué), 2003, 28 (2): 31-37.

[3] 翟廣玉, 馬海英, 翟連礦. 常溫生產(chǎn) SBS防水涂料的研究[J]. 化學(xué)與黏合, 2006, 28 (5): 357-358, 361.

[4] 劉萍, 畢建波. SBS粘合劑中溶劑的選擇[J]. 中國(guó)膠粘劑, 2001, 10 (2): 28-29.

[5] 金少霖, 許國(guó)強(qiáng), 黃雪紅. 增粘樹(shù)脂在 SBS改性膠粘劑中的應(yīng)用[J].彈性體, 2002, 12 (2): 45-47.

[ 編輯：韋鳳仙 ]

Preparation of new styrene-butadiene-styrene (SBS) waterproof coating //

YIN Jin-jie*, ZHOU Hua-li, JIANG Sheng-nan

A non-toxic and environmental friendly waterproof coating was prepared with good water resistance, adhesion and thermal stability, appropriate price and easy production process. Different types of tackifying resins and solvents were selected, and the effects of ratio of solvents, ratio of tackifying resins, reaction time and temperature on the water absorption rate and adhesion of styrene-butadienestyrene (SBS) waterproof coating were studied. The optimal process conditions were obtained as follows: mass ratio of terpene resin to petroleum resin 3:1, mass ratio of the mixture solution of ethyl acetate and toluene to 120# gasoline 7:3, reaction time 40 min and temperature 65 °C. Research results proved that the SBS waterproof coating prepared according to the optimal process has good water resistance, adhesion and thermal stability, and with a water absorption rate of 15.26%, adhesion strength 1 grade and thermal decomposition temperature 212.08 °C.

waterproof coating; styrene-butadiene-styrene copolymer; tackifying resin; orthogonal test

Institute of Material Science and Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China

TQ630.79

A

1004 – 227X (2010) 08 – 0047 – 04

2010–04–24

2010–05–26

殷錦捷（1965–），女，遼寧人，教授，主要從事高分子材料、有機(jī)合成等方面的研究工作。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) 1987120323@163.com。