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李晴龍[1]，王亞輝2，范少偉2

 (雨中情防水技術集團有限責任公司，陜西 西安，710200；

陜西雨中情防水材料有限責任公司，陜西 西安710000)

摘要：以丁苯乳液為成膜物質，硫酸鋇為主要填料，添加各種助劑，制備了耐水型環保聚合物乳液防水涂料，研究了防水涂料的耐水性能，并與傳統的聚氨酯防水涂料、聚合物乳液防水涂料、聚合物水泥基防水涂料等進行對比。結果表明：該防水涂料綜合性能優異，吸水率低，7 d 吸水率低于 5%，浸水 7 d 抗拉強度保持率、粘結強度保持率均大于 50%，與油性聚氨酯防水涂料性能相近，且無VOC 排放。

 

Study on the application of water-resistant polymer water-proof coating
LI Qinglong1，WANG Yahui2，FAN Shaowei2
（1.Yuzhongqing Waterproof Technology Group Co. Ltd.，Xi'an 710200，China；
2.Shaanxi Yuzhongqing Waterproof Material Co. Ltd.，Xi'an 710000，China）
Abstract：Water-resistant environmentally friendly polymer waterproof coating was prepared by using styrene-butadiene emul－
sion as film former，barium sulfate as the main filler and various additives. The water resistance performance of the waterproof
coating was mainly studied and compared with traditional polyurethane waterproof coatings，polymer emulsion waterproof coatings，polymer cement-based waterproof coatings，etc. The results showed that the waterproof coating has excellent comprehensive perfor－mance，low water absorption and other properties，especially the 7 d water absorption rate is less than 5%，the retention rate of ten－sile strength and bond strength after 7 days of immersion in water are both greater than 50% ，which is comparable to oil-basedpolyurethane waterproof coatings，and has no VOC emission.
Key words：styrene-butadiene emulsion，waterproof coating，water resistance，water absorption

 

0 引 言
防水材料作為建筑工程中不可或缺的組成部分之一，越來越受到重視。其中的防水涂料因其施工便利性、涂層干燥后可形成整體無縫的防水層、適用結構復雜的工程部位等防水卷材無法替代的優勢而占有一定的市場份額。而隨著國家對環保的越加重視， “油改水”亦將成為涂料行業大趨勢，將不斷推動防水涂料向水性化、綠色化、功能多樣化方向發展。
    日前，住建部強制規范《建筑和市政工程防水通用規范》的制訂，提出了防水設計使用年限的規定。其中，聚合物乳液類防水涂料性能指標中已明確提出耐水性要求。 而耐水性作為水性防水涂料的一個重要考察點，一直制約其在防水市場的推廣，主要是存在耐水性差、吸水率高、涂膜浸水后發脹變軟、強度降低等缺陷[1]，尤其在廚浴間、地下室及蓄水池等長期潮濕環境下，可能會導致防水涂層失效。
      目前，提高水性涂料耐水性的一般思路主要有乳液類型選型、疏水性物質改性、交聯改性等。本文嘗試從乳液選型入手，因丁二烯、苯乙烯均為疏水性單體，制得的丁苯乳液為疏水聚合物，有極低的吸水率和水蒸氣透過率，即使浸沒于水中，丁苯乳液也可提供極佳的強度保持率。故以丁苯乳液為主要原料，制備了一種耐水型聚合物乳液防水涂料，該防水涂料區別于傳統的聚合物乳液防水涂料，具有優異的長期浸水強度保持率，可更好的滿足《建筑和市政工程防水通用規范》制
訂后用于室內防水對聚合物乳液防水涂料防水質保期限大大延長背景下的應用需求。

 

1 實 驗
1.1 原材料及儀器設備
丁苯乳液：盛禧奧聚合物有限公司；消泡劑：Foams tar A10，西安捷德貿易有限公司；分散劑：BYK-23160，西安保圣工貿有限公司；增稠劑：RM8W，聚氨酯非離子締合型，廣州恒宇化工有限公司；藍色漿：廣東科迪新材料科技有限公司；硫酸鋇：600 目，陜西商南化工填料有限責任公司。
JJ-1 大功率電動攪拌器，常州國華電器有限公司；101 型電熱鼓風干燥箱，北京科偉永興儀器有限公司；SMT-5000 萬能材料試驗機，揚州市靈頓測試儀器有限公司；FA2004 電子天平，上海舜宇恒平科學儀器有限公司。
1.2 耐水型聚合物乳液防水涂料的制備
按表 1 配方向攪拌釜中依次加入丁苯膠乳、水、分散劑BYK-23160、藍色漿、2/3 消泡劑 Foams tar A10，開啟攪拌，轉速控制在 600～800 r/min，攪拌 10~15 min，充分分散均勻后，調整攪速至 900～1200 r/min，緩慢加入 600 目硫酸鋇粉料，加
料時間控制在 20 min，加完后攪拌 30 min，而后保持攪速為900～1200 r/min，緩慢加入余下的 1/3 消泡劑和增稠劑 RM8W，加完后攪拌 15 min，靜置后過濾放料，即得耐水性聚合物乳液防水涂料。

 

表1耐水型聚合物乳液防水涂料基礎配方（未變化）

Table.1 Basic Formulation of Water-resistant polymer emulsion Water-proofing Coating

序號		原料	質量分數/%
1	丁苯膠乳		40.00~60.00
2	水		2~5
3	BYK-231600		0.30~0.50
4	Foamstar A10		0.50~0.80
5	藍色漿		0.10~0.30
6	600目硫酸鋇		40.00~60.00
7	流變助劑		0.20~0.40

 

1.3 性能測試
防水涂膜制備及力學性能測試參照 GB/T 16777—2008《建筑防水涂料試驗方法》進行。
吸水率的測試：將養護好的涂膜裁成 50 mm×50 mm 的試件，在標準條件下放置 24 h，采用精度為 0.1 mg 的天平稱量，試件質量記為 m1，然后浸入（23±2）℃的水中一定時間后，取出用濾紙迅速吸干表面的水漬，立即稱量，試件質量記為 m2，試件從水中取出到稱量完畢應在 1 min 內完成，計算吸水率，結果取 2 次平行試驗的算術平均值。
水性防水涂料耐水性能：參照 GB/T 35609—2017《綠色產品評價 防水與密封材料》進行測試。將養護結束的防水涂膜浸沒在（23±2）℃的水中，并定期攪拌容器中的水，浸泡（168±2）h 后取出試件，用擰干的濕布擦去表面明水后，放入（23±2）℃，相對濕度（50±10）%環境下 24 h 后，按 JC/T 864—2008《聚合物乳液建筑防水涂料》的規定分別測試浸水前后的拉伸性能、與基層的粘結強度，計算浸水后強度的保持率，拉伸強度和粘結強度分別測試 5 組試樣。對于地下工程用水性涂料，拉伸強度、粘結強度保持率均不小于 80%認為試驗通過；對于室內用水性防水涂料，拉伸強度、粘結強度保持率均不小于 50%認為試驗通過[2]。
2 試驗結果與討論
2.1 浸水時間對不同類型乳液防水涂膜吸水率的影響

作為防水涂料中關鍵成膜物質的乳液，其性能決定著涂料的優劣[3]。目前常用的單組分聚合物乳液建筑防水涂料主要以丙烯酸乳液、VAE 乳液（需額外加少量增塑劑）等各類聚合物乳液為主要原料，加入填料、助劑等制得。因此，本文選擇以上 2 種乳液作為基準乳液與耐水型涂料所用丁苯乳液作為對比進行試驗。3 種類型乳液的基礎性能見表 2。
表 2 3 種類型乳液的基礎性能

序號	類型	固含量（%）	玻璃化溫度（℃）	粘度（mPa·s）	廠家
1	丙烯酸乳液	55~57	-8	＜1500	阿科瑪
2	VAE乳液	54~56	0±2	500~1000	瓦克
3	丁苯乳液	48~50	-8	200	盛禧奧

分別用丙烯酸乳液、VAE 乳液、丁苯乳液參考基礎配方制得聚合物乳液防水涂料。測試 3 類涂膜不同浸水時間的吸水率，結果見表 3。
表 3 浸水時間對不同類型乳液防水涂膜吸水率的影響

項 目		丙烯酸乳液	VAE 乳液	丁苯乳液
吸水率/%	1 d	5.53	7.87	1.42
	7 d	15.89	17.54	4.51
	30d	21.47	24.25	6.91

 

由表 3 可知，采用丁苯乳液制備的聚合物乳液防水涂料較采用丙烯酸乳液及 VAE 乳液的吸水率在浸水 1、7、30 d 時均低，而且 VAE 乳液體系吸水率高于丙烯酸乳液體系。丁苯乳液體系防水涂料的 7 d 吸水率低于 5%，與聚氨酯防水涂料相當。這主要是因為 VAE 乳液體系中的 VAE 乳液采用的保護膠體為聚乙烯醇，含有部分羥基，另外，制備 VAE 乳液的醋酸乙烯、乙烯無交聯性基團，導致吸水率較大；丙烯酸乳液體系中的丙烯酸乳液一般采用陰/非離子型乳化劑，其聚合所用的單體含有可交聯型的基團，其吸水率根據配方設計可調控性大，一般丙烯酸乳液吸水率不大[4]；而丁苯乳液體系中因聚合所用的丁二烯、苯乙烯均為疏水性單體，制得的丁苯乳液為
疏水聚合物，乳液本身表現極低的吸水率，而對單組分聚合物乳液防水涂料而言，乳液作為防水涂料的成膜物質，對涂膜的耐水性，拉伸性能等起著決定性的作用。因此，丁苯乳液體系制得的聚合物乳液防水涂料表現出極低的吸水率。
2.2 丁苯乳液用量對防水涂膜吸水率的的影響
乳液作為防水涂料體系中的主要成膜物質，在水分揮發干燥固化過程中，通過聚合物乳液粒子相互靠近、接觸、擠壓變形而凝集，將顏填料包裹鑲嵌而形成既有柔韌性又有強度的防水涂層。因此，聚合物乳液的種類及用量決定了防水涂料
的性能。本實驗以 600 目硫酸鋇為顏填料，研究了丁苯乳液用量對防水涂膜吸水率的影響，結果見表 4。
表 4 乳液用量對防水涂膜吸水率的影響

 

乳液添加量/%	39	43	47	51	55	60
涂膜7d吸水率/%	5.84	5.03	4.60	4.54	4.55	4.52

 

由表 4 可知，隨著丁苯乳液用量的增大，防水涂膜吸水率呈逐漸降低并趨于穩定的趨勢。這可能是當乳液用量較低時，乳液難以潤濕所有的填料顆粒，填料松散地分散于涂膜中，涂膜存在較多的微觀空隙，導致吸水率較高。隨著乳液用量的增加，乳液可充分潤濕和包裹填料粒子，形成連續致密的涂膜，吸水物質主要來源于聚合物基料，而丁苯乳液由于其結構特殊性，聚合物本身吸水率極低，表現為涂膜的吸水率趨于穩定。
2.3 丁苯乳液用量對涂膜無處理及浸水處理力學性能的影響（見圖 1）

 

圖 1 丁苯乳液用量對涂膜無處理及浸水處理力學性能的影響（從pdf里抓取）

 

從圖 1 可以看出，浸水 7 d 后，隨丁苯乳液用量的增加，防水涂料拉伸強度呈先降低后提高再降低，斷裂伸長率呈增大的趨勢，且拉伸強度保持率大于 50%，符合 GB/T 35609—2017 對室內用水性防水涂料的耐水性能要求。原因是丁二烯、苯乙烯均為疏水性單體，制得的丁苯乳液為疏水聚合物，有極低的吸水率和水蒸氣透過率，即使浸沒于水中，丁苯乳液也可提供極佳的強度保持率，采用丁苯乳液制備的聚合物乳液防水涂料表現優異的拉伸強度保持率；而因 GB/T 35609—2017 中浸水處理后未進行熱養護，僅在標準條件下平衡 24h，其殘留的小分子水會在涂膜中起到內增塑作用，使得涂膜斷裂伸長率呈現增大的趨勢[5]。
2.4 丁苯乳液用量對防水涂膜無處理及浸水處理粘結強度的影響（見表 5）
表 5 乳液用量對防水涂膜浸水前后粘結強度的影響

乳液添加量/%		39	43	47	51	55	60
粘結強度/MPa	無處理	0.75	0.98	1.12	1.05	0.99	0.96
	浸水7d	0.44	0.62	0.71	0.68	0.53	0.54

由表 5 可見，采用丁苯乳液制備的聚合物乳液防水涂料粘結強度均較高，隨著乳液用量的增加，其粘結強度呈現先提高后降低的趨勢，且浸水 7 d 后粘結強度保持率大于50%，符合 GB/T 35609—2017 對室內用水性防水涂料的耐水性能要求。這是因為丁苯乳液中帶苯環，空間位阻效應較明顯，剛性較強，使得粘結強度均較大，隨著乳液用量的增大，乳液可充分潤濕和包裹填料粒子，可更好地滲透至水泥砂漿塊細小毛細孔內，形成連續致密的涂膜，因而附著力更好，表現為粘結強度高，而隨著乳液用量繼續提高，涂膜本身的強度有所下降，表現為粘結強度降低。而制備丁苯乳液的丁二烯、苯乙烯均為疏水性單體，使制得的丁苯乳液為疏水聚合物，有極低的
吸水率和水蒸氣透過率，即使浸沒于水中，丁苯乳液也可提供極佳的強度保持率。
2.5 耐水型聚合物乳液防水涂料與其他涂料性能對比（見表 6）
由表 6 可見，相比現有典型的水性防水涂料，耐水型聚合物乳液防水涂料浸水 7 d 后的吸水率為 4%~5%，溶劑型聚氨酯防水涂料的吸水率為 2%~4%，而其它典型的水性防水涂料吸水率為10%~20%。其 7 d 極低的吸水率與溶劑型聚氨酯防水涂料相當，但其無VOC 排放。而其力學性能相比現有水性防水涂料也有一定的優勢。耐水型聚合物乳液防水涂料的綜合性能優良，具有較好的應用前景。

 

表 6 不同類型防水涂料性能對比（表頭標紅為文字變化）

項目	聚氨酯 防水涂料	JS 防水涂料（I型）	JS 防水涂料（II型）	聚合物乳液 防水涂料	耐水型聚合物乳液 防水涂料
拉伸強度/MPa	2.2~2.6	1.3~1.5	1.8~2.2	1.1~1.2	1.6~2.0
斷裂伸長率/%	530~600	210~220	80~100	400~500	300~400
與水泥基面粘結強度/MPa	1.0~1.3	0.6~0.8	0.7~0.9	無要求	0.9~1.1
7d吸水率/%	2~4	15~20	12~20	10~20	4~5
環保性	溶劑型	水性，可能含氨	水性，可能含氨	水性，可能含氨	水性，零VOC

 

 

2.6 耐水型聚合物乳液防水涂料的綜合性能
參考基礎配方及上述實驗結果可知，隨著乳液用量的增大，因丁苯乳液其結構特殊性，聚合物本身吸水率極低，表現為涂膜的吸水率趨于穩定，而拉伸強度逐漸降低，降低幅度很小，延伸率逐漸增大，成本亦會逐漸增加，結合熱處理（80 ℃，336 h） 的延伸率要求≥200%，綜合考慮成本和熱處理延伸率，故設定乳液用量為 60%，取 m（丁苯乳液）∶m（600 目硫酸鋇）=6∶4 制得耐水型聚合物乳液防水涂料，涂膜的各項性能測試結果見表 7。
表 7 耐水型聚合物乳液防水涂料涂膜性能(和之前表格6沒有變化)

 

序號	名稱		檢測結果
1	固含量，%		67.24
2	干燥時間，h	表干時間	3
		實干時間	5
3	拉伸性能	拉伸強度，MPa	1.98
		斷裂伸長率，%	357.7
4	加熱伸縮率，%	伸長	0.67
		縮短	0.44
5	低溫柔性，繞φ10mm棒彎180°		-10℃，無裂紋
6	不透水性，（0.4MPa，2h）		符合要求
7	撕裂強度		13.76
8	吸水率，%	浸水1天	1.53
		浸水7天	4.29
9	粘結強度，MPa	無處理	0.98
10	熱處理 （80℃，336h）	拉伸強度保持率，%	185
		斷裂延伸率，%	226.1
11	堿處理 （0.1%NaOH+飽和Ca(OH)2溶液，168h）	拉伸強度保持率，%	99
		斷裂延伸率，%	347.9
12	酸處理 （2%H2SO4溶液，168h）	拉伸強度保持率，%	89
		斷裂延伸率，%	288.7
13	耐水性能	拉伸強度，MPa	1.24
		斷裂延伸率，%	594.3
		粘結強度，MPa	0.59

 

 

由表 7 可見，制得的耐水型防水涂料綜合性能較好，除可以滿足 JC/T 864—2008 的要求外，其吸水率有明顯降低。尤其是該涂料浸水7 d 后拉伸強度保持率、粘結強度保持率均大于 50%，符合 GB/T 35609—2017 對室內用水性防水涂料的耐水性能要求。
3 結 論
（1）采用丁苯乳液制得的防水涂料，在吸水率、耐水性能方面表現較優；制得的耐水型防水涂料 7 d 吸水率比其它水性涂料更低，與溶劑型聚氯酯防水涂料較接近，且無 VOC 排放。
（2）以丁苯膠乳為主要成膜物質制得的耐水型聚合物乳液防水涂料，綜合性能較好，其浸水 7 d 后拉伸強度保持率、粘結強度保持率均大于 50%，符合 GB/T 35609—2017 對室內用水性防水涂料的耐水性能要求。
參考文獻：
[1] 劉成樓.提高 JS 防水涂料涂膜耐水性的研究[J]．新型建筑材料，
2007（9）：10-13．
[2] GB/T 35609—2017，綠色產品評價 防水與密封材料[S].
[3] 董建波，劉瑩，高飛，等.金屬屋面丙烯酸防水涂料涂膜吸水率影
響因素的研究[J]．新型建筑材料，2015（11）：79-80．
[4] 賈建軍.不同類型聚合物乳液防水涂料性能研究[J]．新型建筑材
料，2019（5）：116-119．
[5] 韓光，段文峰，王迎春，等.聚合物水泥防水涂料耐水性能的研究
[J]．中國建筑防水，2018（10）：4-9．

作者簡介：李晴龍，1989年生，男，中級工程師，研發工程師，主要從事防水涂料制備及應用研究。