低聚灰比、高性能聚合物水泥防水涂料及其生产工艺

技术领域

本发明涉及一种有机--无机复合防水涂料。

背景技术

目前，防水工程常用的材料有：沥青、油毡、改性沥青卷材和高分子卷材、油膏、聚氨酯涂料等。使用沥青质材料，热施工污染环境，施工麻烦且不安全，沥青易老化，高温易流淌，低温易脆裂，使用寿命很短；卷材在形状复杂部位不宜施工，收边困难，潮湿基面粘接力很差，卷材不透气，构筑物水汽挥发时常造成空鼓，而施工时接缝又很多，只要有一处进水，由于卷材下部空鼓，水路连通，往往会造成大面积渗漏，而且不易找到漏源，很难修复。油膏和聚氨酯涂料也不能在潮湿基面施工，污染环境，耐老化性较差。

聚合物水泥防水涂料(以下简称JS)是近年来开发的一种无毒无害、可湿作业、施工简便的新型绿色环保防水材料，它是以水性聚合物分散体和水泥为主的双组分防水涂料，两组分在现场搅拌成均匀、细腻浆料，涂刷或喷涂于基体表面，固化后可形成柔韧、高强的防水涂膜。这种涂料既有水泥类胶凝材料强度高、易与潮湿基面粘结，又兼有聚合物涂膜弹性大、防水性好的优点，尤其是以水作为载体，克服了沥青、焦油、有机溶剂型防水材料污染环境的弊端。它不仅适用于各种防水工程，还可用于修补工程、界面处理、混凝土防护、装饰、结构密封等。正因为如此，这种材料自问世以来，即得到了迅猛发展和广泛应用。

自95年以来，国内已有多项聚合物水泥防水涂料的技术问世。目前国内各厂生产的JS涂料，使用的聚合物有：丙烯酸酯乳液、VAE(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)、VAE和丙烯酸酯共混乳液等，使用的水泥有：高铝水泥、硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥。由于采用的主辅料和配方、生产方法、施工配比不同，产品的性能、尤其是耐水性、耐久性有很大不同。工程实践及研究测试表明：目前国内普遍生产和使用的JS涂料高弹性产品(液粉比10∶7，聚灰比≥1、甚至超过2，延伸率≥150％)，耐水指标大多不过关；很多产品存在着以下不足：1)耐水性差，吸水率大，长期浸水后明显软化、泡水肿胀、强度下降；2)耐候性差、抗紫外线能力不强，一些产品在屋面暴露两三年后明显发硬、延伸率下降；3)聚合物用量大，成本高，聚灰比高，但弹性并不高。

发明内容

本发明的目的在于研制一种低聚灰比、高弹性、高耐水、高耐侯的聚合物水泥防水涂料。

制备聚合物水泥防水涂料的聚合物种类很多，常用的有丙烯酸酯共聚物、VAE、氯丁胶乳、丁苯胶乳、水性环氧和橡胶沥青等。因丙烯酸酯共聚物弹性好、其结构中存在着-COOR集团，通过交联改性，可使原有线形结构在成膜过程中形成立体网状交织结构，分子键能强，形成的大分子结构不易降解，这样涂膜抗紫外线、耐高温的能力就强，同时也减低了水分子进入高分子链间造成涂膜溶胀的程度，从提高涂膜性能的角度出发，选用交联型的丙烯酸酯共聚物为好。

聚合物水泥复合材料体系可分为两类：一种是非反应型的聚合物，如氯丁胶乳、丁基胶乳、醋酸乙烯共聚乳液等，在复合材料结构中，聚合物成膜覆盖于水泥胶凝体表面或水泥水化物填充于聚合物网络之间，有机物和无机物仅为惰性地、机械式地相互填充；另一种则是反应型的聚合物，有两种反应形式：一是聚合物之间(或与硬化剂)的交联固化反应，从而形成大分子；另一种是聚合物活性基团与水泥水化产物之间发生了化学反应，形成以化学键结合的界面结构，通过界面增强导致材料性能的提高。研究表明：改性丙烯酸共聚乳液可与水泥水化生成的Ca(OH)2发生化学反应，生成以离子键结合的大分子网络交织结构，且随着水化龄期的延长，水化程度越高，这种反应生成物的量就越大。

通常情况下，水泥相对于聚合物来说具有优良的耐水性和耐候性。那么，降低聚合物用量、提高水泥用量，也就是说降低聚灰比，可以在一定程度上改善聚合物水泥防水涂膜的耐水性和耐候性。但问题是，降低聚灰比将会导致断裂延伸率的大幅度下降，而实际工程要求聚合物水泥涂料必须具备良好的弹塑性、延伸率，以适应建筑结构因沉降、位移、干缩、热胀冷缩等造成的变形。

目前聚合物水泥类涂料产品中，高弹型的(断裂伸长率≥200％)JS配比为液料∶粉料＝10∶7，聚合物与水泥的质量比(即聚灰比)一般至少大于1，甚至超过2，这样高的聚合物用量，不但成本高，而且造成一些性能缺陷，如耐水性、抗老化性能差。

本发明所用的丙烯酸酯共聚物本身是一种良好的弹塑性体，但在低聚灰比情况下，靠自身的固有性能，也达不到很高的延伸率，见表1试验结果第1、2组数据。聚合物水泥防水涂料JC/T894-2001(以下简称国标)I型的断裂伸长率指标为≥200％，而单纯使用聚合物(未经改性处理)的第1组，断裂伸长率只有113％。为此，本发明在对聚合物进行交联改性处理之外，在配方设计中还加入柔软剂--烷基酚环氧化碳氢化合物，它可以消弱分子间的次价力，增加分子链运动，降低高分子的结晶性，从而大幅度增加材料的延伸率，降低其硬度。

                               表1    低聚灰比试验结果

由表可见，由于柔软剂的加入，即使是很低的液粉比(10∶15)、聚灰比(0.35-0.7)下，涂膜仍具有很高的弹性，复合使用柔软剂2#+5#效果最佳，第4组室温养护7天断裂伸长率超过400％，按国标的试验方法标养7天+50℃烘干24h则达到了325％。

从聚合物液料∶粉料＝10∶15很容易算出：液粉比0.67、聚粉比0.33、聚灰比0.35-0.7，聚合物占体系总量的20％，以水泥为主的无机物占80％。低聚灰比意味着低的聚合物用量、高的水泥用量，这样，大量的水泥基材料就可以有效地屏蔽紫外线照射和水分的入侵，从而大幅度提高涂膜的耐候性和耐水性。

本发明所述涂料由液料和粉料组成，其施工配合比为液料∶粉料∶水＝10∶15∶0-2其中液料的重量百分比为：

甲基丙烯酸甲酯                  1-10

苯乙烯                          1-10

丙烯酸丁酯                      1-30

丙烯酸                          0.1-1

过硫酸铵                        0.1-1

碳酸氢钠                        0.1-1

非离子乳化剂                    0.375

柔软剂                          0.25

去离子水                        22.55

有机硅改性树脂                  0.5

丙烯酸酯共聚物                  50

其中交联剂为北京诺根公司出产的RY-3交联剂，非离子乳化剂为天津助剂厂出产的

OP-10乳化剂，柔软剂为北京诺根公司出产的NK-2000柔软剂，有机硅改性树脂为北

京澳汉化工公司出产的AHX-308有机硅乳液，丙烯酸酯共聚物为美国联碳公司出产的

CM-201型产品。粉料配方

硅酸盐水泥                      70

粉末消泡剂                      0.5

分散剂                          0.5

防水剂                          1

石英砂                          28

其中硅酸盐水泥为华润水泥厂52.5#水泥，消泡剂为北京澳汉化工公司出产的P803产品，分散剂为北京焦化厂出产的FE分散剂，防水剂为北京汇豪集团出产的HZ-7防水剂。按前述制备工艺制得本发明所述涂料的性能指标见下表：

交联剂                           0.1-0.5

阴离子乳化剂                     0.1-0.5

非离子乳化剂                     0.3-1

柔软剂                           0.1-1

去离子水                         20-30

有机硅改性树脂                   0.1-1

丙烯酸酯共聚物                   20-70

其中所述交联剂为含环氧活性集团的长碳链烷烃与二价金属离子乙酸盐的复合体，阴离

子乳化剂为十二烷基硫酸钠，非离子乳化剂为聚氧化乙烯烷芳基醚，柔软剂为烷基酚环

氧化碳氢化合物，有机硅改性树脂  为聚环氧烷烃-硅氧烷嵌段共聚物

粉料的重量百分比为：

硅酸盐水泥                       50-80

粉末消泡剂                       0.05-1

分散剂                           0.05-1

防水剂                           0.5-2

石英砂                           20-48

其中水泥为42.5#以上标号，可以使用白水泥或彩色水泥，从而形成彩色涂层，消泡剂为液态碳氢化合物及聚乙二醇和非结晶性二氧化硅的混合物，分散剂为萘磺酸盐甲醛缩合物，防水剂为脂肪酸系防水剂，石英砂的粒度为0.1-0.3mm。液料的制备为：

将60％量的去离子水和阴离子乳化剂及非离子乳化剂投入反应釜中，开动搅拌器，升温至60℃，加入20％的混合单体(甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸的混合物)、30％的过硫酸铵及碳酸氢钠水溶液，升温到75℃，当乳液变成微兰后，同时滴加剩余的80％混合单体和70％的过硫酸铵水溶液，维持反应温度75-80℃，滴定2小时完成，再在30分钟内将反应温度升至90-95℃，保持温度30分钟，降至室温。用氨水中和至PH＝7-8，加入交联剂、柔软剂水溶液、有机硅改性树脂、丙烯酸酯共聚物，过滤后即成。粉料的制备为：

先将石英砂、粉末消泡剂、分散剂、防水剂混匀，用球磨机将混匀的物料磨细至200目筛筛余≤5％，再与水泥在混合机中混匀，过0.3mm筛即得粉料。

涂料的制备为：将液料、粉料和水按重量比10∶15∶0-2昆合搅拌(转速300转/分，约5分钟)均匀即成。