水性環(huán)氧樹脂防水涂料的制備與性能

曾娟娟 ，鄧淑玲 ，張文超

(1.中科院廣州化灌工程有限公司，廣東 廣州 510650；2.廣東省化學(xué)灌漿工程技術(shù)研究開發(fā)中心，廣東 廣州 510650)

0 引 言

混凝土為一種多孔材料，在其成型的過程中，由于配比不準(zhǔn)、搗震不均勻、養(yǎng)護不當(dāng)?shù)仍蛉菀资蛊浔砻娈a(chǎn)生微細(xì)裂縫、孔洞等缺陷，這些缺陷會加速混凝土表層的碳化、腐化和風(fēng)化，縮短混凝土的使用壽命，在混凝土表面使用防水涂料是保護混凝土、提高其使用壽命的有效方式。防水涂料可以在混凝土表面形成防水層，阻止水和腐蝕性介質(zhì)的進入。目前用于混凝土的防護涂料主要有聚合物水泥基防水涂料[1-2]、環(huán)氧樹脂防水涂料[3-4]、有機硅防水涂料[5-6]以及無機防水涂料[7-8]等。聚合物水泥基防水涂料作為一種柔性涂料，與混凝土基材的粘接力偏低，耐水浸泡性不佳；環(huán)氧樹脂防水涂料目前市場上主要為糠醛丙酮體系的低黏度滲透型環(huán)氧樹脂涂料，固含量低，有機揮發(fā)物含量高，環(huán)保性差；有機硅防水涂料和無機防水涂料無法在混凝土表面形成致密的防護膜，不能修復(fù)大一點的微細(xì)裂縫和孔洞，防護效果不佳，很容易失效。本研究制備了一種水性環(huán)氧樹脂防水涂料，該涂料不含揮發(fā)性有機溶劑，綠色環(huán)保，涂層力學(xué)性能優(yōu)良，與混凝土基材粘接力強，耐水性優(yōu)良，可有效修復(fù)混凝土表面的微細(xì)裂縫和孔洞。

1 實 驗

1.1 原材料

環(huán)氧樹脂E-51：環(huán)氧值0.51 mol/100 g，工業(yè)級，廣州晟固化工有限公司；聚乙二醇二縮水甘油醚：環(huán)氧值0.36 mol/100 g，工業(yè)級，溫州守誠化工科技有限公司；環(huán)氧稀釋劑AGE：環(huán)氧當(dāng)量285～310，工業(yè)級，巴陵石化有限公司；三乙烯四胺：分析純，天津大茂化學(xué)試劑廠；水泥：32.5 級，佛山捷謙宏建材有限公司；硅微粉：2000 目，東莞玖潤建筑材料有限公司；有機膨潤土觸變劑：工業(yè)級，廣州金圣吉化工有限公司。

1.2 樣品制備

1.2.1 水性固化劑的合成

將E-51 和三乙烯四胺加入帶冷凝回流裝置的四口燒瓶中，水浴加熱至40 ℃反應(yīng)30 min，然后加入聚乙二醇二縮水甘油醚，升溫至60 ℃繼續(xù)反應(yīng)2 h，最后加入去離子水稀釋固化劑，得到水性固化劑，為淡黃色透明液體，固含量30%，活潑氫當(dāng)量220。

1.2.2 水性環(huán)氧樹脂防水涂料的制備

先將 E-51、AGE 和聚乙二醇二縮水甘油醚按 80∶10∶10質(zhì)量比混合均勻得到環(huán)氧樹脂，然后加入由普通硅酸鹽水泥、硅微粉、觸變劑按70∶28∶2質(zhì)量比混合均勻組成的填料，再加入水性固化劑混合均勻，最后加入去離子水混合均勻，得到水性環(huán)氧樹脂防水涂料。

不同填料用量、不同水性固化劑用量及不同固含量的水性環(huán)氧樹脂防水涂料配方見表1～表3。

表1 不同填料用量的水性環(huán)氧樹脂防水涂料配方(質(zhì)量份)

表2 不同水性固化劑用量的水性環(huán)氧樹脂防水涂料配方(質(zhì)量份)

表3 不同固含量的水性環(huán)氧樹脂防水涂料配方(質(zhì)量份)

1.3 性能測試

涂料的初始黏度、固含量、表干時間、實干時間、柔韌性、抗凍性、抗?jié)B壓力、抗腐蝕介質(zhì)性(耐酸、耐堿、耐鹽)、抗沖擊性均參照J(rèn)C/T 2217—2014《環(huán)氧樹脂防水涂料》進行測試，柔韌性測試時將漿液涂覆于馬口鐵板上，厚度為0.2 mm，養(yǎng)護7 d 后將其繞在直徑20 mm 圓柱彎曲，檢查裂紋。

粘接強度：將涂料涂刷在C30 混凝土試塊上，厚度為0.2 mm，養(yǎng)護7d 后參照GB/T 5210—2006《色漆和清漆拉開法附著力試驗》進行測試。

耐水性：將涂料涂刷在C30 混凝土試塊上，厚度為0.2 mm，養(yǎng)護7 d 后將試塊浸沒水中浸泡7 d，然后參照GB/T 5210—2006 進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 填料用量對水性環(huán)氧樹脂防水涂料性能的影響(見表4)

表4 填料用量對水性環(huán)氧樹脂防水涂料性能的影響

由表4 可見，隨著填料用量的增加，涂料的初始黏度和固含量增大；表干和實干時間縮短；分別將樣品1～樣品5 涂于馬口鐵板上測試涂層柔韌性，涂膜柔韌性良好，無開裂、起皮、剝落現(xiàn)象。這是由于涂料中含有柔性分子鏈的聚乙二醇二縮水甘油醚和AGE。

樣品1～樣品5 的填料用量分別為環(huán)氧樹脂質(zhì)量的40%、60%、80%、100%、120%。表5 為室溫養(yǎng)護7 d 和室溫養(yǎng)護7 d+水中浸泡7 d 的涂層與C30 混凝土基材的粘接強度隨著填料用量的變化。粘接強度試驗中，樣品1～樣品4 均為混凝土基材破壞，樣品5 為基材和界面的破壞。在填料用量不超過環(huán)氧樹脂質(zhì)量的100%之前，涂料與混凝土的粘接強度主要取決于混凝土基材自身的強度，都是基材破壞，當(dāng)填料用量達到環(huán)氧樹脂質(zhì)量的120%時(樣品5)時，粘接強度下降，這可能是因為填料用量的增加導(dǎo)致涂料的黏度變得很大，對混凝土表面的浸潤效果變差。涂層在水中浸泡7 d 后略微發(fā)白，從表5 可見，浸水后涂層與混凝土的粘接強度幾乎無變化，說明涂料的耐水性良好。

表5 粘接強度隨著填料用量的變化

2.2 水性固化劑用量對水性環(huán)氧樹脂防水涂料性能的影響(見表6)

表6 水性固化劑用量對水性環(huán)氧樹脂防水涂料性能的影響

由表6 可見，隨著水性固化劑用量的增加，涂料的初始黏度和固含量減小，表干時間先縮短后延長，實干時間逐漸縮短。這是由于水性固化劑本身為一種水溶液，增加水性固化劑的用量，一方面，會加快環(huán)氧樹脂與固化劑的反應(yīng)速度使干燥時間變短；另一方面，會降低涂料的固含量，從而使表干時間變長。分別將樣品6～樣品10 涂于馬口鐵板上測試涂層柔韌性，涂膜柔韌性良好，無開裂、起皮、剝落現(xiàn)象。

樣品 6～樣品 10 的 n(活潑氫)∶n(環(huán)氧基)分別為 0.8∶1.0、0.9∶1.0、1.0∶1.0、1.1∶1.0、1.2∶1.0。表 7 為室溫養(yǎng)護 7 d 和室溫養(yǎng)護7 d+水中浸泡7 d 的涂層與C30 混凝土基材的粘接強度隨著固化劑用量的變化。樣品6～樣品8 都為混凝土基材破壞，樣品9 為基材和界面的破壞，樣品10 為界面的破壞。在固化劑用量不超過n(活潑氫)∶n(環(huán)氧基)=1.0∶1.0 之前，涂料與混凝土的粘接性能優(yōu)良，粘接強度主要取決于混凝土基材自身的強度，都是基材破壞，當(dāng)填料用量超過n(活潑氫)∶n(環(huán)氧基)=1.0∶1.0 后，粘接強度下降，尤其是水中浸泡后的粘接強度下降明顯，說明固化劑過量的情況下涂料的耐水性會明顯下降。觀察涂料泡水后的情況發(fā)現(xiàn)，隨著固化劑用量的增加，浸泡后的涂層發(fā)白越來越明顯，耐水性逐漸下降。

表7 防水涂料粘接強度隨固化劑用量的變化

2.3 固含量對水性環(huán)氧樹脂防水涂料性能的影響(見表8)

表8 固含量對水性環(huán)氧樹脂防水涂料性能的影響

由表8 可見，隨著固含量的增加，涂料的初始黏度增加，在固含量低于60%時，黏度增加緩慢，在固含量超過60%后，黏度快速增加，干燥時間縮短。分別將樣品11～樣品15 涂于馬口鐵板上測試涂層柔韌性，涂膜柔韌性良好，無開裂、起皮、剝落現(xiàn)象。

表9 為室溫養(yǎng)護7 d 和室溫養(yǎng)護7 d+水中浸泡7 d 的涂層與C30 混凝土基材的粘接強度隨著固含量的變化。樣品11～樣品15 均為混凝土基材破壞，固含量的變化對粘接強度和涂層耐水性無明顯影響。

表9 粘接強度隨著固含量的變化

2.4 水性環(huán)氧樹脂防水涂料的性能

經(jīng)過配方優(yōu)化后(樣品13 號配方)的水性環(huán)氧樹脂防水涂料的性能測試結(jié)果見表10，其性能符合JC/T 2217—2014的要求。

表10 水性環(huán)氧樹脂防水涂料的性能

3 結(jié) 論

(1)隨著填料用量的增加，涂料的初始黏度增加，固含量增加，表干和實干時間縮短，在填料用量不超過100%之前，涂料與C30 混凝土的粘接強度主要取決于混凝土基材自身的強度，都是基材破壞，當(dāng)填料用量超過120%后，粘接強度降低。

(2)隨著水性固化劑用量的增加，涂料的初始黏度和固含量減小，表干時間先縮短后延長，實干時間逐漸縮短，在固化劑用量不超過n(活潑氫)∶n(環(huán)氧基)=1.0∶1.0 之前，粘接強度主要取決于C30 混凝土基材自身的強度，當(dāng)填料用量超過n(活潑氫)∶n(環(huán)氧基)=1.0∶1.0 后，粘接強度降低，耐水性下降。

(3)通過改變稀釋劑水的用量可以有效調(diào)節(jié)涂料的固含量和初始黏度，對涂料的性能基本無影響。

(4)樣品13 號配比制備的水性環(huán)氧樹脂防水涂料的性能符合JC/T 2217—2014 的要求。