纤维类幕墙保温材料用阻燃型防水透气膜的研制

纤维类幕墙保温材料用阻燃型防水透气膜的研制
路国忠;周红;郑学松
【摘要】通过对防水透气剂的研究,并选用不燃的玻璃纤维布作为胎基材料,制备出了防水性能良好且具有阻燃效果的防水透气膜.该阻燃型防水透气膜在14.7 kPa水压作用2h后测试背面无渗漏,水蒸气透过率可达1400 g/(m2·d),防风性能达2400 s/100ml,燃烧性能为A2级.
【期刊名称】《新型建筑材料》
【年(卷),期】2014(041)002
【总页数】5页(P64-67,76)
【关键词】防水透气膜;阻燃;保温材料
【作者】路国忠;周红;郑学松
【作者单位】北京建筑材料科学研究总院有限公司,北京100041;北京建筑材料科学研究总院有限公司,北京100041;北京建筑材料科学研究总院有限公司,北京100041
【正文语种】中文
【中图分类】TU57+2
石膏的用途十分广泛，可用于建筑、化工、医药、食品等多种行业，其最大的应用是作为胶凝材料使用。

石膏胶凝材料具有凝结硬化快、硬化时体积微膨胀、硬化后孔隙率较大，表观密度低、防火性良能好和具有一定的调温调湿作用等优良性能。

但由于石膏硬化时具有较强的吸湿性和吸水性，在潮湿环境中，晶体间的粘结力减
弱，导致强度降低。

处于水中的石膏晶体还因为溶解而引起破坏，在流动的水中破坏更快。

若石膏吸水后受冻，则孔隙中的水分结冰，产生体积膨胀，也会使硬化后的石膏晶体破坏。

因此，石膏的耐水性和抗冻性较差，这一缺点严重制约了石膏的应用泛围。

有机硅憎水剂可以有效地降低石膏的吸水率，提高石膏的耐水性。

目前，市场上的有机硅憎水剂种类很多，在石膏中的应用效果也参差不齐。

本文选用了4种具有代表性的有机硅憎水剂，通过内掺的方法，试验了不同有机硅憎水剂对建筑石膏物理力学性能的影响。

1.1 试验原材料
石膏：重庆壁山县石膏建材有限责任公司生产的普通建筑石膏，其标准稠度需水量60%，pH值=6.9，初凝时间21min，终凝时间24min，绝干抗折强度4.57MPa，绝干抗压强度9.7 MPa，其化学成分见表1。

有机硅憎水剂A：德国Wacker公司生产的SILRES BS 94，有效物含量100%。

有机硅憎水剂B：江西省新余市星泰有机硅有限公司生产的石膏专用防水剂，有效物含量47%。

有机硅憎水剂C：德国Wacker公司生产的SILRES BS 4004，有效物含量54%。

有机硅憎水剂D：绵阳市售有机硅憎水剂，有效物含量100%。

1.2 性能测试方法
标准稠度用水量：参照GB/T17669.4—1999《建筑石膏净
浆物理性能的测定》进行测试。

采用内径为50mm、高为100 mm的不锈钢稠度仪，在上升速度为150m/s时，石膏浆体自由扩展为两垂直方向平均直径为
（180±5）mm时的用水量为标准稠度用水量。

强度及软化系数：参照GB/T17669.3—1999《建筑石膏力学性能的测定》进行测试。

成型40mm×40mm×160mm的石膏试件，在温度为（23±2）℃、湿度为（50±10）%条件下养护7d，在（40±4）℃鼓风干燥箱内烘至恒重，立即进行强
度试验。

软化系数为烘至绝干的试件浸水2h后的强度与绝干强度之比。

吸水率：将养护至龄期的试件在（40±4）℃烘箱内烘干到恒重称量（G1），然后浸入温度为（20±3）℃的水中，水面高于试件上表面25mm，试件相互不紧贴，也不与水槽底部紧贴，浸水2 h后取出，用湿毛巾吸去试件表面的水，称量
（G2），按公式（G2-G1）/G1计算试件的吸水率，精确到0.01%。

2.1 不同有机硅憎水剂对建筑石膏标准稠度用水量的影响
试验研究了4种有机硅憎水剂在0.15%、0.30%、0.45%和0.60%共4个掺量下，对石膏净浆标准稠度用水量的影响，结果如图1所示。

由图1可见，有机硅憎水剂C对建筑石膏的标准稠度用水量影响最为显著，当掺
量为0～0.30%时，每增加0.15%的掺量，标准稠度用水量会增加2.5个百分点，随着掺量的继续增大，增幅逐渐变缓，当掺量为0.60%时，石膏净浆的标准稠度
用水量高达68%，比不掺时增加了8个百分点；有机硅憎水剂D的掺量为0～
0.15%时，对石膏净浆的标准稠度用水量无明显影响，当继续增加掺量时，石膏净浆的标准稠度用水量有少量上升，但掺量增加到0.45%～0.60%时，标准稠度用
水量几乎趋于稳定。

有机硅憎水剂A则在掺量大于0.30%时，对石膏净浆的标准
稠度用水量才有微弱影响，当掺量为0.60%时，标准稠度用水量为61%，仅仅比
不掺时增加1个百分点，在实际应用过程中，几乎可以忽略不计；有机硅憎水剂B 的掺量为0～0.60%时，对石膏标准稠度用水量无明显影响。

由此可看出，有机硅憎水剂的种类和型号，对建筑石膏净浆的标准稠度用水量影响极大。

2.2不同有机硅憎水剂对建筑石膏绝干密度的影响
试验研究了4种有机硅憎水剂在掺量为0.15%、0.30%、0.45%和0.60%共4个
掺量条件下，对建筑石膏绝干密度的影响，结果见图2。

图2表明，掺入有机硅憎水剂后，石膏硬化浆体的绝干密度均有一定变化，随着
掺量的增加，石膏硬化浆体的绝干密度均呈下降趋势。

有机硅憎水剂C对石膏绝
干密度的影响最大，其后依次是有机硅憎水剂D、有机硅憎水剂B、有机硅憎水剂A。

结合图1可以看出，标准稠度用水量和绝干密度几乎呈反比趋势。

标准稠度用水量越大，则绝干密度越低，反之，标准稠度用水量越小，则绝干密度越高。

这是因为石膏浆体凝结硬化的理论需水量为18.6%，在实际生产制作中，为了使石膏
浆体具有一定的流动性或施工性，实际加入的水量要大得多，多余的水分不能参与反应形成结晶水，只能以自由水的形式存在于硬化石膏体内，这些自由水最终变成水蒸气散失到空气中，便会在硬化石膏体内留下微小的孔隙。

用水量越大，硬化石膏体内的孔隙越多，所以绝干密度也就越低[1]。

2.3 不同有机硅憎水剂对建筑石膏绝干抗折、抗压强度的影响
试验研究了4种有机硅憎水剂在0.15%、0.30%、0.45%和0.60%共4个掺量条
件下，对建筑石膏绝干抗折、抗压强度的影响，结果分别见图3、图4。

由图 3可以看出，掺入4种有机硅憎水剂后，石膏的绝干抗折强度均有一定程度
的下降。

掺入有机硅憎水剂A、B和D的石膏绝干抗折强度均下降很少，而掺入
有机硅憎水剂C的石膏绝干抗折强度则下降较多。

图4的结果和图3具有一定的
相似性，掺入有机硅憎水剂C的石膏绝干抗压强度下降最多，其它3种则只有少
许下降。

结合图1、图2可以看出，掺有机硅憎水剂C的石膏浆体标准稠度用水
量最大，硬化后的绝干密度也最低。

由此可以推测，有机硅憎水剂C对石膏抗折、抗压强度影响较大的原因是，掺入有机硅憎水剂C后，石膏的标准稠度用水量增加，导致硬化石膏体内的孔隙增多，从而降低了石膏的强度。

因此，对石膏标准稠度用水量影响最大的有机硅憎水剂对石膏的绝干抗折、抗压强度影响也最大。

2.4不同有机硅憎水剂对石膏吸水率的影响
图5为4种有机硅掺量分别为0、0.15%、0.30%、0.45%和0.60%时，石膏的吸水率变化曲线。

由图5可以看出，掺入有机硅憎水剂后，硬化石膏的吸水率均呈下降趋势，但不
同的有机硅憎水剂，对硬化石膏吸水率的影响差异极大。

有机硅憎水剂A的作用效果极为明显，掺量仅为0.15%时，硬化石膏的吸水率便
从37.8%下降到5.8%，随着掺量的增加，吸水率更小，但降低的幅度减小。

有机硅憎水剂B和D的吸水率变化曲线几乎呈相同趋势，掺量为0～0.30%时，吸水
率从37.8%下降到24.5%左右，当继续增大掺量时，下降幅度则较小。

而有机硅
憎水剂C的吸水率下降幅度最小，几乎可以认为没什么效果。

由此可以得出，有
机硅憎水剂A对石膏吸水率的降低效果最明显。

2.5 不同有机硅憎水剂对石膏软化系数的影响
图6为4种有机硅掺量分别为0、0.15%、0.30%、0.45%和0.60%时，石膏的软化系数变化曲线。

由图6可以明显看出，有机硅憎水剂A可以显著提高石膏的软化系数，而其它3
种有机硅憎水剂，对石膏软化系数的改善并不明显。

结合图5可以得出，吸水率
越高的石膏，软化系数越低；相反吸水率越低的石膏，软化系数越高。

这说明有机硅憎水剂主要是通过降低石膏吸水率的方式来改善石膏的软化系数[2]。

有机硅产品之所以具有憎水性，是因为有机硅高分子以Si—O—Si键为主链结构。

Si—O—Si键的键角大，宏观表现为表面张力低，因此具有很强的疏水性；同时，有机硅高分子的支链上又带有—H、—OR、—OH等亲水性的活性基团，由于Si—O—Si键的键长较长，使得键对侧基（—H、—OR、—OH等）转动的位阻小，亲水性基团可以在Si—O—Si键两侧自由转动。

当这些亲水性的活性基团与
基材表面接触时，会与基材表面的活性基或吸附水产生缩合作用，形成主价键、氢键，或以偶极相互吸引，并牢固地和基材表面结合起来，从而使具有疏水性的非极性有机基团向外排列，形成1层憎水膜。

不同有机硅产品，其有效成分（有机硅高分子聚合物）所含的活性基团则不相同，缩合成硅树脂网络的方式和需要的条件也不相同。

普通的有机硅产品在中性环境中
反应较慢，通常需要碱作催化剂，并且在反应过程中会放出大量的醇。

当温度较高时，这些放出的醇会大量挥发，并带走一部分活性成分，有的甚至会带走大部分活性成分，使有机硅产品的防水作用降低。

而建筑石膏通常呈中性，且在固化过程中会放出大量的热，普通有机硅产品在这类石膏中反应慢，挥发性大，严重影响了有机硅疏水作用的有效发挥，使整体防水性大大下降。

SILRES BS 94的分子中含有大量的Si—H键，该键可与石膏晶体中的结晶水反应，生成硅醇中间产物，进而交联形成聚甲基硅酸吸附在石膏晶体表面，与石膏晶体形成一个整体。

此反应几乎可以与石膏的固化反应同时进行，反应速度快，挥发性小，使有机硅的疏水作用得以良好发挥。

因此，SILRES BS 94对普通建筑石膏具有良
好的整体防水作用，可以有效地降低石膏的吸水率，改善石膏的耐水性。

（1）有机硅憎水剂对建筑石膏的标准稠度用水量影响较大。

一般用水量越大，绝干密度越小，强度越低。

（2）不同有机硅憎水剂对提高建筑石膏的耐水性效果不同，在试验所选有机硅产品中，德国Wacker公司生产的SILRES BS 94防水效果较好，且对石膏的力学性能影响较小。

[1] 曹青，张铬，徐迅.有机硅BS 94对建筑石膏防水性能的影响[J].新型建筑材料，2010（4）：78-80.
[2] 王东，刘凯.有机硅憎水剂对不同石膏性能的影响[J].四川建筑，2013（1）：
14-16.。