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建筑防水涂料的研究现状与发展方向

摘 要:综述了近年来防水涂料的发展,重点介绍了聚氨酯防水涂料、聚合物乳液防水涂料、渗透结晶型防水涂料、聚脲弹性防水涂料的特性以及其最新研究现状,并对防水涂料提出高固体化、高节能化、高性能和高复合化发展方向。

关键词:防水涂料;研究;发展

1. 引言

随着科技的不断创新发展和绿色生态理念的不断深入民心,人们对环境、健康的要求逐步提高,对建筑防水材料的要求也越来越环保化、科技化、功能化。在我国,从上世纪60年代开始,以石油沥青、煤焦油或化工厂的下脚料(如苯乙烯焦油等)为主要原料,加工生产的乳化沥青等防水涂料,到聚醚型聚氨酯、焦油聚氨酯等防水涂料,由于其质量差、防水层使用年限短和对环境污染大等缺点[1],已远远满足不了市场的要求,逐渐被溶剂型和水乳型氯丁橡胶改性沥青防水涂料[2]、各种聚合物改性沥青防水涂料、聚合物水泥防水涂料、各种无机防水涂料等取代,建筑防水涂料正朝着绿色环保、节能精细、功能复合的方向发展。

2. 防水涂料研究现状

2.1. 聚氨酯防水涂料

20世纪70年代,我国开始研究聚氨酯类防水涂料,从污染型的焦油聚氨酯到现在的丙烯酸改性、环氧树脂改性等多种类型,聚氨酯类防水涂料正在从传统的油溶性向水性转变。在这个转变过程中,人们通常采用丙烯酸和环氧树脂对其改性复合,以引入亲水性基团来解决耐水性差的问题,同时提高整个产品的拉伸强度、耐溶剂性、耐热性等力学性能。

孙学武等[3]用辐射法制备了水性聚氨酯丙烯酸酯复合乳液,研究发现辐射法相对传统的化学法合成的乳液其拉伸强度提高了20%,吸水率下降了25 %,这为制备聚氨酯丙烯酸酯(PUA)复合乳液提供了新的思路。冯涛等[4]主要研究了古马隆对聚氨酯涂膜的影响。液体古马隆可以降低涂膜的黏度且提高粘结性能和涂膜的拉伸性能,通过不同配比试验,确定古马隆的用量为固化组份的20 %-  40 %。涂膜的性能可达到拉伸强度2.5 MPa,断裂伸长率700 %。Saha. S等[5]通过向丙烯酸聚氨酯防水涂料中添加无机抗紫外线吸收剂(纳米微氧化钛和氧化锌纳米)和天然抗紫外线吸收剂(树皮的提取物),研究涂膜变黄老化问题,发现具有一定的抗老化性能。

2.2 聚合物乳液防水涂料

聚合物乳液防水涂料是一种无毒、不燃、综合性能优良的多功能防水涂料,具有很好的防水功能,也兼备装饰和环境保护功能。该类产品粘结力、拉伸强度、延展性、耐酸碱性良好,冷作施工,操作简便,可在15 %潮湿度的基面及干燥基面上施工[6]。

2.2.1. 聚合物水泥防水涂料

聚合物水泥防水涂料(JS涂料)是以聚合物乳液和无机粉料复合而成的双组分涂料,既有聚合物涂膜的延伸性、防水性,也有水硬性胶凝材料强度高、易与潮湿基层粘结的优点,并具有“刚柔相济”的特性,可以通过调节聚合物乳液与水泥的质量比例,以满足不同工程对柔韧性与强度等的要求,施工方便。同时该涂料以水作为分散剂,解决了焦油、沥青等溶剂型防水涂料所造成的环境污染以及对人体健康的危害,所以这几年在我国发展迅速。

韩朝辉[7]采用P.O. 42.5 普通水泥、硫铝水泥和高铝高铁水泥三种水泥,研究其型号及用量对聚合物防水涂料自闭性的影响,研究表明仅高铝高铁水泥制备的涂料具有自愈合功能,且当高铝高铁水泥含量占25 %以下时,防水涂膜没有自愈合能力;当高铝高铁水泥含量为32.5 %以上时,随着用量的增加,聚合物水泥防水涂膜的自愈合能力增强。邓德安[8]通过添加金属铜离子和化学阻根剂制备了新型聚合物水泥防水涂料,经简易耐根穿刺试验表明,该涂料具有一定的耐根穿刺性能,且不影响植物的正常生长,该涂料的物理力学性能亦符合GB/T 23445-2009中I型产品的要求。林凯等[9]选用EVA乳液和丙烯酸酯乳液,研究了乳液种类和用量对聚合物水泥防水涂料、聚合物水泥防水浆料以及聚合物水泥防水砂浆柔韧性的影响。结果表明,在制备同类型的聚合物水泥防水材料时,丙烯酸酯乳液的用量较EVA乳液的用量要少,成本优势明显。另外,聚合物水泥防水材料的宏观性能与微观结构息息相关,在JS防水涂料和柔韧型JJ防水浆料中,聚合物乳液为连续相,水泥等无机填料为分散相;而在刚性的JF防水砂浆中,水泥等无机物为连续相,聚合物膜作为分散相覆盖在微观孔隙表面。Aggarwal L.K.等[10]利用环氧乳液替代常规水性聚合物乳液添加到水泥砂浆或混凝土中,研究发现其具有优良的强度性能和抗氯离子和二氧化碳渗透性能,从而改善了水泥砂浆的应用性能。

2.2.2. 丙烯酸酯乳液防水涂料

水性丙烯酸酯涂料是以丙烯酸类树脂为基料,以水为溶剂或分散介质制备而成的涂料,以其优异的耐候性、成膜性、保色性、使用安全、对环境无污染等优点,被广泛应用于建筑领域。但在实际应用中,丙烯酸酯涂料仍存在一些不足,如耐水、耐溶剂和耐摩擦等性能较差,影响了其装饰、保护效果。为了提高水性丙烯酸酯涂料的综合性能,扩大其应用范围,需对水性丙烯酸酯涂料进行改性处理。

陈宝贵等[11]研究发现改性聚丙烯酸酯防水涂料可在基层表面形成刚柔2道防水层,并使混凝土基层具有裂纹二次自动愈合功能。罗明等[12]以N一羟甲基丙烯酰胺(NMA)为自交联单体,SDS/OP-10复合乳化剂,过硫酸铵(APS)为引发剂,采用半连续种子乳液聚合工艺制备出弹性丙烯酸酯乳液。结果表明,当APS、复合乳化剂和NMA用量分别为单体总量的0.7 %、3 %和l %,聚合温度为75 ℃时,可以制备出凝聚率低、转化率高、黏度和交联度适中的自交联丙烯酸弹性乳液,以其为基料与水泥复合制备的防水涂料涂膜,吸水率较低,拉伸强度和断裂仲长率达到了国家标准以上。

2.3. 渗透结晶型防水涂料

水泥基渗透结晶型防水涂料是以水泥、石英砂等为主要基材,掺入多种活性化学物质的粉状材料。该类涂料具有的活性化学物质以水作载体或通过渗透作用,在混凝土的微孔及毛细管中传输、充盈催化混凝土内的微粒和未完全水化的成分,再次发生水化作用形成不溶性的枝蔓状结晶并与混凝土结合为整体,弥补混凝土产生的细微裂缝[13],可用于迎水面防水和背水面防水施工,更适用于潮湿基面施工。

邓德安等[14]研究了灰砂比、活性化学络合物剂掺量变化对水泥基渗透结晶型防水涂料一次抗渗压力、二次抗渗压力的影响。结果表明,化学活性物质成分的选择是水泥基渗透结晶型防水涂料的核心成分,促进混凝土中未水化水泥的水化,生成不溶性枝蔓状晶体,堵塞、封闭毛细孔通道,从而提高混凝土的抗渗性能;增加水泥的使用或添加钙铝复合盐补充剂,有利于二次抗渗性能的提高;同时添加络合剂有利于二次结晶生成时对涂层中Ca2+进行络合补充。代德伟等[15]以水泥、石英砂等为主要基材,掺入多种活性化学物质制备水泥基渗透结晶型防水涂料,性能优异,物理性能达到或超过GB 18445-2001要求。研究发现,当硅酸盐水泥添加量在60%左右时,涂料表现出较高的强度;石英砂细度和用量分别为40-70目占20%、70-100目占35%、200目占45%时可显著提高涂料的抗裂性及强度;所添加的活性材料掺量在4%左右时,涂料的抗渗压力和强度较高。王红喜等[16]研究了在纯水、硫化氢溶液、氨水溶液、硫化铵溶液等不同介质条件下渗透结晶型防水涂料对砂浆强度、吸水率和裂缝自愈合能力的影响。结果表明,经上述4种介质处理,涂刷渗透结晶型防水涂料的砂浆试样抗压强度均高于普通砂浆试样,吸水率则明显小于普通砂浆试样;与纯水相比,硫化氢溶液和硫化铵溶液不影响渗透结晶型防水涂料裂缝自愈合功能的发挥,而氨水溶液对其功能的发挥有一定的不利影响。

2.4. 聚脲弹性防水涂料

聚脲防水涂料是欧西建科引进国外先进技术,结合国内重点项目施工工艺要求研发的一种无溶剂、无污染、高反应型防护涂料。喷涂聚脲弹性涂料是由异氰酸酯与端羟基聚醚反应生成的半预聚物与端氨基聚醚、胺类固化剂等材料组成的一种高分子防水涂料。以其无溶剂、无污染的绿色环保施工技术、快速固化、对湿气不敏感、优良的伸长率、高撕裂强度、高抗张强度和极佳的耐磨损性等性能,得到广泛关注和应用。

王新锋等[17]以异氰酸酯、聚醚多元醇、端氨基聚醚、胺扩链剂以及阻燃剂为原料,研制出一种阻燃型喷涂聚脲弹性防水涂料。研究表明该阻燃聚脲同时具有较好的物理力学性能、阻燃性能和安全性能。张余英[18]将含有仲氨基和仲羟基的羟氨基聚醚添加到喷涂聚脲弹性体中,研究发现该树脂可大大增强涂层对基材或底涂层的附着力,改善流平性能,同时单独使用或与端氨基聚醚搭配使用,制得的聚脲涂层均有优异的力学性能,均符合GB/T 23446--2009《喷涂聚脲防水涂料》标准的要求。Toutanji H A 等[19]研制出一种聚脲防护涂料,当其喷涂在胶凝材料的表面时,表现出较高的断裂伸长率和拉伸性能,并且具有较好的能量吸收能力和快速的凝胶速率。同时在研究过程中发现添加适量纤维时,可增加膜层的断裂韧性。

3. 防水涂料未来发展方向

随着我国建筑业、工业、交通运输业及国防工业的发展和需求,我国的防水涂料在近年来有了较快的发展,且门类齐全,数量可观,特性齐备。相对于国外防水涂料,我国防水产品在科技化、环保化、精细化、功能化方面还有很大一段距离。

为了响应国家绿色环保涂料和可持续发展战略的进一步深入,涂料将向方便施工、节省资源、节省能源、水性化发展,高固体化、高性能和高复合化的环境友好型涂料将是人们共同的期待。

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