氟碳乳液改性膨润土乳化沥青防水涂料

    0 前言
20 世纪80年代以来,陕西省建筑科学研究所、新疆建筑科学研究所和吉林省建筑科学研究所先后研制成功膨润土乳化沥青防水涂料。膨润土乳化沥青以水为分散介质,以膨润土为乳化剂将石油沥青乳化而制成。既能冷态施工,又能节约稀释溶剂油,避免了使用热沥青作为防水材料现场熬制时,沥青中可挥发有机化合物(VOC)逸出对环境所造成的污染以及对现场施工作业人员的毒害,在全国被广泛的推广与使用。据估算,全国已累计施工达300万m2 以上,取得了良好的经济效益和社会效益。但是,随着建筑业的发展,特别是大跨度大开间建筑物的大量出现,膨润土乳化沥青防水涂料在抗裂性能、延伸率、低温柔韧性等方面已不能满足使用要求,其应用范围受到很大的限制,迫切需要从材料性能上加以改进和提高。
为了提高膨润土乳化沥青防水涂料的抗裂性、低温柔韧性及其与基层的粘结性,可以向乳化沥青中加入适量与其相溶性好的高聚物乳液以弥补其缺陷。目前已有采用多种高聚物乳液改性乳化沥青的报道。本文采用氟碳乳液与膨润土乳化沥青冷混合, 制成氟碳乳液改性膨润土乳化沥青防水涂料,并对其性能进行评价。

1. 实验部分
1.1 主要原料及性质
100ºC、10ºC 石油沥青:胜利油田产品,其性能指标见表1。

膨润土:含蒙脱石大于85.纯净钠基土,塑性指数为36.11,密度为2.52g/cm3,胶质价为60.90,膨胀倍数为6。吉林省九台膨润土矿产品,其主要化学成分和颗粒组成分别见表2、表3。

氟碳树脂乳液:固体含量不小于45.,氟元素含量不小于12.,最低成膜温度210ºc,乳液平均粒径200nm,涂膜断裂伸长率大于1500.,涂膜回弹率95.(伸长100.),大连振邦氟涂料股份有限公司产品。

1.2 主要设备
沥青脱水槽、立式叶片乳化机(自制,容量4L,叶片端点线速度为49.1m/s)、电热水器。

1.3 生产工艺
(1)将10ºC 和100ºC; 沥青按比例投入沥青脱水槽中,加热到200ºc,搅拌混合均匀,制成复配沥青,在2002220ºc脱水后,保持在180ºc待乳化用。
(2)将膨润土和自来水按比例混合,使膨润土充分膨胀成膨润土膏,作乳化剂用。
(3)开机前,将乳化机圆筒预热至80ºc,加入称量准确的膨润土膏,开始搅拌直到圆筒内膨润土膏的温度达到80ºc,恒温后开始分次定量加入180ºc复配沥青和80ºc热水,加料完毕制成膨润土乳化沥青。
(4)用热水调至规定的固含量后,降温至50ºc,恒温后加入规定量的氟碳乳液,使其与膨润土乳化沥青混合均匀,冷却至40ºc放料,制得氟碳乳液改性膨润土乳化沥青防水涂料。

1.4 性能检测
氟碳乳液改性膨润土乳化沥青防水涂料的性能按JC408291《水性沥青基防水涂料》中AE22 类规定的方法测试。

2 结果与讨论
2.1 配比优化
10ºC、100ºC 沥青的复配比例对涂膜性能有很大的影响。如果软化点过低,夏天易返粘;软化点过高,成膜后的产品低温柔韧性差;若针入度过大,则延伸率较小,涂膜易开裂。我们按m(10ºC沥青):m(100ºC 沥青)=3:10 混合沥青,得到的复配沥青软化点为63ºc,针入度为67,25ºc下的延伸率为44cm。
氟碳乳液的加入量对防水涂料的性能有很大的影响。如果加入量过少,聚合物不能在其中形成一种稳定而富有弹性的网络结构;相反,如果加入过多,改性体系发生相变,聚合物由非连续相转化为连续相,沥青由连续相转化为非连续相;另外,过高的掺量会大大增加改性成本而显得不经济。本试验中,控制氟碳乳液掺入膨润土乳化沥青的量为10212%时,涂料的抗裂性、耐热性、延伸性、低温柔韧性等都有了很大的提高。

2.2 氟碳乳液对膨润土乳化沥青的作用
从表4 可以看出,用氟碳乳液掺入膨润土乳化沥青中改性,使乳化沥青的抗渗透性、低温柔韧性、延伸率、弹性以及耐人工老化性方面都有很大的改善。
这是因为在氟碳聚合物分子中含有C2F 键,其键能比C—H 键大,而且氟原子的电子云对C—C 键的屏蔽作用较H 原子强,因此,氟原子可以保护C—C 键免受紫外线和化学物质的危害,使得氟碳聚合物具有优异的耐光、耐候和抗化学品性能,因此它的加入使得乳化沥青的耐人工老化性有了明显提高。另外,本实验使用的氟碳乳液低温成膜性好,涂膜具有良好的裂断伸长率和伸长回弹率,因此赋予乳化沥青良好的低温柔韧性、延伸率及弹性(见表4)。并且该氟碳高聚物乳液平均粒径为200nm,与膨润土乳化沥青具有良好的相容性,因此,在提高乳化沥青稳定性的同时,也保证了乳液微粒和乳化沥青可以形成致密的膜,从而提高抗渗透性。

2.3 氟碳乳液改性膨润土乳化沥青防水涂料的性能
氟碳乳液改性膨润土乳化沥青防水涂料的性能按JC408291《水性沥青基防水涂料》中AE22类的规定进行测定<测试结果表明该防水涂料性能符合标准中一等品的指标要求,并且其主要性能指标如延伸率、柔韧性、耐热性及粘结强度等远高于标准中规定的技术指标(见表5)。此外,通过抗开裂性测试结果和人工耐老化性试验结果可以看到,该防水涂料还具有较好的抗开裂性以及耐人工老化性。

抗开裂性测试结果:在(20+-2)ºC下,涂膜厚度0.4mm,基层裂纹宽度1.6mm,涂膜不开裂。
人工耐老化性试验结果:在6 000 w 氙灯人工加速老化仪中,箱内温度35-45 ºC,相对湿度35-75%,黑板温度(55+-3)ºC,降雨周期12min/h,降雨压力0.03-0.1MPa 条件下,经过1500h 循环,涂层无剥落、皱皮、粉化、起泡现象。

3.结语
(1)选用氟碳乳液对膨润土乳化沥青进行改性,使其低温柔韧性、延伸率、抗裂性、粘结性以及耐老化性等性能均得到了显著提高,进一步扩大了它的应用范围。
(2)氟碳乳液改性膨润土乳化沥青施工简便,可以在潮湿的基层上施工。并且与基层粘结紧密,易于在复杂部位施工。不仅适用于新建房屋防水,更可用于屋面、墙体的维修补漏等。

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