新型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)防水涂料的制备

1 前言
热塑性弹性体SBS(苯乙烯–丁二烯–苯乙烯)因具有良好的弹性、抗滑性、耐磨性等而广泛应用于胶黏剂中[1],但在涂料方面的应用比较少,特别是防水涂料。这是由于SBS 的极性很小,用于防水涂料时,其耐水效果较差。而且,对防水涂料来说,吸水率和附着力等级是评价其质量的重要标准,而目前的SBS 防水涂料在这两方面均未有具体的研究。本文通过正交试验,具体分析影响SBS 防水涂料吸水率和附着力的主要因素,并以提高SBS 的极性来降低涂料的吸水率和附着力等级。这样,所制备的SBS 防水涂料在应用过程中,会形成一层附着力好、坚韧而有弹性的防水膜,能够自我修复刺孔,防水性能优良[2]。

2 实验
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,天津市北方天医化学试剂厂;乙酸乙酯,沈阳试剂二厂;抗氧剂-1010,中国医药集团上海化学试剂公司;二甲基硅油,沈阳市硅胶厂;邻苯二甲酸二辛酯,沈阳迪高;膨润土,天津燕海化学有限公司。

2. 2 主要仪器
HH-4 型数显恒温水浴锅,常州国华电器厂;STA449C 型热重测试仪,德国耐驰公司;SSX-550 型扫描电子显微镜,日本岛津制作所;202-2 型电热恒温鼓风干燥箱,山东鄄城电热仪器有限公司。

2. 3 涂膜的制备
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,不断搅拌使其受热均匀、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、增塑剂以及填料等助剂。在反应过程中,不断搅拌,使其反应充分。反应结束后,降温出料。将制得的涂料涂在打磨平整光滑的铁板上,厚度约2 mm。置于室温下2 天,自然晾干成膜后,在烘干箱中干燥,得到厚度约为0.6 ~ 1.0 mm 的具有一定弹性的柔软透明涂膜。
涂料配方如下(以质量分数表示):
复合溶剂 40%
增黏树脂 35%
SBS 15%
抗氧剂-1010 0.3%
二甲基硅油 0.7%
邻苯二甲酸二辛酯 3%
膨润土 6%

2. 4 涂膜性能检测
以扫描电子显微镜观察涂膜表面的形貌特征;吸水率测试根据GB/T 1738–1979《绝缘漆漆膜吸水率测定法》进行;附着力测试方法按照GB/T 9286–1998《色漆和清漆 漆膜的划格试验》标准;热重测试采用德国耐驰公司生产的STA449C 热重测试仪进行;贮存稳定性根据GB/T 6753.3–1986《涂料贮存稳定性试验方法》进行测定;黏度测试根据GB/T 1723–1993《涂料粘度测定法》进行。

3 结果与讨论
3. 1 溶剂种类对涂料的影响
溶剂对SBS 防水涂料的影响见表1。

由表1 可见,丙酮和120#汽油不能完全溶解SBS防水涂料。原因是丙酮的挥发速度快,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;而120#汽油的溶解度参数为7.4,较之PS 嵌段和PB嵌段的溶解度参数9.1 和8.1 都相距甚远[3],故不能完全溶解之。而120#汽油和乙酸乙酯的复合溶剂使涂料的均匀性不好,说明其与原料的相容性不足。120#汽油、甲苯、乙酸乙酯的混合溶剂成本和毒性较低,溶解后,涂料的均匀性良好。合适溶剂的选择,既要考虑溶剂对SBS 及其他原料的溶解性,还要注意溶剂的低毒性、低成本以及挥发速度[4]。故本文选择乙酸乙酯、甲苯与120#汽油作为复合溶剂进行正交试验,其中,120#汽油、乙酸乙酯与甲苯的质量比为4∶4∶1。

3. 2 增黏树脂种类对涂料的影响
增黏树脂广泛应用于胶黏剂、涂料和油墨等方面[5]。表2 为不同增黏树脂对SBS 防水涂料的影响。由表2可知,分别选用松香树脂和古马隆树脂加入涂料中,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。弱极性和非极性的增黏树脂与SBS 相容性好,而极性强的增黏树脂与SBS 的相容性不好。因此,与SBS 配合较好的增黏树脂是萜烯树脂和石油树脂,故选择它们作为复合增黏树脂进行实验。
表2 SBS 与不同增黏树脂互溶性比较

3. 3 正交试验结果
正交试验因素水平见表3。
表3 正交试验因素和水平

正交试验结果如表4 所示。根据正交试验的极差分析,涂膜平均吸水率和附着力的较优水平按因素的主次顺序分别为:A3 > B2 > D1 > C2,B2 > A2 = C2 = D3。兼顾两个指标,得出最佳工艺参数为A3B2C2D1。即m(萜烯树脂)∶m(石油树脂)为3∶1,乙酸乙酯和甲苯的混合溶液与120#汽油的质量比为7∶3,反应时间40 min,反应温度为65 °C。

3. 4 SBS 防水涂料热重分析
SBS 防水涂料的热重试验结果见图1。

从图1 可以看出,SBS 防水涂料的起始分解温度θi为212.08 °C,热反应终止温度θf 为599.97 °C,θi ~ θf间的热质量损失率为81.57%。在试验初始阶段(100 ~212.08 °C),涂料基本上不失重,失重率仅为4.97%,主要是涂料中未挥发的溶剂和其他易挥发杂质的挥发,涂料中的成膜物质开始熔融软化,在212.08 ~599.97 °C 时,成膜物质中部分成分分解产生水蒸气,促使第一阶段已熔融软化的成膜物质持续地膨胀发泡,形成泡沫层。由于实验过程中萜烯树脂和石油树脂的用量较大,且它们的分解温度都相对较低,所以导致SBS 防水涂料的分解温度也不是很高。但是SBS防水涂料通常用于地下和矿井等潮湿的地方,工作环境温度一般都不高,所以完全能满足实用要求。

3. 5 扫描电镜分析
SBS 防水涂料加入偶联剂前后的扫描电镜照片见图2。从图2 可知,未加偶联剂的SBS 防水涂料的涂膜表面相对不均匀。这是由于SBS 与树脂溶解的不彻底产生的。而加入偶联剂的涂膜表面效果有所提高,是由于偶联剂提高了增强材料与树脂之间的粘合强度,从而提高了复合材料的性能,同时还可以防止介质向界面渗透,改善了界面状态,提高了相容性。

3. 6 SBS 防水涂料的性能测试
根据正交试验制备的SBS 防水涂料其涂膜性能测试结果如表5 所示。由表5 可知,所得涂膜的吸水率为15.26%,附着力1 级,热稳定性等级为6,耐水性和耐盐水性均合格,涂料透明,黏度较低,表干时间较快。这说明按最佳方案所制备出的SBS 防水涂料的各项性能俱佳,符合建筑涂料的指标要求,可广泛用于屋面以及地下和矿井等地,达到防水抗渗的目的。
表5 涂膜性能测试结果

4 结论
(1) 极性强的增黏树脂与SBS 防水涂料的相容性不太好,弱极性和非极性增黏树脂与SBS 防水涂料的相容性好。故石油树脂和萜烯树脂与SBS 的相容性较好。
(2) 由乙酸乙酯、甲苯、120#汽油组成的复合溶剂,低毒、成本低,并可提高增黏树脂与SBS 弹性体的相容性。
(3) 制备SBS 防水涂料的最佳工艺条件是:萜烯树脂与石油树脂的质量比为3∶1,乙酸乙酯和甲苯的混合溶液(质量比为4∶1)与120#汽油的质量比为7∶3,反应时间40 min,反应温度为65 °C。
(4) 制备的SBS 防水涂料的吸水率为15.26%,附着力1 级,热分解温度212.08 °C,有较强的耐水性,良好的附着力和热稳定性。

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