前　言

　　防水涂料是指能防止雨水或地下水渗漏的一类涂料 , 主要用于屋面、地下建筑、厨房、浴室、卫生间、粮仓等多水潮湿场所的防雨、防水和防潮。此类涂料所用的基础乳液要求具备较高的弹性 , 较佳的耐酸碱、低温柔韧性和优异的耐候、耐久性等特点。常用的有 VAE 共聚乳液和丙烯酸酯共聚乳液等。丙烯酸酯共聚乳液的耐水、耐候、耐酸碱性、附着性和弹性等均优于 VAE 乳液而成为防水涂料的首先基础乳液 , 被越来越多地应用于许多重要的工业与民用建筑 , 特别是高层建筑屋面的防水处理 , 有效年限可达 15 年以上。目前 , 在越来越多的大、中、小城市 , 沥青类聚氨酯防水涂料已被禁用 , 取而代之的是以水性丙烯酸酯防水涂料为代表的新型绿色环保型产品。我国在这方面尚未出台有关水性防水涂料的国家标准 , 一些大城市如广州、上海等建筑监督部门参照我国建材行业聚氨酯防水涂料标准 J C500 -92 的测试方法颁布了暂行地方检测标准 , 其中要求拉伸强度大于 0 . 5 MPa , 断裂伸长率大于 400 % 。

　　按照此标准 ,我们通过选择合理的软硬单体及比例 ,采用较简单的预乳化种子乳液聚合法工艺制备了具有高弹性断裂伸长 , 高拉伸强度耐酸碱、耐水 ,耐候性的丙烯酸酯共聚乳液。

1 　实验部分

1.1 　原材料及配比

弹性丙烯酸酯共聚乳液主要原料及配比见表 1

表 1 　丙烯酸酯乳液原料及配比

1.2 　制备工艺

　　乳液制备在 2000 ml 三颈瓶中进行。首先,向三颈瓶加入部分去离子水、乳化剂、碳酸氢钠、搅拌溶解 , 再开大搅拌器的搅拌速度 , 按配方所示顺序依次加入各种丙烯酸酯单体进行预乳化 , 最后加入部分引发剂溶液搅拌均匀倒出。再次向三颈瓶加入剩余的去离子水、保护胶并升温到 83 ～ 86 ℃ , 加入部分引发剂并滴加预乳化单体 , 全部乳化单体在 4 ～ 5h 左右滴加完 , 继续保温 2 h , 在滴加过程中 , 应保持较低的搅拌强度。最后体系降温到 50 ℃以下 , 加氨水调 p H 为 8 ～ 9 , 过滤出料 , 即得本乳液。

1.3 　性能测试

1.3.1 　基本性能测试外观 : 目测法 , 乳液呈乳白色带较明显兰光 , 无凝聚物粘度 :NDJ -90 旋转式粘度计 ,1 # 转子 6 档 ,25 测 :800 ～ 1600 mPa 。 s 固体含量 : 称量法 ,50 % ± 2 % 机械稳定性、钙离子稳定性等 : 按《涂料工业用原材料技术标准手册》测试。断裂伸长率 : 将乳液铺展在四氟乙烯塑料板上自然干燥成为 1 mm 厚度的胶膜 , 小心剥离并截成哑铃状 , 在 XL -2500 型材料试验机上测其拉伸强度和断裂伸长率。性能如表 2 所示

表 2 　丙烯酸酯共聚弹性乳液性能

1.3.2 　使用性能测试

耐紫外光试验 : 对胶膜连续500 h 高强度紫外光灯照射后测断裂拉伸强度和断裂伸长率 ;

耐热性能测试 :在红外灯下连续照射8 h(灯箱内温度达到 80℃以上) 无熔融现象;

耐冷性能测试 :在工业制冷机内以-25 ±2 ℃ 冷冻实验连续 24 h 无脆裂现象;

耐酸性能测试 :在0.05 mol 稀硫酸液中连续浸泡 20 天,无老化溶解等现象;

耐碱性能测试: 在饱和氢氧化钙溶液中连续浸泡 20 天,无老化溶解等现象;

防水性能测试 : 自然干燥一周后制成的胶膜浸泡在去离子水中 24 h 后测吸水率吸水率% = (浸泡后胶膜重-浸泡前干重)/浸泡前胶膜干重×100 %

附着性能测试 : 以石棉板涂胶成厚度1 mm 的胶层进行耐刷洗性试验 ,在JLX - 建筑涂料耐刷洗仪上按 GB9266 -88 标准试验。

结果如表 3 所示

表 3 　丙烯酸酯弹性乳液使用性能测试结果

1.3.3 　以该乳液制备的防水涂料和防水填充垫的性能测试

按颜填料 / 基础乳液为0.46 :1.0 比例配制成防水涂料和以颜填料 / 基础乳液为0.15 :1.0 比例配制成弹性填充垫进行测试 ,结果如表4 所示。

表 4 　防水涂料和防水填充垫性能测试结果

2 　分析与讨论

2.1 　单体配比对乳液性能的影根据防水涂料的性能需要 ,要求共聚物不但具备高弹性而且具有良好的附着性能 ,高弹性聚合体

一般要求共聚物具有较低的玻璃化转变温度 ( ≤-5 ℃,为最佳点) 其断裂伸长率随玻璃化转变温度的上升而迅速下降。 PBA 玻璃化转变温度( Tg) 为-54 ℃, PAN 的Tg 为10 ℃, PMA 为8 ℃, PMMA 为105 ℃,PAA 为106 ℃, PHPMA ( 聚甲基丙烯酸羟丙酯 ) 为26 ℃,PHEMA(聚甲基丙烯酸羟乙酯) 为55 ℃,而 PHPA(聚丙烯酸羟丙酯) 为-7 ℃,。根据FOX 方程计算出共聚物的玻璃化转变温度为 -5 ℃的共聚物组成为BA 、MA 、AN 占总量的50 %～80 % , 硬单体和功能单体 (热交联单体) 占15 % 左右。断裂拉伸强度迅速下降 ,为了保证共聚物不但具备低Tg , 又相对有柔韧性 (断裂拉伸强度较大) 和明显的高弹性(伸长率大),所以引入了丙烯腈(AN) ,结果证明是很有效的 ,它克服了纯丙烯酸酯共聚弹性体拉伸强度不足的缺陷。

2 . 2 　功能单体的选择及对共聚物性能的影响

一般的交联单体有 N - 羟甲基丙烯酰胺、 ( 甲基 ) 丙烯酸羟乙 ( 丙 ) 酯等 ( 如 , HPMA 、 HEMA 、 HPA 等 ) 经过对比 , 我们采用 HPMA 为热交联单体 , 占总量的 5 % 左右 , 通过在成膜过程或夏季高温后形成的热交联作用 , 使乳液和涂料的防水性能及拉伸强度明显提高。

2 . 3 　保护胶体和乳化剂用量对乳液的影响

保护胶体本身也是一种乳化剂 , 起到稳定乳液聚合的作用 , 一般要求用量不超过总单体量的 1 . 5 % , 乳化剂是具有阴离子与非离子双重特性的磺酸盐类 , 对本文单体乳液聚合有着特殊重要的作用 , 它能有效减少和抑制聚合过程中凝聚物的发生和形成 , 同时减少对成膜耐水性的影响 , 其用量为总单体量的 2 % ～ 3 % 即可稳定聚合。常用的阴离子乳化剂 ( 如 SDS) 和非离子乳化剂 ( 如 OP 或 NP) 对共聚物的耐水和断裂拉伸强度均有不利影响 , 而常规用量为单体总量的 4 % ～ 6 % 才能得到较稳定的聚合和后期的稳定性。

3 　结　语

1 . 通过选择合适的共聚合单体和比例 , 经过相 对简单的合成工艺 , 制备了具有较好拉抻强度和断 裂伸长率的丙烯酸酯共聚弹性乳液 , 其拉伸强度和 伸长率分别可达 0 . 86 MPa 和 970 % , 相应制成的防 水涂料和防水填充垫的拉伸强度和伸长率为 1 . 6 MPa/ 1 . 89 MPa 和 470 %/890 %

2 . 选择适当的保护胶体和乳化剂量对制备弹性防水乳液十分重要。