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聚合物水泥防水涂料的制备及其性能的研究


第 26 卷 第 4 期 2008 年 07 月

佳 木 斯 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) Journal of Jiamusi University ( Natural Science Edition)

Vol. 26 No. 4 July 2008

文章编号: 1008- 1402( 2008)

04- 0482- 04

聚合物水泥防水涂料的制备及其性能的研究
钱明光 ,
远 156500) 1

?

刘翠娟 ,

2

郝吉武 ,

3

杨治伟 ,

2

慎爱民

2

( 1. 抚远县志诚监理有限责任公司, 黑龙江 抚远 156500; 2. 佳木斯大学, 黑龙江 佳木斯 154007; 3. 抚远县 宏盛建筑工程有 限公司, 黑龙江 抚

摘 要: 以单体丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯以及功能性单体丙烯酸、 丙烯酸羟乙酯为原料, 以非离子乳化剂和阴离子乳化剂的复合乳化剂为乳化体系, 通过控制聚合物乳液玻璃化温度合 成丙烯酸乳液, 与水泥复配制备出性能优良的聚合物水泥防水涂料. 并研究了液粉比对聚合物水 泥防水涂料的拉伸性能和低温柔性等的影响. 关键词: 聚合物; 丙烯酸酯乳液; 水泥; 防水涂料 + 中图分类号: TU56 1. 65; TQ630. 7 文献标识码: A

0





1. 1 仪

器 上海佛卢克流体机 深圳新三 英国

聚合物水泥防水涂料是防水涂料的一个大类, 它属于有机和无机的复合材料, 是一种有机的聚合 物乳液和无机的水泥相互结合而成的复合防水涂 [ 1] 料 . 是一种液料( 聚合物乳液与添加剂) 、 粉料( 水 泥、 无机填料以及助剂) 双组分水性防水涂料, 是中 国建设部重点推荐的防水材料之一, 属国家大力提 倡的绿色环保型产品. 它以其高强柔性, 粘结力强, 抗冻融, 耐高温, 耐腐蚀, 冷施工, 可湿作业, 施工简 单, 无毒无害, 绿色环保等特长
[ 2]

乳化分散机 FM200 型 械制造有限公司 力学性能试验机 思技术有限公司 力度 测 定 仪 Malvem 公司 旋转粘度计 电动搅拌器

CMT - 5150 型

Zetasize Nano ZS 型 NDJ- 7 型 JJ- 1 型

上海天平仪器厂 江苏国华仪器厂

而得到了迅速的

发展, 成为近几年来防水涂料发展的热点之一.

1. 2 原料、 试剂及药品

1

试验部分
表1
原料名称 水 丙烯酸丁酯 甲基丙烯酸甲酯 丙烯酸 丙烯酸羟乙酯 三乙胺醇 规格 去离子 工业品 工业品 化学纯 工业品 化学纯

合成丙烯酸酯的原料及配比
原料名称 十二烷基硫酸钠( DSB) OP- 10 平平加 O- 15 过硫酸铵 碳酸氢钠 规格 分析纯 工业品 工业品 分析纯 化学纯 质量比例范围( g) 3~ 8 5~ 15 5~ 15 1~ 5 5~ 10

质量比例范围( g) 400~ 800 400~ 800 150~ 250 1~ 20 1~ 20 适量

1. 3

试验步骤

根据表 1 配比, 取一定量的去离子水加入非离 子型乳化剂和阴离子型乳化剂, 用电动搅拌器搅拌 5min, 边搅拌边加入单体丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸

1. 3. 1 丙烯酸酯乳液的合成

?

收稿日期: 2008- 05- 12 作者简介: 钱明光( 1979- ) , 男, 黑龙江抚远人, 抚远县志诚监理有限责任公司助理工程师.

第4 期

钱明光, 等: 聚合物水泥防水涂料的制备及其性能的研究

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甲酯, 乳化搅拌 15min~ 20min, 再加入功能单体丙 烯酸、 丙烯酸羟乙酯等搅拌 5min 以后加入一定量 的碳酸氢钠, 搅拌均匀后备用. 1. 3. 2 聚丙烯酸酯乳液的合成 取上述乳液 总量的 1 4 加入 四口反 应烧瓶 中, 搅 P 拌、 加热升温, 当温度升到 60 e 左右时取引发剂总 量的 3 4 投入四口瓶中( 剩余 1 4 的引发剂加入到 P P 剩余的 3P 的乳液中) , 继续升温, 当温度升至 70 e 4 表2
原料名称 丙烯酸酯乳液 分散剂 消泡剂 成膜助剂 质量比例范围( g) 400~ 800 400~ 800 150~ 250 1~ 20

左右时反应液开始渐渐泛蓝, 经过 20min 左右的诱 导期, 反应液温度开始迅速上升, 当温度升到最高 温度 95 e 时开始回降. 此时控制滴加速率, 缓慢的 滴加剩余 3P 的乳 液单体, 并控 制反应 液温度 在 4 80 e , 在 4h~ 5h 滴加完毕. 滴加完毕后升温到 90 e 并补加适 量引发 剂继续 反应 50min, 使 其反应 完 全. 冷却, 用筛网过滤出料, 得到白色乳液, 用三乙 胺醇调节 pH 至 6. 5~ 7. 5, 摇匀备用.
原料名称 白水泥 轻质碳酸钙 滑石粉 大白粉 质量比例范围( g) 1~ 20 3~ 8 5~ 15 5~ 10

制备聚合物水泥防水涂料所需的原料及配比

表3
测试项目 固含量( % ) 黏度( mPa#s) pH 值 玻璃化温度( TgPe ) 乳液粒子平均粒径( nm)

聚丙烯酸酯乳液的性能测试
测试结果 43. 42 47. 25 6. 5~ 7. 5 - 17. 8 121. 34 测试项目 乳液外观 稀释稳定性 机械稳定性 离子稳定性 冻融稳定性 测试结果 荧光充足的半透明 通过 通过 通过 通过

表4

聚合物水泥防水涂料的防水性能测试
测试结果 测试项目 JC 894 ) 2001 P [ [ \ \ \ \ \ \ 4 8 1. 2 80 70 200 75 70 - 10e 无裂纹 不透水 \ 0. 5 实测值 3h45min 7h40min 2. 1 85 92 268 88 96 - 10 e 无裂纹 不透水 1. 25

干燥时间

表干燥时间 实干燥时间

拉伸强度

无处理( MPa) 热处理后保持率( % ) 碱处理后保持率( % )

断裂伸长率

无处理( % ) 热处理后保持率( % ) 碱处理后保持率( % ) 低温柔性( U10mm 棒) 不透水性( 0. 3 M pa, 30min) 潮湿基面黏结强度( M pa)

1. 3. 3 聚合物水泥防水涂料的制备 用制备好的丙烯酸酯乳液, 根据表 2 配比加入 分散剂、 消泡剂、 成膜助剂、 增塑剂及其他助剂, 混 合均匀成为液料备用; 用白水泥和轻质碳酸钙、 滑 石粉、 大白粉等填 料按比例混合均 匀成为粉料备 用. 将液料和粉料按不同的液粉比混合, 在自制的 模具中分三次涂敷成厚度为 1. 5 mm 左右的涂层,

在室温条件下养护 1 周. 1. 3. 4 聚合物水泥防水涂料的防水性能测试 对产物的耐水性、 不透水性、 潮湿基面黏结强 度等防水性能进行测试.

2 结果与分析

484 2. 1

佳 木 斯 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 )

2008 年

聚丙烯酸酯乳液的性能测试结果 聚丙烯酸酯乳液的性能测试结果见表 3

与水泥的质量比) 固定时, 通过涂膜低温柔性的变化 来确定适宜的乳液玻璃化温度. 不同玻璃化温度乳 液的聚合物水泥防水涂料的对比试验结果见表 5. 考虑到聚合物水泥防水涂料必须具备良好的 弹塑性、 延伸率, 来抵抗建筑结构因沉降、 位移、 干 缩、 热胀冷缩等造成的变形, 聚合物水泥防水涂料 的聚合物乳液的较佳玻璃化温度应选取- 20 e ~ - 15 e . 2. 4 丙烯酸乳液乳化剂的确定 采用了十 二烷基苯磺酸钠( DSB) 为 阴离子乳 化剂、 烷基酚聚氧乙烯醚 ( OP - 10) 和平平加为非 离子乳化剂, 将合成的乳液按照相同的液粉比与水 泥复配, 进行性能对比, 结果见表 6.

2. 2

聚合物水泥防水涂料的防水性能测试结果 聚合物水泥防水涂料的防水性能测试结果见

表 4. 2. 3 丙烯酸乳液玻璃化温度的确定

在聚合物水泥防水涂料中, 由于水泥是一种刚 性极强、 硬度极高的无机胶凝材料, 而聚合物乳液 是弹性体, 而且乳液胶膜的弹性随着玻璃化温度的 降低而增大, 因此, 当在乳液中加入水泥后必然会 导致防水涂料涂膜低温柔性的下降, 并且低温柔性 下降的程度与水泥的加入量有关. 当液粉比( 乳液

表 5 不同玻璃化温度乳液的聚合物水泥防水涂料的性能
玻璃化温度( e ) 温度( e ) 低温柔性 拉伸强度( MPa) 断裂伸长率( % ) - 40 - 25 无裂纹 0. 8 420 - 30 - 20 无裂纹 1. 2 380 - 25 - 18 无裂纹 1. 6 350 - 20 - 15 无裂纹 2. 0 320 - 15 - 10 无裂纹 2. 4 390

表 6 不同的乳化剂配比合成乳液与水泥复配的性能对比
m( OP- 10) : m( 平平加) : m( DSB) 固含量( % ) 黏度( mPa#s) pH 值 乳液外观 稀释稳定性 机械稳定性 离子稳定性 冻融稳定性 与水泥复配的稳定性 与水泥复配分散的均匀性 2: 3: 5 44. 69 45. 92 6. 5~ 7. 5 荧光充足的半透明 通过 通过 通过 通过 凝胶破乳 不均匀 3: 2: 3 44. 13 46. 88 6. 5~ 7. 5 荧光充足的半透明 通过 通过 通过 通过 凝胶破乳 不均匀 3: 3: 2 43. 56 47. 18 6. 5~ 7. 5 荧光充足的半透明 通过 通过 通过 通过 稳定 均匀有少量颗粒沉淀 5: 3: 2 43. 42 47. 25 6. 5~ 7. 5 荧光充足的半透明 通过 通过 通过 通过 稳定 均匀

由 表 4 可 知, 当 m( OP - 10) : m ( 平 平加) : m ( DSB) = 5B3B2 时, 合成的聚合物乳液与水泥的复 配性最佳. 2. 5 液粉比对聚合物水泥防水涂料防水性能的影响 ( 1) 液粉比对聚合物水泥防水涂料低温柔性的 影响( 见图 1) 聚合物水泥防水涂料的低温柔性主要由聚合 物的玻璃化温度来确定. 从图 1 的曲线形状可以看

出, 随着液粉比的逐渐增大, 聚合物水泥防水涂料 的低温柔性也逐渐增加. 当液粉比为 2. 5 时, 聚合 物水泥防水涂料的低温柔性最佳, 可达到- 25 e . ( 2) 液粉比对聚合物水泥防水涂料拉伸强度的 影响( 见图 2) 从图 2 可以看出, 聚合物水泥防水涂料的拉伸 强度随着液粉比的增加而降低. 在相同条件下, 液 粉比在 1. 2~ 1. 6 时试样的拉伸强度随着液粉比的 增加而减小, 但变化不大. 而当液粉比在 1. 66~ 2.

第4 期

钱明光, 等: 聚合物水泥防水涂料的制备及其性能的研究

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50 时, 拉伸强度降低明显. ( 3) 液粉比对聚合物水泥防水涂料断裂伸长率 的影响( 见图 3)

随着液粉比的不断增加, 聚合物乳液在体系中的含 量增加, 聚合物逐渐成为主要组分, 而水泥为次要 或改性成分. 从微观上看, 在高液粉比的体系中, 水 泥胶体链已很不完整, 聚合物的柔性链部分完全包 裹住了水泥胶体颗粒. 聚合物的柔性链起抵抗外界 应力的主导作用 . 从图 3 可以看出, 聚合物水泥 防水涂料的断裂延伸率随液粉比的增加而增大.
[ 3]

3 结



( 1) 采用单体丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯以 及功能单体丙烯酸、 丙烯酸羟乙酯, 以十二烷基硫 酸钠、 OP- 10 和平平加的复合乳化剂为乳化体系, 通过控制聚合物乳液玻璃化温度合成的丙烯酸乳 液与水泥复合配比后, 可以制备出性能优良的聚合 物水泥防水涂料. ( 2) 通过试验可知: 液粉比对聚合物水泥防水 涂料的拉伸性能和低温柔性产生影响. 随着液粉比 的增加, 产物的拉伸强度下降, 断裂延伸率增加, 低 温柔性也增加. 参考文献:
[ 1] 郑高锋, 郑水蓉, 南博华. 聚合物水泥基 复合防水涂料 的研究 进展[ J] . 涂料工业, 2005, ( 12) : 29- 31. [ 2] J. W. Kim, A primary study for the durable preeast and prestressed doubletee conerete parking slab ( in Korean ) [ J ] . J. Korea Coner. Inst . 1997, 9( 3) : 63- 70. [ 3] 杨永锋. 也谈聚合物- 水泥基复合防 水材料的刚性- 柔性突 变[ J] . 中国建筑防水, 2000, ( 4) : 14- 15.

断裂延伸率是聚合物水泥防水涂料刚柔性能 的宏观体现. 聚合物水泥防水涂料的柔性随聚合物 加入量的增加而提高. 在聚合物水泥防水涂料中,

Preparation and Properties of Polymer- cement Waterproof Coatings
QIAN Ming - guang ,
1

LI U Cui - juan ,

2

HAO Ji - wu ,

3

YANG Zhi - wei ,

2

SHEN Ai - min

2

( 1. Zhicheng Supervision Limited Liabili ty Company in Fuyuan, Fuyuan 156500, China; 2. Jiamusi University, Jiamusi 154007, China; 3. Hongsheng Construction Project Company in Fuyuan, Fuyuan 156500, China )

Abstract:

Adopting control the verification point of polymer latex , acrylate emulsion was prepared taking butyl

acrylate, methyl methacrylate, functional monomer acrylate and hydroxyl ethyl acrylate as raw materal, mixed emulsifi er of nonionic emulsifier and anionic emulsifier as emulsification system. Polymer- cement waterproof coat ing with ex cellent performance has been produced with prepared acrylate emulsion and cement. The influence of liquorP powder ra tio on tensile property and low temper- ature flexibility of polymer- cement waterproof coating were studied. Key words: polymer; acrylate latex; cement; waterproof coating


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