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丙烯酸酯乳液及其防水涂料的研制及性能

来源:上海市建筑科学研究院 作者:郭 青 时间:2012-03-26 点击:
导读:合成了不同结构、不同配方的丙烯酸酯共聚乳液,配制了聚合物建筑防水涂料及聚合物水泥防水涂料,并进行了相关性能测试,讨论了影响性能的若干因素。
1 前言
近年来,由于环境保护法的颁布实施使聚合物防水涂料逐渐向以低污染的水乳型丙烯酸酯为基料的方向发展。本文进行了一系列乳液合成,考察了不同的玻璃化温度( Tg ) 、结构、引发剂用量、乳化剂用量等对弹性丙烯酸酯共聚乳液性能的影响及防水涂料的配制结果。

2 实验部分
2. 1 原料
丙烯酸丁酯,化学纯,上海化学试剂采购供应站;甲基丙烯酸甲酯,化学纯,中国五联化工厂;丙烯酸,化学纯,北京新光化学试剂厂;丙烯酸乙酯,工业级,上海试剂公司;丙烯酸乙基己酯,化学纯,上海试剂公司;甲基丙烯酸丁酯,化学纯,上海试剂公司;丙烯酸羟乙酯,工业级,上海试剂公司;功能单体,化学纯,上海试剂公司;引发剂,试剂级,上海试剂公司;乳化剂,工业级,上海试剂公司;保护胶,工业级,上海试剂公司;硅灰石粉等填(颜) 料,工业级,上海双达化工有限公司;水泥(425# ) ,工业级,市售;分散剂等助剂,工业级,上海双达化工有限公司。

2. 2  合成方法
本合成采用半连续乳液聚合及种子乳液聚合法。防水涂料配制工艺为:粉料及部分助剂高速分散后加入乳液及其余助剂低速搅拌配成涂料。乳液及防水涂料的试验配方如下:
乳液试验配方:
物料名称用量(wt)
丙烯酸丁酯65~95
甲基丙烯酸甲酯41~72
丙烯酸3~6
其它单体0~10
功能单体0~6
引发剂0. 4~0. 8
复合乳化剂4~8
保护胶0~10
去离子水150~180
防水涂料试验配方:
物料名称用量(wt)
填(颜) 料40~80
助剂4~8
乳液40~70
去离子水10~30

2. 3  性能测试
(1) 固含量:按GB 1725 - 79 (89) 法测定。
(2) 涂膜吸水率的测定:将乳液倒入培养皿成膜,静置7 天,于涂膜厚薄均匀后,裁减下2cm ×2cm大小的涂膜,用蒸馏水洗净,放在表面皿中,再放在烘箱中,50 ℃下烘干1h。取出放于干燥皿中冷却至室温,取出称重。称重后,放入蒸馏水中浸泡24h ,取出后用滤纸轻轻擦干,称重,求吸水率:
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其中:W1是涂膜干燥后的重量,W2是吸水后的重量
(3) 钙离子稳定性测定:按乳液∶CaCl2 溶液= 4∶1的比例,在乳液中加入5 %的CaCl2 溶液,静置48h后,看其是否有沉淀、析出或凝结。
(4) 涂膜的拉伸性能:按GBPT 16777 - 1997 标准测定。
(5) 涂膜的硬度:采用CYX2A 硬度仪测定。
(6) 低温柔性:将试样和φ10mm 的圆棒在规定温度的低温箱中放置2h ,开低温箱,迅速捏住试件的两端,在2~3s 内绕圆棒弯曲180°,记录试件表面弯曲处有无裂纹或断裂现象。
(7) 不透水性:按GBPT 16777 - 1997 测定。

3 结果与讨论
3. 1 Tg对丙烯酸酯乳液(膜) 的力学性能的影响
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由表1 可见,不同的Tg对膜(乳液) 的力学性能有很大影响。在一定范围内,随乳液的Tg 等值升高,膜的硬度亦基本等值升高,而拉伸强度与延伸率出现最大值。对于该类乳液,用作防水涂料时,选择Tg = - 3 ℃较为适宜。

3. 2  Tg对丙烯酸酯乳液体系化学稳定性的影响
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 在乳液的化学稳定性测试中,经常用对钙离子的稳定性来表示。
由表2 可见,不同的Tg对于乳液对钙离子的化学稳定性有影响。随着Tg 的逐渐升高,硬单体(甲基丙烯酸甲酯) 的含量上升,而甲基丙烯酸甲酯具有相对较大的极性,从而使得乳液的化学稳定性变差。

3. 3  引发剂用量对膜力学性能的影响
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注:引发剂变化时,其余组分配比不变, Tg不变由表3 可见,在相同Tg下,随引发剂的降低,涂膜的硬度、强度及延伸率均上升。这是因为引发剂量的减少,使体系中形成大分子的分子量增加,分子间作用力随之加大,从而使得强度、硬度均有所提高。同时分子链长,则柔性上升,使得延伸性上升。当然,引发剂量过低将会影响聚合速率。因此选择适当的引发剂用量是相当重要的。

3. 4  乳化剂含量对乳液P水泥稳定性的影响

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注:1. 该体系不含保护胶; 2. 乳化剂变化时,其余组分配比不变
由表4 可见,乳化剂的含量对乳液对水泥的稳定性有影响。乳化剂的增加,乳液对水泥的稳定性也上升。但乳化剂含量的增加会影响耐水性。

3. 5 乳液Tg及保护胶对乳液P水泥稳定性的影响
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注: Tg变化时,引发剂、乳化剂含量均不变
由表5 可见, Tg对水泥稳定性有影响。当Tg太低时,在不加保护胶时,乳液在水泥中将凝聚;而当加入保护胶后,则稳定性提高。

3. 6 乳液Tg对膜耐水性的影响
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 由表6 可见,不同Tg对涂膜吸水率有影响。随着Tg的升高,涂膜的吸水率逐渐降低。其原因是随硬单体比例增大,涂膜表面硬度增大且致密,而聚合物自身的内聚力也增大,从而使耐水性提高。

3. 7  核P壳结构对乳液性能的影响
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注:以上组分配比和Tg均相同
由表7 可见,在相同Tg下,核P壳结构的涂膜强度和硬度虽小于非核P壳结构,但延伸率则明显提高。这是由于所制得的壳层含有相对较多的软单体,使膜变软。这也预示着乳液的最低成膜温度(MFT) 将有所下降。

3. 8 防水涂料中填料量对涂料膜性能的影响
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由表8 可见,聚合物乳液防水涂料中粉料在一定范围内的增加使涂膜硬度上升,强度升高,延伸率降低。填料含量的增加,使其力学性能发生改变。当颜填料量增加到一定幅度时,颜填料对乳液的增强作用才显示出来。因此,防水涂料要体现良好的性能必须选择适当适量的填料。

3. 9 所研制的聚合物乳液建筑防水涂料性能检测
(按JCPT 864 - 2000 标准)
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 由表9 可知,以所合成的弹性乳液配制的防水涂料主体性能完全达到标准。
3. 10 所研制的聚合物水泥防水涂料性能检测(按JC/T 894 - 2001 标准)
由表10 可知,以所合成的弹性乳液配制的JS防水涂料主体性能完全达到标准。
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4  结论
(1) 对于丙烯酸酯共聚乳液,随着Tg的升高,涂膜的硬度、强度上升,延伸率降低。
(2) 随着Tg的逐渐升高,乳液对钙离子的稳定性也逐渐变差。
(3) 在相同Tg下,一定范围内,引发剂用量的减少,使涂膜的硬度、强度、延伸率均增加。因此对引发剂用量的选择十分重要。
(4) 在一定范围内,乳化剂量的增多,乳液对水泥的稳定性上升;乳液Tg增高,有利于乳液P水泥混合稳定性;在低Tg 下,可通过保护胶来稳定乳液与水泥的混合。
(5) 随着Tg的升高,涂膜的吸水率都逐渐降低,耐水性提高。
(6) 采用核P壳结构的种子聚合,能使乳液的延伸率、MFT 得到很好的调节。
(7) 随着颜填料量的增加,涂料的硬度、拉伸强度增大,而断裂延伸率降低。在一定的用量范围内,颜填料对乳液的增强作用比较明显。
(8) 以所研制的弹性乳液配制的涂料其主体性能完全达到标准,可分别用作聚合物乳液建筑防水涂料及聚合物水泥防水涂料。 
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