耐水型聚合物乳液防水涂料应用研究

李晴龙，王亚辉，范少伟

(1.雨中情防水技术集团股份有限公司，陕西 西安 710200；2.陕西雨中情防水材料有限责任公司，陕西 西安 710000)

0 引 言

防水材料作为建筑工程中不可或缺的组成部分之一，越来越受到重视。其中的防水涂料因其施工便利性、涂层干燥后可形成整体无缝的防水层、适用结构复杂的工程部位等防水卷材无法替代的优势而占有一定的市场份额。而随着国家对环保的越加重视，“油改水”亦将成为涂料行业大趋势，将不断推动防水涂料向水性化、绿色化、功能多样化方向发展。

日前，住建部强制规范《建筑和市政工程防水通用规范》的制订，提出了防水设计使用年限的规定。其中，聚合物乳液类防水涂料性能指标中已明确提出耐水性要求。 而耐水性作为水性防水涂料的一个重要考察点，一直制约其在防水市场的推广，主要是存在耐水性差、吸水率高、涂膜浸水后发胀变软、强度降低等缺陷[1]，尤其在厨浴间、地下室及蓄水池等长期潮湿环境下，可能会导致防水涂层失效。

目前，提高水性涂料耐水性的一般思路主要有乳液类型选型、疏水性物质改性、交联改性等。本文尝试从乳液选型入手，因丁二烯、苯乙烯均为疏水性单体，制得的丁苯乳液为疏水聚合物，有极低的吸水率和水蒸气透过率，即使浸没于水中，丁苯乳液也可提供极佳的强度保持率。故以丁苯乳液为主要原料，制备了一种耐水型聚合物乳液防水涂料，该防水涂料区别于传统的聚合物乳液防水涂料，具有优异的长期浸水强度保持率，可更好的满足《建筑和市政工程防水通用规范》制订后用于室内防水对聚合物乳液防水涂料防水质保期限大大延长背景下的应用需求。

1 实 验

1.1 原材料及仪器设备

丁苯乳液：盛禧奥聚合物有限公司；消泡剂：Foams tar A10，西安捷德贸易有限公司；分散剂：BYK-23160，西安保圣工贸有限公司；增稠剂：RM8W，聚氨酯非离子缔合型，广州恒宇化工有限公司；蓝色浆：广东科迪新材料科技有限公司；硫酸钡：600 目，陕西商南化工填料有限责任公司。

JJ-1 大功率电动搅拌器，常州国华电器有限公司；101 型电热鼓风干燥箱，北京科伟永兴仪器有限公司；SMT-5000 万能材料试验机，扬州市灵顿测试仪器有限公司；FA2004 电子天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司。

1.2 耐水型聚合物乳液防水涂料的制备

按表1 配方向搅拌釜中依次加入丁苯胶乳、水、分散剂BYK-23160、蓝色浆、2/3 消泡剂 Foams tar A10，开启搅拌，转速控制在600～800 r/min，搅拌10～15 min，充分分散均匀后，调整搅速至900～1200 r/min，缓慢加入600 目硫酸钡粉料，加料时间控制在20 min，加完后搅拌30 min，而后保持搅速为900～1200 r/min，缓慢加入余下的1/3 消泡剂和增稠剂RM8W，加完后搅拌15 min，静置后过滤放料，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础配方

1.3 性能测试

防水涂膜制备及力学性能测试参照GB/T 16777—2008《建筑防水涂料试验方法》进行。

吸水率的测试：将养护好的涂膜裁成50 mm×50 mm 的试件，在标准条件下放置24 h，采用精度为0.1 mg 的天平称量，试件质量记为m1，然后浸入(23±2)℃的水中一定时间后，取出用滤纸迅速吸干表面的水渍，立即称量，试件质量记为m2，试件从水中取出到称量完毕应在1 min 内完成，计算吸水率，结果取2 次平行试验的算术平均值。

水性防水涂料耐水性能：参照GB/T 35609—2017《绿色产品评价 防水与密封材料》进行测试。将养护结束的防水涂膜浸没在(23±2)℃的水中，并定期搅拌容器中的水，浸泡(168±2)h 后取出试件，用拧干的湿布擦去表面明水后，放入(23±2)℃，相对湿度(50±10)%环境下 24 h 后，按 JC/T 864—2008《聚合物乳液建筑防水涂料》的规定分别测试浸水前后的拉伸性能、与基层的粘结强度，计算浸水后强度的保持率，拉伸强度和粘结强度分别测试5 组试样。对于地下工程用水性涂料，拉伸强度、粘结强度保持率均不小于80%认为试验通过；对于室内用水性防水涂料，拉伸强度、粘结强度保持率均不小于50%认为试验通过[2]。

2 试验结果与讨论

2.1 浸水时间对不同类型乳液防水涂膜吸水率的影响

作为防水涂料中关键成膜物质的乳液，其性能决定着涂料的优劣[3]。目前常用的单组分聚合物乳液建筑防水涂料主要以丙烯酸乳液、VAE 乳液(需额外加少量增塑剂)等各类聚合物乳液为主要原料，加入填料、助剂等制得。因此，本文选择以上2 种乳液作为基准乳液与耐水型涂料所用丁苯乳液作为对比进行试验。3 种类型乳液的基础性能见表2。

表2 3 种类型乳液的基础性能

分别用丙烯酸乳液、VAE 乳液、丁苯乳液参考基础配方制得聚合物乳液防水涂料。测试3 类涂膜不同浸水时间的吸水率，结果见表3。

表3 浸水时间对不同类型乳液防水涂膜吸水率的影响

由表3 可知，采用丁苯乳液制备的聚合物乳液防水涂料较采用丙烯酸乳液及VAE 乳液的吸水率在浸水1、7、30 d 时均低，而且VAE 乳液体系吸水率高于丙烯酸乳液体系。丁苯乳液体系防水涂料的7 d 吸水率低于5%，与聚氨酯防水涂料相当。这主要是因为VAE 乳液体系中的VAE 乳液采用的保护胶体为聚乙烯醇，含有部分羟基，另外，制备VAE 乳液的醋酸乙烯、乙烯无交联性基团，导致吸水率较大；丙烯酸乳液体系中的丙烯酸乳液一般采用阴/非离子型乳化剂，其聚合所用的单体含有可交联型的基团，其吸水率根据配方设计可调控性大，一般丙烯酸乳液吸水率不大[4]；而丁苯乳液体系中因聚合所用的丁二烯、苯乙烯均为疏水性单体，制得的丁苯乳液为疏水聚合物，乳液本身表现极低的吸水率，而对单组分聚合物乳液防水涂料而言，乳液作为防水涂料的成膜物质，对涂膜的耐水性，拉伸性能等起着决定性的作用。因此，丁苯乳液体系制得的聚合物乳液防水涂料表现出极低的吸水率。

2.2 丁苯乳液用量对防水涂膜吸水率的的影响

乳液作为防水涂料体系中的主要成膜物质，在水分挥发干燥固化过程中，通过聚合物乳液粒子相互靠近、接触、挤压变形而凝集，将颜填料包裹镶嵌而形成既有柔韧性又有强度的防水涂层。因此，聚合物乳液的种类及用量决定了防水涂料的性能。本实验以600 目硫酸钡为颜填料，研究了丁苯乳液用量对防水涂膜吸水率的影响，结果见表4。

表4 乳液用量对防水涂膜吸水率的影响

由表4 可知，随着丁苯乳液用量的增大，防水涂膜吸水率呈逐渐降低并趋于稳定的趋势。这可能是当乳液用量较低时，乳液难以润湿所有的填料颗粒，填料松散地分散于涂膜中，涂膜存在较多的微观空隙，导致吸水率较高。随着乳液用量的增加，乳液可充分润湿和包裹填料粒子，形成连续致密的涂膜，吸水物质主要来源于聚合物基料，而丁苯乳液由于其结构特殊性，聚合物本身吸水率极低，表现为涂膜的吸水率趋于稳定。

2.3 丁苯乳液用量对涂膜无处理及浸水处理力学性能的影响(见图1)

图1 丁苯乳液用量对涂膜无处理及浸水处理力学性能的影响

从图1 可以看出，浸水7 d 后，随丁苯乳液用量的增加，防水涂料拉伸强度呈先降低后提高再降低，断裂伸长率呈增大的趋势，且拉伸强度保持率大于50%，符合GB/T 35609—2017 对室内用水性防水涂料的耐水性能要求。原因是丁二烯、苯乙烯均为疏水性单体，制得的丁苯乳液为疏水聚合物，有极低的吸水率和水蒸气透过率，即使浸没于水中，丁苯乳液也可提供极佳的强度保持率，采用丁苯乳液制备的聚合物乳液防水涂料表现优异的拉伸强度保持率；而因GB/T 35609—2017 中浸水处理后未进行热养护，仅在标准条件下平衡24 h，其残留的小分子水会在涂膜中起到内增塑作用，使得涂膜断裂伸长率呈现增大的趋势[5]。

2.4 丁苯乳液用量对防水涂膜无处理及浸水处理粘结强度的影响(见表5)

表5 乳液用量对防水涂膜浸水前后粘结强度的影响

由表5 可见，采用丁苯乳液制备的聚合物乳液防水涂料粘结强度均较高，随着乳液用量的增加，其粘结强度呈现先提高后降低的趋势，且浸水7 d 后粘结强度保持率大于50%，符合GB/T 35609—2017 对室内用水性防水涂料的耐水性能要求。这是因为丁苯乳液中带苯环，空间位阻效应较明显，刚性较强，使得粘结强度均较大，随着乳液用量的增大，乳液可充分润湿和包裹填料粒子，可更好地渗透至水泥砂浆块细小毛细孔内，形成连续致密的涂膜，因而附着力更好，表现为粘结强度高，而随着乳液用量继续提高，涂膜本身的强度有所下降，表现为粘结强度降低。而制备丁苯乳液的丁二烯、苯乙烯均为疏水性单体，使制得的丁苯乳液为疏水聚合物，有极低的吸水率和水蒸气透过率，即使浸没于水中，丁苯乳液也可提供极佳的强度保持率。

2.5 耐水型聚合物乳液防水涂料与其他涂料性能对比(见表6)

由表6 可见，相比现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 后的吸水率为4%～5%，溶剂型聚氨酯防水涂料的吸水率为2%～4%，而其它典型的水性防水涂料吸水率为10%～20%。其7 d 极低的吸水率与溶剂型聚氨酯防水涂料相当，但其无VOC 排放。而其力学性能相比现有水性防水涂料也有一定的优势。耐水型聚合物乳液防水涂料的综合性能优良，具有较好的应用前景。

2.6 耐水型聚合物乳液防水涂料的综合性能

参考基础配方及上述实验结果可知，随着乳液用量的增大，因丁苯乳液其结构特殊性，聚合物本身吸水率极低，表现为涂膜的吸水率趋于稳定，而拉伸强度逐渐降低，降低幅度很小，延伸率逐渐增大，成本亦会逐渐增加，结合热处理(80 ℃，336 h)的延伸率要求≥200%，综合考虑成本和热处理延伸率，故设定乳液用量为60%，取m(丁苯乳液)∶m(600 目硫酸钡)=6∶4 制得耐水型聚合物乳液防水涂料，涂膜的各项性能测试结果见表7。

表6 不同类型防水涂料性能对比

表7 耐水型聚合物乳液防水涂料涂膜性能

由表7 可见，制得的耐水型防水涂料综合性能较好，除可以满足JC/T 864—2008 的要求外，其吸水率有明显降低。尤其是该涂料浸水7 d 后拉伸强度保持率、粘结强度保持率均大于50%，符合GB/T 35609—2017 对室内用水性防水涂料的耐水性能要求。

3 结 论

(1)采用丁苯乳液制得的防水涂料，在吸水率、耐水性能方面表现较优；制得的耐水型防水涂料7 d 吸水率比其它水性涂料更低，与溶剂型聚氯酯防水涂料较接近，且无VOC 排放。

(2)以丁苯胶乳为主要成膜物质制得的耐水型聚合物乳液防水涂料，综合性能较好，其浸水7 d 后拉伸强度保持率、粘结强度保持率均大于50%，符合GB/T 35609—2017 对室内用水性防水涂料的耐水性能要求。