噴涂速凝型聚合物乳液建筑防水涂料的研制

趙長才，王勇，陳曉龍

（1.蘇州市建筑科學(xué)研究院有限公司，江蘇 蘇州 215129；2.江蘇省高性能建筑材料工程技術(shù)研究中心，江蘇 蘇州 215129；3.蘇州市建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司，江蘇 蘇州 215129；4.蘇州市姑蘇新型建材有限公司，江蘇 蘇州 215129）

噴涂速凝型聚合物乳液建筑防水涂料的研制

趙長才1，2，王勇3，陳曉龍4

（1.蘇州市建筑科學(xué)研究院有限公司，江蘇 蘇州 215129；2.江蘇省高性能建筑材料工程技術(shù)研究中心，江蘇 蘇州 215129；3.蘇州市建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司，江蘇 蘇州 215129；4.蘇州市姑蘇新型建材有限公司，江蘇 蘇州 215129）

以乙烯-醋酸乙烯酯乳液或丙烯酸酯乳液為主要成膜物質(zhì)，復(fù)配成膜助劑、無機(jī)填料、穩(wěn)定劑、分散劑、消泡劑等制成A組分，以速凝劑、促進(jìn)劑、水等制成B組分。A、B組分按照一定比例噴涂速凝形成防水涂膜。測(cè)試結(jié)果表明，涂料凝膠時(shí)間3～10 s、拉伸強(qiáng)度1.8～3.6 MPa，延伸率350%～700%，耐水、耐堿性能較單組分聚合物乳液防水涂料優(yōu)異，綠色環(huán)保，施工進(jìn)度快。

聚合物乳液；建筑防水涂料；噴涂；速凝

0 前言

建筑防水涂料經(jīng)過不斷的發(fā)展，性能得到了全面的提高，環(huán)境變得友好，但施工方式仍以刮涂、輥涂等為主，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，涂膜厚薄不均，而先進(jìn)的噴涂施工應(yīng)用較少[1]。2014年5月16日在北京舉行的“2014年噴涂防水研討會(huì)暨聚脲防水技術(shù)分會(huì)年會(huì)”上，行業(yè)專家就聚脲、硬泡聚氨酯、速凝橡膠瀝青涂料、聚氨酯防水涂料、丙烯酸防水涂料、JS等防水涂料的噴涂技術(shù)及發(fā)展方向作了充分的研討。近幾年，業(yè)內(nèi)先后開發(fā)出噴涂速凝型聚脲、橡膠改性瀝青防水涂料等，這類涂料3～10 s即固化，一次成型可達(dá)3 mm以上。雖然高分子乳液類防水涂料（如聚合物乳液建筑防水涂料、聚合物水泥防水涂料等）也適合噴涂，但是這類涂料不具備速凝固化的特點(diǎn)。

為此，本文以目前應(yīng)用較廣的合成高分子乳液為主要成膜物質(zhì)，研制水性高分子乳液類噴涂速凝型建筑防水涂料，主要測(cè)試了涂料的凝膠時(shí)間、拉伸性能、處理后的性能、施工應(yīng)用等。

1 原料及基本配方

試驗(yàn)用原料及基本配方見表1。

表1 原料及基本配方

2 性能測(cè)試

2.1 凝膠時(shí)間及原理分析

2.1.1 凝膠時(shí)間

涂料凝膠時(shí)間測(cè)試方法：標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下，采用雙管體外噴涂機(jī)，將A、B組分按一定比例霧化噴涂到立面砂漿墻面上，一次噴涂厚度（2±0.5）mm，記錄涂料噴出到凝膠不流動(dòng)的時(shí)間，即為凝結(jié)時(shí)間。

對(duì)于噴涂速凝類防水涂料，凝膠時(shí)間是一項(xiàng)重要的技術(shù)參數(shù)，它直接體現(xiàn)了這類涂料區(qū)別于其它慢干型防水涂料的本質(zhì)特征。試驗(yàn)中，按上述測(cè)試方法噴涂涂料，凝膠時(shí)間和B組分與A組分質(zhì)量比（B/A）的關(guān)系如圖1。

圖1 凝膠時(shí)間與B/A質(zhì)量比的關(guān)系

從圖1可以看出，EVA防水涂料和EAA防水涂料凝膠時(shí)間規(guī)律類似。EVA防水涂料隨著B/A質(zhì)量比的增大，即固化劑添加量增大，凝膠時(shí)間迅速縮短，當(dāng)B/A為0.3時(shí)，凝膠時(shí)間最短，約3 s；但隨著固化劑的繼續(xù)增加，凝膠時(shí)間漸漸延長，當(dāng)B/A為1.0時(shí)，凝膠時(shí)間約9 s。當(dāng)B/A為0.4時(shí)，EAA防水涂料的凝結(jié)時(shí)間最短，約為4 s，隨后凝膠時(shí)間大幅延長，增幅較EVA防水涂料大。由此可見，凝膠時(shí)間的變化與主要成膜物質(zhì)種類有關(guān)，也與固化劑的用量有關(guān)。試驗(yàn)中采用的速凝劑為硅質(zhì)水性材料，含有大量的硅氧鍵，促進(jìn)劑是納米材料，這類材料促使高分子乳液體系迅速凝膠，添加一定量即可使得涂料達(dá)到速凝固化的效果。但是，固化劑B組分本身含水量較高，若添加過量，稀釋了防水涂料，凝膠時(shí)間反而延長。

2.1.2 凝膠原理分析

從速凝機(jī)理而言，噴涂速凝型聚合物乳液建筑防水涂料與噴涂速凝型橡膠瀝青防水涂料、噴涂速凝聚脲防水涂料不同，噴涂速凝型橡膠瀝青防水涂料是利用固化劑（破乳劑）使乳化瀝青破乳，達(dá)到速凝的效果[2]；噴涂速凝聚脲防水涂料利用胺擴(kuò)鏈劑與預(yù)聚體快速發(fā)生分子鏈的交聯(lián)反應(yīng)達(dá)到速凝的效果[3]。而本款噴涂速凝型聚合物乳液建筑防水涂料與市場(chǎng)現(xiàn)有的噴涂速凝型防水涂料有所不同，它是速凝劑、促進(jìn)劑對(duì)高分子乳液作用的結(jié)果，其原理見圖2。首先，霧化狀的A組分、B組分在空氣中碰撞，混合，并附著在基面上，同時(shí)，速凝劑、促進(jìn)劑與A組分發(fā)生反應(yīng)，高分子乳液很快被凝膠，涂料由流態(tài)幾秒內(nèi)變成固態(tài)，凝膠水泌出，涂層進(jìn)一步干燥，一段時(shí)間后形成高強(qiáng)彈性的防水層。

圖2 速凝型聚合物乳液防水涂料的凝膠原理解析

2.2 拉伸性能

拉伸性能是涂料的基本性能，通常包括拉伸強(qiáng)度和延伸率，按GB/T 16777—2008《建筑防水涂料試驗(yàn)方法》相關(guān)試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試。拉伸強(qiáng)度是涂膜內(nèi)聚力的宏觀體現(xiàn)，內(nèi)聚力大則涂膜的拉伸強(qiáng)度高，反之則小。對(duì)于彈性涂料而言，拉伸強(qiáng)度與所使用的乳液有密切關(guān)系。延伸率體現(xiàn)的是涂膜的延展變形能力，通過自身變形吸收了建筑物變形所產(chǎn)生的應(yīng)力，既保證了防水涂膜的完整性，又保證了防水的功能[4]。延伸率大的材料對(duì)基層的變形、震動(dòng)等適應(yīng)性強(qiáng)。本速凝型防水涂料的拉伸性能與B/A（質(zhì)量比）的關(guān)系見圖3、圖4。

圖3 拉伸強(qiáng)度與B/A質(zhì)量比的關(guān)系

圖4 斷裂延伸率與B/A質(zhì)量比的關(guān)系

由圖3、圖4可見，當(dāng)B/A為0時(shí)，即涂料不添加固化劑，僅靠A組分成膜，此時(shí)涂料相當(dāng)于普通聚合物乳液建筑防水涂料（執(zhí)行JC/T 864—2008標(biāo)準(zhǔn)），EVA涂料拉伸強(qiáng)度為2.2 MPa，EAA涂料拉伸強(qiáng)度為1.2 MPa，隨著B/A的增大，涂膜拉伸強(qiáng)度上升較快，斜率大，說明固化劑對(duì)涂料的強(qiáng)度影響大。當(dāng)B/A為0.3～0.4時(shí)，拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大，EVA防水涂膜的拉伸強(qiáng)度高達(dá)3.8 MPa，增幅達(dá)73%，EAA防水涂膜的拉伸強(qiáng)度高達(dá)3.0 MPa，增幅達(dá)150%，但隨著B/A的繼續(xù)增大，涂膜的拉伸強(qiáng)度漸漸降低。而斷裂延伸率也呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化，當(dāng)B/A＜0.2時(shí)，涂膜斷裂延伸率變化小，EVA防水涂膜的斷裂延伸率約為650%，EAA防水涂膜約730%，而后隨B/A的增大，延伸率快速下降，并且EVA防水涂膜下降要比EAA防水涂膜快。

很明顯，涂膜拉伸性能的變化是由B組分對(duì)A組分作用引起的。速凝劑為硅質(zhì)水性材料，含有大量的硅氧鍵，一方面，能促使高分子乳液的凝膠，達(dá)到速凝效果，另一方面，活潑的硅氧鍵在促進(jìn)劑的作用下與EVA或EAA分子鏈上的羧基（—COO-）、羥基（—OH）或酰胺基（—CONH2）等發(fā)生了交聯(lián)反應(yīng)，增大了涂膜的內(nèi)聚力，提高了拉伸強(qiáng)度。但是，過多的B組分對(duì)A組分表現(xiàn)出的是物理性的填充作用，因此隨后表現(xiàn)出拉伸強(qiáng)度及斷裂延伸率均下降。

為了考察固化劑B對(duì)A組分的交聯(lián)效果，試驗(yàn)中除按照GB/T 16777—2008規(guī)定的常規(guī)10 d測(cè)試（見圖3、圖4）外，還測(cè)試了不同養(yǎng)護(hù)周期下的涂膜拉伸性能，其中EVA防水涂膜10d、20d、30d養(yǎng)護(hù)齡期的拉伸強(qiáng)度與B/A質(zhì)量比關(guān)系見圖5。

由圖5可以看出，養(yǎng)護(hù)20 d后強(qiáng)度較10 d有大幅提高，而30 d養(yǎng)護(hù)后強(qiáng)度較20 d增長幅度較小。這說明10 d后固化劑仍對(duì)EVA或EAA有交聯(lián)作用，使得涂膜強(qiáng)度進(jìn)一步提高。而當(dāng)B/A超過0.3時(shí)，強(qiáng)度增幅與對(duì)應(yīng)未處理的10 d強(qiáng)度增加明顯，試驗(yàn)認(rèn)為，這主要是由速凝劑本身的固化引起的，過量含有大量硅氧鍵的B組分在涂膜干燥過程中自身發(fā)生了聚合反應(yīng)，在涂膜中形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度增幅明顯。EAA防水涂料涂膜不同養(yǎng)護(hù)齡期下拉伸性能與EVA防水涂料類似。

圖5 養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)EVA涂膜拉伸強(qiáng)度的影響

2.3 處理后拉伸性能

防水涂料在實(shí)際工程防水中會(huì)遇到不同的環(huán)境，如堿性環(huán)境、酸性環(huán)境、長期紫外線老化環(huán)境等，作為一款優(yōu)秀的防水涂料，能長期適應(yīng)防水環(huán)境是十分重要且必要的，縱觀現(xiàn)有的常見建筑防水涂料標(biāo)準(zhǔn)，基本對(duì)涂料的耐水、耐堿、耐酸或耐老化等性能進(jìn)行了技術(shù)規(guī)定[5]。因此研究噴涂速凝型聚合物乳液建筑防水涂料在酸處理、堿處理或紫外線老化后的性能變化，對(duì)指導(dǎo)涂料的實(shí)際應(yīng)用有著現(xiàn)實(shí)意義。

圖6、圖7是EVA防水涂膜經(jīng)酸處理、堿處理和紫外線老化后性能的變化。

圖6 EVA防水涂膜經(jīng)處理后拉伸強(qiáng)度的變化

圖7 EVA防水涂膜經(jīng)處理后斷裂延伸率的變化

從圖6、圖7可以看出，酸處理后的涂膜拉伸強(qiáng)度較未處理的提高，堿處理及紫外線處理的涂膜拉伸強(qiáng)度下降。當(dāng)B/A=0，即未添加固化劑時(shí)，經(jīng)處理后的拉伸強(qiáng)度與添加固化劑的強(qiáng)度變化不完全相同，此時(shí)的酸處理、紫外線處理的較未處理的強(qiáng)度小，堿處理的反而大些，這進(jìn)一步說明了固化劑對(duì)防水涂膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)或者分子結(jié)構(gòu)有改變，酸對(duì)這種改變有利，拉伸強(qiáng)度及斷裂延伸率普遍得到提高；堿性環(huán)境下涂膜的性能下降，可能與EVA本身的耐堿性較弱有關(guān)；紫外線處理后的斷裂延伸率下降較明顯，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，涂膜經(jīng)過長期紫外線照射后，涂膜發(fā)黃、變硬。

對(duì)EAA防水涂料也作過酸、堿及紫外線處理及測(cè)試，其結(jié)果與EVA防水涂料處理后的變化類似，只是EAA防水涂料的耐堿性較EVA防水涂料好許多。

3 施工應(yīng)用

由于噴涂速凝型聚合物乳液建筑防水涂料凝結(jié)時(shí)間快，不能采用預(yù)混合再噴涂的施工方式（如聚合物水泥防水涂料、普通聚氨酯防水涂料等），需要采用雙管體外霧化混合的噴涂設(shè)備，施工原理見圖8。

圖8 噴涂施工原理

具體防水施工工藝如下：

（1）基層處理：基層必須堅(jiān)固、平整、清潔，無灰塵、油污或雜物，基面如破損、疏松或凹凸不平，應(yīng)用1：2.5水泥砂漿找平；

（2）節(jié)點(diǎn)處理：施工縫、陰陽角、穿透防水層的管道、預(yù)埋件、水落口、出屋面等各種節(jié)點(diǎn)處須附設(shè)防水增強(qiáng)層；

（3）機(jī)具調(diào)試：使用體外雙管噴涂機(jī)，在常溫下高壓扇形噴涂，施工前應(yīng)將設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，調(diào)整合適的壓力、扇面范圍、角度等；

（4）使用前分別將A、B組分?jǐn)嚢杈鶆颍凑誱（A組分）：m（B組分）=10：（2～4）的質(zhì)量比調(diào)整噴涂設(shè)備，即可噴涂，1層噴涂涂層厚度為1.5 mm左右；

（5）大面積噴涂：待節(jié)點(diǎn)處理完成后，采用十字交叉法進(jìn)行大面積噴涂、連續(xù)施工，以確保成膜均勻，達(dá)到設(shè)計(jì)要求；

（6）清洗處理：噴涂完成后，用清水清洗噴槍及管路，確保清洗干凈；

（7）驗(yàn)收：待涂層干燥后，檢查涂層厚度、涂層質(zhì)量，并進(jìn)行必要的修補(bǔ)，確保防水涂層達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

本課題以乙烯-醋酸乙烯酯乳液或丙烯酸酯乳液為主要成膜物質(zhì)制成A組分，以水性硅質(zhì)速凝劑、納米促進(jìn)劑為固化劑制成B組分，研制出一款噴涂速凝型聚合物乳液建筑防水涂料，并從凝膠時(shí)間、拉伸性能、處理后拉伸性能等多方面分析了涂料的性能。結(jié)果表明，B/A質(zhì)量比在一定范圍內(nèi)，涂料的凝膠時(shí)間可調(diào)，拉伸強(qiáng)度、斷裂延伸率優(yōu)異，同時(shí)對(duì)涂料的凝膠機(jī)理進(jìn)行了分析。

[1] 莊敬.機(jī)械化噴涂施工—防水涂料施工技術(shù)發(fā)展之大趨勢(shì)[J].中國建筑防水，2013（14）：9-13.

[2]吳立報(bào),張敬義，黃婉利，等.噴涂速凝橡膠瀝青防水涂料專用乳化瀝青的研制[J].中國建筑防水，2013（16）：15-17.

[3] 趙希娟，劉彥東，潘美，等.噴涂聚脲高性能防水涂料的開發(fā)[J].中國建筑防水，2009（3）：3-6.

[4]沈春林，蘇立榮，李芳，等.建筑防水涂料[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

Development of polymer emulsion architectural waterproof coating with spray&fast cure

ZHAO Zhangcai1，2，WANG Yong3，CHEN Xiaolong4
（1.Suzhou Building Science Research Institute Co.Ltd.，Suzhou 215129，Jiangsu，China；
2.Jiangsu High Performance Building Materials Engineering Research Center，Suzhou 215129，Jiangsu，China；
3.Suzhou Construction Engineering Quality Test Center Co.Ltd.，Suzhou 215129，Jiangsu，China；
4.Suzhou Gusu New Building Materials Co.Ltd.，Suzhou 215129，Jiangsu，China）

Using ethylene vinyl acetate latex or acrylic emulsion as the main film components，while mixed film-forming agent，inorganic filler，stabilizer，dispersing agent，defoaming agent to form A component，using the quick setting agent，accelerator，water and other components to from B component.According to a certain proportion，spraying and mixing A component and B component，then fast curing to form waterproof coating.The test shows that the coating curing time is 3～10 s，the tensile strength of 1.8～3.6 MPa，elongation rate of 350%～700%，water resistance and alkali resistance performance are better than single polymer emulsion waterproof coating，environmental-friendly，fast construction progress.

polymer emulsion，architectural waterproof coating，spraying，fast curing

TU56+1.65

A

1001-702X（2015）04-0065-04

建設(shè)部2013年科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目（2013-K4-49）

2015-01-29

趙長才，男，1975年生，安徽安慶人，高級(jí)工程師。