聚合物水泥防水涂料拉伸性能影响因素分析

聚合物⽔泥防⽔涂料拉伸性能影响因素分析
聚合物⽔泥防⽔涂料拉伸性能影响因素分析
VAE乳液
巴斯夫减⽔剂 Melment F10
摘要：介绍了聚合物⽔泥防⽔涂料的组成及成膜机理。

分析了乳液种类、乳液玻璃化温度、乳液最低成膜温度、液粉⽐、减⽔剂、涂层遍数及养护时间对防⽔涂膜拉伸性能的影响。

关键词：聚合物⽔泥防⽔涂料；液粉⽐；拉伸强度；断裂伸长率
聚合物⽔泥防⽔涂料由有机材料和⽆机材料复合⽽成，兼有柔韧性和刚性的特点。

其对环境⽆污染，防⽔性能较好，越来越受⼈们的重视，是近⼏年来发展较快的⼀种产品，适⽤于屋⾯、厨房、卫⽣间、地下室、⽔池等区域。

与外层⽔泥砂浆及各种粘结材料结合牢固，能在潮湿或⼲燥的多种材质基⾯上直接施⼯，也可根据⼯程需要，可配制成彩⾊涂料，增强建筑物的装饰效果。

1. 聚合物⽔泥基防⽔涂料的组成及成膜机理
聚合物⽔泥防⽔涂料(简称JS防⽔涂料)是由⼀种兼具挥发固化和反应固化双重特点的涂料，通常由⽔泥、填料、添加剂及聚合物乳液复合⽽成，常⽤的填料包括⽯英粉、重钙、硅灰⽯、粉煤灰等。

其成膜机理是在液料和粉料混合搅拌均匀后，聚合物乳液把⽔泥颗粒包裹起来，⼀⽅⾯是乳液中的⼀部分⽔分挥发，使⾼分⼦微粒脱⽔⽽粘接在⼀起，从⽽形成连续的弹性薄膜；另⼀⽅⾯是⽔泥吸收乳液中其余⽔分，发⽣⽔化反应固化，并与有机⾼分⼦聚合物链共同组成互穿⽹络的防⽔涂膜结构，从⽽加快了涂膜固化的速度。

⽔泥是⼀种活性⽐较⼤的材料，耐候、耐⽔性极佳，JS防⽔涂料成型中只有15％左右的⽔泥参与⽔化反应，其余85％的⽔泥没有参与⽔化，仅充当了填料作⽤。

在防⽔涂料中，⽔泥加⼊量不宜过多，否则成型时容易产⽣涂膜开裂现象。

⽯英粉⼀般是经⼈⼯磨碎加⼯⽽成，表⾯粗糙，与⾼分⼦聚合物的粘接⼒较强，可改善涂膜的拉伸性能；重钙是⼀种弱酸性物质，在防⽔涂料成型时起到弱缓冲作⽤，调节pH值，进⽽调节⽔泥⽔化速度，使防⽔涂膜硬度和强度得以提⾼。

2 试验
2．1 原材料与实验仪器
⽩⽔泥：32．5级，北京产；
⽯英粉：200⽬，河北产；
⽯英砂：100⽬；
重钙粉：325⽬，利国伟业产；
⾦属藻类消泡剂：⽇本诺普科；
乳液：市售丙烯酸乳液和VAE乳液；
减⽔剂：MELMENTF10，BASF。

CP⼀25防⽔卷材冲⽚机
CMT4104电⼦万能试验机
海尔卧式低温保存箱
分散搅拌多⽤机。

2．2 试验⽅法
按GB 23445-2009《聚合物⽔泥防⽔涂料》进⾏相关项⽬的测试。

依据GB／T 16777-2008规定，将标准条件下放置的液料和粉料混合均匀，搅拌5min后，开始制模，分2次或3次涂覆，后道涂覆应在前道涂层实⼲后进⾏，在72 h内使试样厚度达到(1．5±0．2)mm，模具可采⽤聚四氟⼄烯或易脱模的基材，试样脱模后在标准条件下养护96 h，然后放⼊(4O⼠2)℃⼲燥箱中处理48 h，取出后置于⼲燥器中2 h，⽤切⽚机冲切试件，待⽤。

3 结果与分析
3．1 乳液对防⽔涂膜性能的影响
3．1．1 乳液的选择(见表1）
由表1可知，市售Ⅲ(VAE乳液)的吸⽔率偏⾼，与⽔泥混合相容性⼀般，所得防⽔涂膜的低温柔韧性⽋佳，易开裂。

这是因为VAE乳液采⽤聚⼄烯醇作为保护体，且单体中有⼀定量醋酸⼄烯，分⼦极性相对较⼤，耐⽔性差，且玻璃化温度较⾼，所以不适宜北⽅地区使⽤，可适⽤于南⽅低温性要求不⾼的地区。

⽽丙烯酸类乳液与⽔泥的相容性优异，分散均匀，流动性好，所以在应⽤⽅⾯有⼀定的优势。

3．1．2 乳液玻璃化温度Tg 的影响
当温度⾼于Tg 时，材料受载时产⽣弹性变形；当温度低于Tg时，材料易产⽣脆性破坏。

热固性聚合物的Tg相对较⾼，弹性体聚合物的Tg 较低，热塑性聚合物居于两者之间。

JS防⽔涂料⼀般选⽤Tg 值在0℃以下的乳液，因为其适于低温下应⽤。

3．1．3 乳液最低成膜温度MFFT的影响
如果⽔泥⽔化温度低于乳液最低成膜温度，所供给的能量不⾜以开始成膜，这时聚合物将以间断的颗粒形式存在于防⽔涂料中。

只有当⽔泥⽔化温度⾼于乳液的最低成膜温度时，乳液才可以形成均匀膜结构分布于⽔化产物之间，才能在有应⼒时起到架桥作⽤，有效吸收和传递能量，从⽽抑制裂缝的形成和扩展。

所以JS防⽔涂料的养护温度要⾼于乳液的最低成膜温度。

3．1．4 乳液⽤量的影响
聚合物乳液是JS防⽔涂料的主要成膜物质，对涂膜的耐⽔性、柔韧性、与基层的粘接性有着直接的影响。

试验中，液料由乳液、⽔、增稠剂组成，m(液料)：m(粉料)=l：l，对⽐3种国产丙烯酸乳液A、丙烯酸乳液B、丙烯酸乳液C，在乳液⽤量分别为70％、80％、90％(相对液料)时对JS防⽔涂料拉伸性能的影响分别见图l、图2。

由图l、图2可见，随乳液⽤量的增⼤，断裂伸长率增加，拉伸强度降低。

综合产品的性价⽐来看，乳液⽤量在80％为宜，既可降低成本，⼜能满⾜性能指标的要求。

3．2 液粉⽐对防⽔涂膜性能的影响
参照GB／T 23445—2009《聚合物⽔泥防⽔涂料》进⾏测试，具体指标见表2，液粉⽐对防⽔涂膜性能的影响见表3。

液粉⽐不仅影响防⽔涂膜的性能，⽽且关系到产品的经济效益。

由表3可知，同⼀配⽅中，随着液粉⽐的增⼤，断裂延伸率增⼤，拉伸强度降低。

这是因为随液粉⽐的增⼤，聚合物的⽐例提⾼，能与⽔泥发⽣⽔化反应的⽔增多，⽔泥⽔化完全。

因此，涂膜拉伸强度提⾼，但同时乳液⽤量增加后，PVC(颜料体积浓度)减少，导致涂膜拉伸强度降低。

从总体趋势来看，涂膜的拉伸强度随液粉⽐的增⼤⽽缓慢降低，断裂延伸率逐渐增⼤。

由表3可知，1 、2 能满⾜JS防⽔涂料I型要求，3 、4 能满⾜JS防⽔涂料Ⅱ型要求，6#、8 满⾜jS防⽔涂料Ⅲ型的指标要求。

GB 23445-2009中规定Ⅲ型JS防⽔涂料的伸长率⼤于30％，拉伸强度⼤于1．8 MPa即可满⾜要求，即要求涂膜偏刚性多⼀点，对柔韧性要求不太⾼，所以在配⽅的设计中，可以考虑做成⼲粉状单组分产品，即⽤胶粉代替乳液，施⼯时直接加⽔搅拌。

⽬前市场已有这⽅⾯的少量应⽤，但还存在着技术上的缺陷，⽐如柔韧性偏低，强度达不到要求，因此还需要进⼀步的实验研究。

3-3 减⽔剂的影响
由表3可知，与5 相⽐，8 与7 相⽐，加⼊减⽔剂后，拉伸强度得到⼀定提⾼，因为在⼲粉较多的配⽅中，不宜加⼊过多的⽔分散，否则会破坏涂膜的性能，⽽减⽔剂的加⼊可以减少⽔泥的⽤量，提⾼涂层的抗渗性。

JS防⽔涂料中多采⽤UNF萘系减⽔剂，它是⼀种阴离⼦表⾯活性剂，即分⼦中具有亲⽔和憎⽔2种基团的化合物，这些物质吸附于⽔泥颗粒表⾯使⽔泥颗粒带电，颗粒间由于带相同电荷⽽相互排斥，⽔泥被分散，呈悬浮状态，从⽽释放出被⽔泥凝聚团中包裹的多余⽔。

3．4 涂层遍数的影响
GB 23445-2009中规定，将搅拌好的试样分2 3次涂覆，⼲膜总厚度达到(1．5±0．2)mm，区间⽐较宽，即1．3—1．7mm 内均可，⽽在实际试验中，分2遍和3遍涂覆可得到不同的结果。

以涂膜厚度均为1．5 mm为例，涂覆2遍的⽆处理涂膜断裂伸长率⽐涂覆3遍的⽆处理涂膜断裂伸长率偏低。

同时对涂膜裁⽚的横截⾯观察，发现涂覆2遍的涂膜截⾯有针孔，⽓泡相对较⼤，但涂层表⾯看起来很密实，涂覆3遍的涂膜截⾯⼏乎⽆针孔，⽓泡很少，涂膜密实。

3．5 养护时间的影响
按照标准规定，养护7 d后即可进⾏性能测试。

延长养护时间进⾏测试发现，14 d测得的断裂延伸率较7 d时有所降低，拉伸强度提⾼。

因为JS防⽔涂料中⽔泥⽔化是⼀个渐进的过程，成膜后涂膜中残存的成膜助剂、增塑剂等助剂随时间的延长⽽缓慢挥发，利于涂膜拉伸强度的提⾼、断裂延伸率降低。

继续延长养护时间，由于⽔泥⼰基本充分⽔，且体系中残存的助剂已基本挥发完，因此，涂膜的拉伸性能趋于平缓，变化不明显。

4 结语
(1)在乳液选择⽅⾯，尽量选择在0℃以下、最低成膜温度低的丙烯酸乳液，既可以提⾼耐⽔性，还可保证防⽔涂膜的柔韧性良好。

VAE乳液推荐⽤于对耐⽔、耐候性、柔韧性要求不太⾼的南⽅区域。

(2)随液粉⽐的提⾼，防⽔涂膜的拉伸强度降低，断裂延伸率上升。

(3)减⽔剂的加⼊，可以提⾼防⽔涂膜的拉伸强度。

(4)建议涂膜成型时，最好分3次涂覆，以尽可能减少⽓泡，提⾼涂膜的密实度，增加测试准确性。

(5)养护时间延长，防⽔涂膜的拉伸强度提⾼，柔韧性降低。

(6)在实际应⽤中，应根据不同需要，选择不同的产品及配⽐，以达到良好的性价⽐。

德国巴斯夫减⽔剂 F10 MELMENT
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