JS防水涂料体系中消泡剂的选择

JS防水涂料体系中消泡剂的选择

赵守佳1, 熊卫2
( 1.国民淀粉化学公司, 北京100022; 2.华南理工大学化工学院, 广州510640)

0 引言
JS 建筑防水涂料属于厚质弹性涂料( 固含量大于65%, 室温下延伸率大于200%) , 本身粘度大, 形成的气泡膜厚、弹性高, 难以破裂。另一方面, 涂料中的气泡难以聚积上升脱出, 这是因为: 1) 丙烯酸酯乳液含有表面活性剂或具有表面活性剂的特性, 本身容易产生气泡。2) 施工过程中, 搅拌均匀的涂料, 放置时间短, 一般立刻使用, 搅拌过程中产生的气泡没有机会从涂料中逃逸, 留在涂膜中。即使气泡破裂了,由于涂料已失去流动性, 会在涂膜表面留下裂纹和气孔。3) 为保证防水涂料立面施工容易, 厚而不流淌,需加适量的增稠剂, 使粘度增大, 造成气泡不易逃逸到液体表面而破裂。气泡的产生将影响防水涂膜的表观和防水效果。施工过程中无论涂刷还是滚涂, 气泡如不能及时消除, 涂膜内部会形成不同尺寸的孔隙和泡孔。这些泡孔的存在不仅大大减少了涂膜抵抗水压力作用的有效截面积, 而且在泡孔周围产生应力集中, 引起细微裂纹的展开, 使防水涂膜失去防水作用, 影响整个工程的防水效果, 缩短建筑工程的耐久年限。

JS 防水涂料施工过程中气泡的消除是一个系统工程, 涉及到原材料和搅拌设备的选择。1) 聚合物乳液是防水涂料的主要成膜物质, 决定了防水涂料的强度、柔性、不透水性等, 应选择对填料润湿力强、不易起泡和稳泡能力差的乳液。2) 施工过程中, 搅拌机械的搅拌浆叶的结构不仅影响对填料的分散能力, 不同形式的搅拌浆叶在搅拌分散过程中带进的空气量不同, 产生的气泡量差别很大。消泡剂对乳液有很强的选择性, 不同品种的乳液、同品种不同厂商提供的乳液, 有其不同的最佳消泡体系。消泡剂的选择及加入方式的选择是十分重要的。本文仅涉及用苯丙乳液、丙烯酸酯乳液制备的JS 防水涂料体系中消泡剂的选择, 以期为生产厂家提供一些思路。

1 消泡剂简介
泡沫是气体在液体中的粗分散体, 属于气- 液非均相体系。用于JS 防水涂料体系的消泡方法很多, 基本原理有排除起泡原因和抵消、破坏稳定条件: 1) 改变搅拌桨叶的型式, 避免不必要的气液接触, 减少泡沫; 2) 减少甚至不用润湿分散剂, 除去不必要的助泡剂; 3) 添加消泡剂。由于起泡因素复杂, 大多数情况下, 我们无法查明起泡原因, 因此, 采用消泡剂是最常用的措施。消泡剂既要求其具有消泡能力、无严重副作用, 又要求其经济实用、贮存稳定、易于释放活性成分、效力持久、无毒、对环境友好。要求一个化合物具备消泡剂的所有条件是困难的, 因此如今的消泡剂都是在主剂的基础上与一种或多种助剂组成的复合物。复合型消泡剂能有效消除生产和施工过程中产生的泡沫, 不会出现消泡剂用量过多产生的缩孔现象, 也无其他不良的作用。

2 消泡剂的选择
JS 防水涂料是以防水为主要目的的弹性涂料,在很多情况下, 其装饰功能可以忽略不计。JS 防水涂料施工过程中, 避免泡沫发生实际上是不可能的, 大多数采用加消泡剂的方法消除气泡。由于JS 防水涂料所用乳液变化多端, 加上消泡剂制造商对其产品组成不作说明, 从而使消泡剂选择变得困难。目前, 仍没有科学系统的方法, 在很大程度上, 消泡剂的选择还是个试验的过程。

2.1 实验材料
聚合物乳液CB601, 国民淀粉化学公司; 消泡剂,共7 种, 分别由深圳海川公司、上海通洋化工公司提供; 白水泥、重钙、石英砂, 市场上购买。

2.2 实验基本配方( 见表1)
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2.3 消泡剂消泡能力的测定方法
评价消泡效果的直接实验方法很多, 一般可从加有和不加有消泡剂的JS 防水涂料中取样, 使其经受类似于实际生产施工的条件, 如搅动、涂刷, 以产生泡沫, 然后测定泡沫的稳定性。

2.3.1 消泡剂的初选
参考以前的技术资料, 向消泡剂生产厂商咨询,依据自己的实践经验, 选取一定数量的消泡剂进行初步筛选试验。初步筛选试验一般采用表观密度测定法。称取200 g CB601 乳液, 分别加入0.8 g、1.6 g 消泡剂, 在10~12 s 内将搅拌速度提高到3 000~3 050r/min。从开始计时, 搅拌总共持续120 s 停止搅拌, 立即倒入25 mL 锥形瓶中, 称量质量, 计算出表观密度d1; 搅拌液放置30 min 后再次倒入25 mL 锥形瓶中称量质量, 计算出表观密度d2。表观密度最高者所使用的消泡剂, 即为抑泡效率最高的消泡剂。试验结果见表2。
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从表2 可以看出, 对于消泡剂D5 来讲, 本身消泡能力差, 用量不足达不到应有的消泡效果, 用量增加( 由0.4 %→0.8 %) , 表观密度减少幅度降低( 由13.05 %→10.81 %)。但若使用量大, 经济上不合理,还会产生缩孔、发花、层间粘结力差等缺陷。用量增加, 消泡效果增加的消泡剂有D1、D2、D4、D6; 对用量反映不明显的是D3; 使用量增加消泡效果反而降低的是D7。消泡剂的抑泡效果顺序是:
D3~D4>D7>D6>D1>D2>D5
2.3.2 防水涂料的施工性能
按照2.2 的基本配方分别用不同的消泡剂制备出相应的防水涂料。使用时, 用玻璃棒搅拌液料20次, 保证液料均匀。按液料和粉料1∶1 质量比例混合,固定搅拌速度和搅拌混合时间, 混合均匀后放置5min。将涂料刮涂在涂有脱膜剂( 如硅油, 石蜡等) 的玻璃模具上, 分两次成型。待涂膜干燥后, 确保涂膜厚度为( 0.8±0.1) mm。3 d 后揭掉涂膜, 放置4 d。
1) 观察涂膜外观, 是否存在裂纹、针孔、凹陷、鱼眼; 2) 将涂膜拉伸100%, 观察涂膜外观, 重点是检查涂膜中的裂纹、气孔的多少; 3) 将涂膜切开, 观察横截面中气泡的多少; 4) 将涂膜切开, 观察两度涂膜之间的粘结是否良好; 5) 按照JC/T 894 的规定测定涂膜的拉伸强度和延伸性; 6) 将涂膜放在不透水仪上进行试验, 压力从0.1 MPa 开始保持30 min。然后每20min 升高0.05 MPa, 记录3 个试样中有1 个试样渗漏时的最大压力。若压力升至0.30 MPa 时保持30 min,仍不渗漏记为合格。试验结果见表3、表4。
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从表3、表4 中可看出, 消泡剂D5 消泡能力最差, 导致不透水性最差。由于是厚质涂料, 涂膜施工厚度要大于1.2 mm, 即使涂膜表面产生缩孔等缺陷,但只要没有气泡, 仍具有良好的防水效果, 对于硅类消泡剂, 使用量多会影响涂膜层间的粘结力, 有必要引起注意( 所选的消泡剂没有影响涂膜层间的粘结力) 。在7 个消泡剂中, D4、D6、D7 效果最好, D1、D2、D3 也适用于JS 防水涂料体系的消泡。对于D6、D7来讲, 消泡剂使用量增加, 产品性能反而下降, 说明消泡剂的选择, 不仅涉及种类, 用量的选择也同样重要。
综合表3、表4, 消泡剂的消泡效果由差至好顺序依次是:D5<D1<D3<D2<D4<D7<D6

2.3.3 贮存稳定性和使用效果
JS 防水涂料生产出来到付诸施工, 必须经历或短或长的贮存期, 因此应适当考虑消泡剂和乳液的相容性。消泡剂和乳液的相容性好, 涂膜中缩孔少; 但是消泡剂与防水涂料相容性越差, 其消泡性能越好。JS 防水涂料追求的是涂膜的防水效果, 对涂膜外观没有太多的追求, 只要产品贮存稳定性合适, 尽量选择相容性稍差的消泡剂。按照2.2 制备出JS 防水涂料, 分为两份。一份在50 ℃鼓风干燥箱中7 d, 一份在室温下放置7 d, 然后同时按标准JC/T 894 制膜, 测试贮存后各涂料的性能。实验方法采用3.3.2, 试验结果见表5、表6。
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从表5 可以看出, 消泡剂经贮存后, 除D7 外, 消泡能力几乎没有下降, D4 经过贮存后消泡性能反而提高。从表观的角度看, 消泡剂的消泡能力为:D3>D4>D2>D6>D1>D7
综合上述消泡剂消泡效果、施工性能及贮存稳定性试验结果, 从抑泡、消泡、贮存、施工综合考虑, 消泡剂D2、D3、D7、D1、D4、D6 比较适合于CB601 乳液体系。

4 结论
JS 防水涂料是高乳液体系, 因其高固含量、高粘度, 在涂料施工和检测过程中, 产生了更多的气泡, 加上一次成型或施工厚度大于0.5 mm, 干燥后部分空气截留在涂膜表面, 形成针孔, 或气泡全部存在于涂膜内, 影响涂膜的连续性, 降低涂膜的强度和防水效。因此在JS 防水涂料中消泡剂种类的选择有别于普通的内外墙涂料, 通常选用抑泡能力强的消泡剂。 

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