基于納米改性的硅丙混凝土保護(hù)劑的耐洗刷性研究

馬軍旗，尹晨旭，王軼，李芳，柳志丹，陳軍程，張志增

（1.玉溪市江通高速公路有限公司，云南玉溪652600；2.中原工學(xué)院建筑工程學(xué)院，河南鄭州450007）

0 引言

隨著我國房地產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，為了滿足人們對混凝土性能的需求，研發(fā)了高性能的混凝土保護(hù)劑［1］。混凝土保護(hù)劑具有優(yōu)異的防水性能，極佳的環(huán)保性，能夠有效延長混凝土的使用壽命［2］。保護(hù)劑成膜后，長期遭受自然環(huán)境的侵蝕會(huì)出現(xiàn)污漬、發(fā)霉、雨漬流痕等保護(hù)面污染情況，后期維護(hù)階段用水對保護(hù)面進(jìn)行清潔，使混凝土面保持原有的外觀。保護(hù)劑的耐洗刷性對保護(hù)劑的自清潔性能以及其與基層或其他涂層的附著力有著重要影響［3］，因此保護(hù)劑的耐洗刷性試驗(yàn)是反映保護(hù)劑性能的較為重要的一組試驗(yàn)［4-5］。

王訓(xùn)遒［6］等研究了納米CaCO3漿液的添加量對納米復(fù)合建筑涂料主要性能的影響，當(dāng)納米CaCO3漿料質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3 %～4 %時(shí)，納米復(fù)合建筑涂料性能最佳；熊明娜［7］等通過對丙烯酸酯/納米SiO2復(fù)合乳液進(jìn)行物理性能研究，得出乳液性能隨納米SiO2添加量的增加呈先上升后下降的拋物線關(guān)系；韓建軍［8-9］等用改性前后的納米SiO2分別制備納米復(fù)合涂料，研究表明：納米SiO2可以顯著提高涂料的憎水性、抗碳化性以及抗氯離子滲透性，經(jīng)改性的納米SiO2對涂料性能的改善幅度更大，當(dāng)改性納米SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 %～3 %時(shí)，混凝土的抗氯離子滲透性能最好；張?jiān)迄i［10］等用納米CaCO3粒子對氟碳混凝土保護(hù)劑進(jìn)行改性，當(dāng)氟碳乳液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40 %，納米CaCO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在8 %時(shí)，納米改性氟碳混凝土保護(hù)劑的性能最優(yōu)。本研究在以上研究的基礎(chǔ)上，對納米改性硅丙混凝土保護(hù)劑的耐洗刷性進(jìn)行試驗(yàn)研究，為保護(hù)劑的配方確定提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原材料及試驗(yàn)儀器

硅丙乳液（BLJ-KD96），上海保立佳化工股份有限公司；納米CaCO3和納米SiO2復(fù)合漿料（以下簡稱“納米復(fù)合漿料”），洛陽大豫實(shí)業(yè)有限公司；十二烷基苯磺酸鈉，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；QFS-涂料耐洗刷性測定儀，天津永利達(dá)材料試驗(yàn)機(jī)有限公司；蒸餾水，濟(jì)南銀潤化工有限公司；耐洗刷用PVC片，尺寸430 mm×150 mm；玻璃板，尺寸430 mm×150 mm。

1.2 配方設(shè)計(jì)

首先考察硅丙乳液用量對保護(hù)劑耐洗刷性的影響，設(shè)計(jì)30 %～50 %硅丙乳液連續(xù)變量進(jìn)行研究，試驗(yàn)配方見表1。然后將硅丙乳液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持在40 %，加入納米復(fù)合漿料。設(shè)置納米漿料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～12 %，試驗(yàn)配方見表2。

表1 基礎(chǔ)配方Table 1 The basic formula

表2 納米改性硅丙混凝土保護(hù)劑的配方Table 2 The formula of nano-modified silicone-acrylic concrete protective agent

1.3 保護(hù)劑的制備

保護(hù)劑的制備分為以下3個(gè)部分：

第1部分為顏填料的高速分散階段。在燒杯中稱取設(shè)計(jì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的水以及丙二醇，放置在多功能分散機(jī)下以500 r/min轉(zhuǎn)速開始分散，隨后按照配方配比依次加入分散劑、潤濕劑、成膜助劑、殺菌劑、消泡劑，分散20 min后，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速至1 500 r/min，按照配方配比依次加入鈦白粉、高嶺土和硅灰石粉，高速分散40 min。

第2部分為硅丙乳液與助劑低速分散階段。首先將多功能分散機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)至500 r/min，隨后加入40 %的硅丙乳液，分散20 min，然后按照配方配比依次加入成膜助劑、丙二醇、殺菌劑、消泡劑、多功能助劑，分散20 min。

第3部分為黏度調(diào)節(jié)階段。將剩余質(zhì)量的水加入至燒杯中，配制增稠混合溶液，增稠劑與水的質(zhì)量比為1∶1，現(xiàn)配現(xiàn)用。將配制好的增稠混合溶液緩慢滴加至保護(hù)劑中，調(diào)節(jié)保護(hù)劑的黏度，然后靜置1 h，得到納米改性硅丙混凝土保護(hù)劑。

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

耐洗刷性按照GB/T 9266—2009《建筑涂料涂層耐洗刷性的測定》進(jìn)行測試。

用濕毛巾擦拭玻璃板，并把PVC片放置在玻璃板上，玻璃板濕潤的表面可以與PVC片緊緊粘在一起，在玻璃板下面鋪設(shè)報(bào)紙，防止多余的保護(hù)劑污染試驗(yàn)臺(tái)。

采用150間歇式濕膜制備器將保護(hù)劑均勻涂覆于PVC片上。在規(guī)定的溫度（23 ± 2 ℃）、濕度（50 ±5 %）環(huán)境下養(yǎng)護(hù)7 d。

將養(yǎng)護(hù)完成的PVC漆膜放置在耐洗刷性測定儀上，用0.5 %十二烷基苯磺酸鈉溶液進(jìn)行耐洗刷試驗(yàn)，待漆膜脫落或擦破，停止試驗(yàn)，記錄洗刷次數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 硅丙乳液含量對保護(hù)劑耐洗刷性的影響

取硅丙乳液質(zhì)量分?jǐn)?shù)30 %～50 %進(jìn)行硅丙混凝土保護(hù)劑耐洗刷性試驗(yàn)，旨在研究保護(hù)劑的耐洗刷性與硅丙乳液含量變化的關(guān)系，便于確定合適的硅丙乳液用量，進(jìn)行納米改性試驗(yàn)。硅丙乳液含量對保護(hù)劑耐洗刷性的影響如表3和圖1所示。由表3、圖1可見，當(dāng)硅丙乳液質(zhì)量分?jǐn)?shù)在40 %以下時(shí)，保護(hù)劑成膜不連續(xù)，耐水性、與基層的附著力非常差，很快就被洗刷液浸泡起泡，在很少次數(shù)時(shí)就被刷子整體刮落，耐洗刷次數(shù)均在5 000次以下，不符合規(guī)范要求；當(dāng)硅丙乳液質(zhì)量分?jǐn)?shù)在40 %以上時(shí)，保護(hù)劑耐洗刷次數(shù)＞5 000次，符合規(guī)范要求，可以進(jìn)行納米改性試驗(yàn)。

表3 硅丙乳液含量對保護(hù)劑耐洗刷性的影響Table 3 The influence of the content of silicone-acrylic emulsion on the scrub resistance of the protective agent

圖1 硅丙混凝土保護(hù)劑耐洗刷性試驗(yàn)結(jié)果Figure 1 Test results of scrub resistance of silicone-acrylic concrete protective agent

2.2 納米復(fù)合漿料改性對保護(hù)劑耐洗刷性的影響

納米復(fù)合漿料用量對保護(hù)劑耐洗刷性的影響見圖2。由圖2可以看出，納米復(fù)合漿料的加入顯著地提升了保護(hù)劑的耐洗刷性。未摻入納米復(fù)合漿料時(shí)，保護(hù)劑的耐洗刷次數(shù)為6 372次；摻入2 %的納米復(fù)合漿料時(shí)，保護(hù)劑的耐洗刷次數(shù)達(dá)到13 959次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過未改性的硅丙保護(hù)劑的耐洗刷次數(shù)；當(dāng)納米復(fù)合漿料摻入量為6 %時(shí)，保護(hù)劑的耐洗刷次數(shù)達(dá)到峰值（64 394次），與未改性的硅丙保護(hù)劑相比，耐洗刷性提升了10倍之多；當(dāng)納米復(fù)合漿料摻入量為8 %～12 %時(shí)，保護(hù)劑的耐洗刷次數(shù)開始下降，但均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未改性的保護(hù)劑。

圖2 納米漿料用量對保護(hù)劑耐洗刷性的影響Figure 2 The influence of the amount of nano-size slurry on the scrub resistance of the protective agent

2.3 綜合分析

根據(jù)以上耐洗刷性的試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)硅丙乳液用量過少，會(huì)導(dǎo)致保護(hù)劑耐洗刷性減弱，當(dāng)硅丙乳液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40 %時(shí)，適合進(jìn)行納米改性試驗(yàn)；加入顏填料后，保護(hù)劑的耐洗刷性會(huì)小幅度提升；納米復(fù)合粒子與保護(hù)劑中的硅丙樹脂存在較強(qiáng)的分子間作用力，使漆膜變得堅(jiān)硬致密，從而提高了保護(hù)劑的耐擦洗次數(shù)，納米復(fù)合漿料添加量在0～6 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，保護(hù)劑的耐洗刷性隨著其添加量的增加而增加，繼續(xù)增加納米復(fù)合漿料，納米粒子會(huì)出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，平均粒徑變大，漆膜的機(jī)械強(qiáng)度發(fā)生改變，漆膜表層出現(xiàn)較多聚集點(diǎn)，在刷子的外力作用下，聚集點(diǎn)處容易出現(xiàn)透底，保護(hù)劑的耐洗刷次數(shù)降低，故納米復(fù)合漿料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以6 %為宜。

3 結(jié)語

（1） 隨著硅丙乳液含量的減少，硅丙混凝土保護(hù)劑的耐洗刷性不斷減弱。

（2） 納米改性硅丙混凝土保護(hù)劑的耐洗刷性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過未改性的混凝土保護(hù)劑。

（3） 納米復(fù)合漿料的添加量為6 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，保護(hù)劑的耐洗刷性最好。