基层封底漆对喷涂聚脲防水层的影响

基层封底漆对喷涂聚脲防水层的影响

刘成楼,陈学联,毛子辰,王立华
(唐山市思远涂料有限公司,河北唐山064000)

1 引言
喷涂聚脲防水层技术为防水、防腐领域提供了一种全新的材料和施工技术,在工程应用中显示出无可比拟的优越性。聚脲弹性体是由异氰酸酯与氨基聚醚及氨基扩链剂反应生成的一种具有脲基重复结构单元的聚合物。该材料具有无溶剂、100%固含量、可厚涂、固化速度快、施工周期短、立面不流挂、对施工环境适应性强、防水、防腐、耐磨、综合力学性能优异等特点,可广泛应用于运动场馆的防护与装饰、水利工程的抗冲耐磨、污水池的防水防腐、高速铁路路基的防护以及钢结构的防腐蚀等领域。
虽然建筑物的钢筋混凝土结构基面状态千差万别,例如表面缺陷、固化强度、表面稳固性、碱一骨料反应及含水率各不相同,但是都存在着共性缺点:刚性强、易龟裂、多孔隙、透气透水、易泛碱、表面强度低;裂纹和孔隙,易吸附大气污染物,降低界面黏结强度;泛碱及表面强度低,易产生脆弱的黏合界面;透气透水,易因水汽热膨胀而造成涂层起泡、分层、脱落。又由于聚脲涂料黏度高、固化速率快、流平性差、对底材润湿性极差、几乎无渗透作用,形成的界面黏附力较低。因此,必须对混凝土基层进行处理,以便提高喷涂聚脲弹性体的黏结强度。据不完全统计,喷涂聚脲工程失败的原因大约80%与底材表面处理不当有直接关系。混凝土基层常规处理方法有:①抛丸或打磨,清除污染物、增加粗糙度;②修补孔洞和裂缝等缺陷;③清除灰尘,保持清洁;④涂刷封底漆。本文就研制的渗透型环氧封底漆和环氧一聚氨酯底涂漆复合涂层的性能和作用展开讨论。

2 试验部分
2.1 原材料
环氧树脂E20、聚酰胺650、TDI加成物750、硅烷偶联剂KH一550、填料、助剂、溶剂。

2.2 试验配方
渗透型环氧树脂封底漆配方见表1,环氧一聚氨酯底涂漆配方见表2。


2.3 制备工艺
将环氧树脂E20破碎,加入适量溶剂中,于70~8O℃下搅拌溶解,加人助剂、填料及余量溶剂分散均匀。

2.4 试验仪器
万能电子拉力机、拉拔头、钢丝刷、刮板。

2.5 试样制备
以42.5级普硅水泥:砂质量比为1:1制成70 mm×70 mm ×20 mm水泥砂浆试板若干块,养护28 d,将表面打磨、清理干净。将试板分为2组:一组为干燥试板(标为甲),另一组浸水24 h后擦干表面水,称为湿试板(标为乙)。对甲、乙试板采用如下相同的表面处理方法:
(1)刮涂1道渗透型环氧封底漆,分别标为甲一A1、乙-A1;刮涂2道渗透型环氧封底漆,分别标为甲一A2、乙一A2:
(2)刮涂1道环氧一聚氨酯底涂漆,分别标为甲一B1、7,-B1;刮涂2道环氧一聚氨酯底涂漆分别标为甲一B2、乙一B2:
(3)刮涂1道渗透型环氧封底漆复合1道环氧一聚氨酯底涂漆,分别标为甲一C2、乙一C2。
将上述经表面处理过的试板中心留40 mmX40mm面积用于喷涂聚脲,其余4边用胶带贴封,喷涂聚脲厚度为1.5 mm,室温养护5 d,用环氧胶将金属拉拔头水平黏结在聚脲弹性体表面,7 d后在拉力机上作拉拔试验。

2.6 检验结果
不同底涂处理对聚脲涂层黏结强度的影响见表3。由表3可知,在试板底涂处理方法相同的条件下,封
底涂层对聚脲涂层黏结强度的影响是:①环氧一聚氨酯底涂漆大于渗透型环氧封底漆;②同种底漆,复涂层
大于单涂层;③2种不同底涂漆复合涂层大于1种底涂漆复合涂层;④干界面大于湿界面。

3 结果与讨论
3.1 封底漆的功能和作用
由于聚脲涂料能在10~40 s内固化,所以固化物对底材的润湿性差,对底材的黏附强度低,常造成聚脲涂层与混凝土界面脱离,为了提高聚脲涂层与混凝土基层的附着力,充分发挥聚脲防水涂料的性能优势,必须在经过常规处理的混凝土表面刷涂封底漆,封底漆应具有以下功能:
(1)渗透封闭功能:封底漆应具有渗透性,能渗透到混凝土的毛细孔、微裂纹、细小孔隙中去,并将其堵塞,封闭混凝土多孔结构中的水汽和空气,防止泛碱,防止破坏界面黏结层。
(2)强固基层功能:由于封底漆在混凝土中有渗透作用,从而产生根植固结效应和对基层补强作用。
(3)防水抗泛碱功能:环氧树脂有优异的耐碱性,较好的致密性,优良的防水性,以其配制的封底漆防水抗泛碱性优良。当聚脲层遭到破坏后,封底漆能起到第二道防水屏障作用。
(4)增强附着力功能:封底漆与基层和聚脲防水层材料相容性好,具有增强双界面黏结力的作用。
(5)干、湿界面均可施工:尤其是在潮湿基面施涂后,其黏结强度应该大于2.5 MPa。

3.2 2种底漆的主要性能及特点
研制的渗透型环氧封底漆和环氧一聚氨酯底涂漆,虽然都可单独作混凝土基层的封底漆,并且与聚脲防水涂层的黏结强度都超过了标准要求(≥2.5 MPa),但是从综合性能比较来看各有长短,2种底漆的主要性能比较见表4。

由表4可知,渗透型环氧封底漆在与混凝土干、湿界面的黏结强度、渗透深度、补强性方面,优于环氧一聚氨酯底涂漆,而后者在与聚脲防水涂层的黏结强度、封闭效果、防水性、变形能力方面优于前者。这是因为渗透型环氧封底漆是无填料的环氧净浆,环氧树脂中含有许多羟基和醚键,能与混凝土基材相互吸引并进行桥接,增加了底漆的附着力;环氧基团有较低的表面张力和优良黏附力,在极性溶剂和亲水性溶剂(丙酮)的配合下,使其在干、湿界面混凝土基层上均有良好的渗透陛。由此产生的根植固结效应,提高了封底漆的附着力;由于硅烷偶联剂的加入,因其具有双亲基团,其亲无机基团和混凝土界面的化学基团反应,形成强固的化学键合,亲有机基团与有机分子反应或物理缠绕,从而使环氧材料与混凝土界面实现化学键接,大大增强了其对基层的黏结强度。又由于催化剂的加入,使丙酮活化生成预聚丙酮,并且在环氧体系中参加反应,进一步提高了环氧底漆的力学性能。
渗透型环氧封底漆也有明显缺点:①环氧树脂与聚脲材料的相容性不太好,匹配性、亲和性较差,影响了二者界面的黏结强度;②渗透型环氧封底漆形成的涂膜光滑平整,缺少适当的粗糙度,影响了聚脲防水涂层的附着力;③环氧树脂的固化产物交联密度大、硬度高、呈刚性,对基层的应力变化适应能力差,易产生裂纹,继而影响聚脲防水层的使用寿命。为了改善封底漆与聚脲防水层材料的相容性,提高界面黏结强度,本文研制了环氧一聚氨酯底涂漆。该漆按NCO:OH=1:1进行配方设计,按公式(甲/乙=2.47xC/A)计算TDI加成物750和环氧树脂E20的质量比。式中A为NCO的质量分数(7.50的NCO为8.5%),C为OH的质量分数(E20的OH为5.44%)。
试验结果证明:当甲/乙=60/40时,底漆的综合性能最优。

采用聚氨酯预聚物对环氧树脂进行改性,充分发挥环氧树脂对基材的高附着力和聚氨酯对聚脲材料的高黏结强度特性,达到基材一封底漆一聚脲防水涂层的紧密结合和高强度黏结。材料相同、结构相似时才能相容性好,聚脲涂料属于聚氨酯涂料的一种,二者采用的异氰酸酯预聚物结构相同或相似,因此环氧一聚氨酯底涂漆与聚脲材料相容性、亲和性、匹配性好,黏结强度高。在环氧一聚氨酯固化物中,连接在环氧树脂刚性链上的聚氨酯预聚体,以弹性颗粒状态分散析出,在体系中形成“海岛结构”,即在刚性环氧体型构架中分布着聚氨酯弹性基团,从而提高了固化体系的韧性,增强了对基层应力变形的适应能力。另外,聚氨酯中的氨酯键能在高聚物分子问形成非环或环形的氢键,除能提高对基材的附着力外,还能提高涂膜的韧性。同时,由于聚氨酯预聚体结构中含有聚酯一聚醚链,它与环氧树脂中的极性脂肪烃基和醚键共同作用,从而提高体系的黏结强度。另外,底漆中添加了适量的石英砂,增加了涂层表面的粗糙度,提高了黏结界面的表面积,与聚脲防水涂层产生锚固咬合作用,增强了聚脲涂层的附着力。又由于硅烷偶联剂的加入,增强了无机填料粒子与有机树脂之间的桥接点,提高了底漆与聚脲涂层的黏结强度。环氧一聚氨酯底涂漆的缺点是在混凝土基层上的渗透性能较差、对混凝土基层的黏结强度和补强效果较低。
本文将渗透型环氧封底漆作底涂层、将环氧一聚氨酯底涂漆作复涂层,二者复合使用,可以达到优势互补、取长补短的效果,使混凝土基层一封底漆一聚脲防水涂层强力黏结,最大限度地发挥聚脲防水层的独特性能优势,达到超长使用寿命之目的。

4 结语
喷涂聚脲材料以其优异的物化性能、防水、防腐、耐磨性能,良好的施工性能得到了众多防水工程的认可和应用。由于其固化速度快、对基材润湿性差、黏结强度低,加之混凝土呈多孔性结构,孔隙中存在着大量水汽、空气,如不对基层进行有效处理,往往会造成喷涂聚脲防水工程失败。在对混凝土基层进行常规打磨、修补、清理后,刷涂环氧封底漆是目前通用的方法。尽管环氧封底漆对基层的附着力好、补强效果显著,但是其材质与聚脲材料相容性差,致使环氧一聚脲界面黏结强度不理想。因此研制了渗透型环氧封底漆和环氧一聚氨酯底涂漆,采用“混凝土基层+涂刷渗透型环氧封底漆1道+涂刷环氧+聚氨酯底涂漆1道+喷涂聚脲防水涂料”的施工方法,明显提高了聚脲防水层与基层的黏结强度,保证了喷涂聚脲防水工程质量。

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