增黏树脂和溶剂对SBS防水涂料性能的影响

1 引言
热塑性弹性体SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)因其具有良好的弹性、抗滑性、耐磨性等而被广泛应用于胶黏剂[1]。这些优异的性能同样使其适合制备防水涂料。但是由于SBS 的极性很小[2],使其防水涂料的耐水性能受到影响,因此需要加入适当的增黏树脂和溶剂以提高其性能。影响SBS 防水涂料性能最主要的因素是增黏树脂和溶剂。极性弱和非极性的增黏树脂与SBS的相容性好,而极性稍强的增黏树脂与SBS 的相容性较差;选择溶剂要考虑其对SBS 及其它原料的溶解性,还要注意溶剂的低毒性和低成本以及挥发速率等[3]。试验检测了增黏树脂和溶剂对涂料吸水率和附着力的影响,使制备的SBS 防水涂料在应用的过程中形成一层附着力好、坚韧而有弹性的防水膜,能够自我修复刺孔,防水性能优良[4]。

2 试验部分
2.1 主要原料
SBS 树脂,广东茂名石化有限公司;萜烯树脂,锦州化工厂;石油树脂,沈阳沈一精细化学公司;120# 汽油,大连石油添加剂厂;甲苯,天津市天医化学试剂厂;乙酸乙酯,沈阳试剂二厂。

2.2 涂料的制备
涂料的基础配方见表1。

在常温下,先将一定量的溶剂加入烧杯中,接着放入一定比例的SBS,将烧杯放入恒温水浴锅中,调整温度,不断搅拌使其充分溶解。再加入一定比例的增黏树脂,不断搅拌溶解后,按顺序加入抗氧剂、消泡剂、增塑剂及填料等制成涂料。将制得的涂料涂在打磨平整光滑的铁板上,湿膜厚度约2 mm,置于室温下2 d,自然晾干成膜之后,再在烘箱中干燥得到厚度为0.6 ~ 1.0 mm 的具有一定弹性的柔软的透明涂膜。

2.3 涂膜性能的检测
黏度:按GB/T 1723—1993 进行测定;吸水率:按GB/T 1738—1979 进行测定;附着力:按GB/T 9286—1998 进行测定;耐水性:按GB/T 1733—1993 进行测试;耐盐水性:按GB/T 1763—1979 进行测试;热稳定性:按GB/T 6753.3—1986 进行测定。

3 结果与讨论
3.1 溶剂的选择
溶剂对SBS 防水涂料的影响见表2。

从表2 可以看出,丙酮和120# 汽油均不能完全溶解SBS,原因是丙酮的挥发速率快,使SBS 中的PS 嵌段为层状,影响其相态结构,使其不能充分溶解;120#汽油的溶解度参数为7.4,较之PS 嵌段和PB 嵌段的的溶解度参数(9.1 和8.1)都相距甚远[5],故也不能完全溶解。使用120# 汽油和乙酸乙酯的复合溶剂对涂料的均匀性不好,说明其与原料的相容性不好。120# 汽油、乙酸乙酯和甲苯混合溶剂的成本和毒性都较低,并且涂料的均匀性良好,故选此作为混合溶剂,其中乙酸乙酯与甲苯的质量比为4 ∶ 1。

3.2 增黏树脂的选择
SBS 与不同增黏树脂互溶性的比较见表3。

从表3 可以看出,将松香树脂或古马隆树脂加入到涂料中,会使整个溶液变得浑浊,并且黏度较低;而选用萜烯树脂和石油树脂时,溶液变得均匀透明,并且黏度较大。这是由于SBS 的极性较小,它与不同的增黏树脂的相容性各不相同。因此,选择与SBS 配合较好的萜烯树脂和石油树脂按质量比为1 ∶ 1 的复合增黏树脂进行试验。
3.3 溶剂比例对涂料吸水率和附着力的影响
溶剂比例指乙酸乙酯和甲苯的混合溶液与120#汽油的质量比,溶剂比例与吸水率的关系见图1。溶剂比例与附着力的关系见图2.

由图1 可以看出,当乙酸乙酯和甲苯的混合溶液与120# 汽油的比例为7 ∶ 3 时,涂料的吸水率最低;而随着120# 汽油的增加,其吸水率不断增加,当比例超过6 ∶ 4 时,其值维持在一个比较稳定的值域附近。这是因为溶剂不同,对SBS 中PS 和PB 的溶解能力不同,对SBS 的形态结构有不同影响,溶剂挥发后所成涂膜的性能也会不同。当吸水率达到最低值时,随着120# 汽油的不断增加,溶剂对PS 嵌段的溶解能力越强,而PS 的极性较低,耐水性不好,故涂料的吸水率会不断上升,最终达到相对平衡。由图2 可以看出,曲线的趋势是先下降后一直上升,其中溶剂的比例为7 ∶ 3 时,附着力最佳。众所周知,以SBS 为主料的防水涂料是依靠PS 嵌段聚集产生黏结力的,溶剂的挥发速率慢,PS 嵌段呈球形;溶剂的挥发速率快,PS 嵌段呈层状,力学性能最佳。乙酸乙酯和甲苯的混合溶剂对PS 嵌段溶解性好,由于乙酸乙酯挥发速率快,故开始时的附着力越来越强;但随着120# 汽油的增加,涂料的黏结强度持续下降,故其附着力不断变差。

3.4 树脂比例对涂料吸水率和附着力的影响
树脂比例是指萜烯树脂和石油树脂的质量比,树脂比例对吸水率的影响见图3,树脂比例对附着力的影响见图4。

由图3 可以看出,当树脂比例为3 ∶ 1 时,涂料的吸水率降到了最低值,表明此时涂料的吸水率达到了最佳。这条曲线大体呈先下降后上升的趋势,刚开始的时候,溶剂不断地溶解树脂,而增黏树脂除了可以增加涂料的黏性外,它本身的水解基体比较稳定,耐水性能优异,故使涂料的吸水率下降,直至最低点。但是随着萜烯树脂的继续增加,涂料的吸水率不断上升,这是由于萜烯树脂量过多的时候,虽然赋予涂料初黏性,但降低了内聚力,同时使SBS 的两相相容性提高,而SBS的优异性能源于两相分离结构,故导致涂料的吸水率上升。实际上增黏树脂能使复合溶剂更好地溶解PS嵌段,起到助溶剂的作用。由图4 可以看出,当树脂比例为3 ∶ 1 时,涂料的附着力为最佳值,随后曲线不断上升。刚开始时随着萜烯树脂的增加,涂料内部的化学键强度不断加强,导致涂层与基体材料的吸附作用不断变大,故其附着力越来越好。但萜烯树脂过量的时候,增加了SBS 的两相相容性,破坏了整个涂料分子中的酯键,从而使其化学键强度减弱,涂料的极性降低,附着力变差。

3.5 涂料耐水性的测试
SBS 防水涂料作为建筑涂料来说,耐水性是其最主要的性能之一。涂膜经过240 h 浸泡后,除了有微量的气泡外,基本上没有失光、变色、起皱、脱落等现象,而气泡是由于涂料中的杂质气体挥发所导致的。这说明加入的增黏树脂的水解基团基本稳定,使涂料的极性降低,从而使涂料整体的耐水基团比较稳定,耐水性能好。

3.6 涂料耐盐水性的测试
涂膜在3%的盐水中浸泡168 h 后只有少量的气泡和皱纹产生,无失光、变色、脱落现象。这是由于在盐水介质中,其容易发生水解反应,使大分子共价键断裂,导致其性能的下降,再加上化学裂解和溶胀裂解,使其强度有所下降。但从总体上看,涂料的耐盐水性能还是比较优异的,说明其具有较强的抗腐蚀能力。

3.7 涂料热稳定性的测试
经测试,SBS 防水涂料的热稳定性较好(为6 级)。由于SBS 中存在双键,容易老化,表现为交联变硬,使用不耐久,加入防老剂、抗氧剂等都能提高耐老化性。由于PB 嵌段的耐热性和耐氧化性较差,而且PS 嵌段的Tg 较低,因此,在50~ 80 ℃时SBS 胶体开始变软,SBS 强度下降十分严重。但是所加入的萜烯树脂和石油树脂具有较强的内聚力和初黏性,使其具有较强的热稳定性。萜烯树脂和石油树脂的软化点比较高,使其与PS 嵌段的相容性提高,所以使涂料的热稳定性提高很多;而且加入的填料膨润土具有一定的阻燃性,其较强的阳离子交换能力和吸附能力使SBS 防水涂料的热性能有所提高。

4 结语
⑴选择的乙酸乙酯、甲苯、120# 汽油的复合溶剂,提高了增黏树脂与SBS 弹性体的相容性,且低毒,成本低。
⑵石油树脂和萜烯树脂的增黏效果较好。
⑶乙酸乙酯和甲苯的混合溶液与120# 汽油的比例为7 ∶ 3 (其中乙酸乙酯与甲苯的质量比为4 ∶ 1),且萜烯树脂和石油树脂的质量比为3 ∶ 1 时,涂料的吸水率和附着力达到最佳。
⑷制备的SBS 防水涂料具有较强的耐水性和耐盐水性,热稳定性较高。

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