丙烯酸酯乳液及其防水涂料的研制及性能
第2期 化学建材31
建筑防水材料
丙烯酸酯乳液及其防水涂料的研制及性能
郭 青
(上海市建筑科学研究院,上海200032)
摘要: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。
关键词:丙烯酸酯共聚乳液;核 壳结构;防水涂料;JS防水涂料中图分类号:TU57
文献标识码:B
文章编号:1004-1672(2003)02-0031-03
DevelopmentandPerformanceofAcrylateEmulsionandItsWaterproofCoating GUOQing ShanghaiResearchInstituteofBuildingSciences
Abstract:Acrylatecopolymerizedemulsionsofdifferentstructureanddifferentformulasweresynthesized.Polymerarchitecturalwaterproofcoatingandpolymercementwaterproofcoatingwereprepared.Theirrelevantpropertiesweretestedandseveralfactorsinfluencingperformancewerediscussed.
Keywords:acrylatecopolymerizedemulsion; core-shellstructure; waterproofcoating; JSwaterproofcoating
1前言
近年来,由于环境保护法的颁布实施使聚合物
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:
物料名称丙烯酸丁酯甲基丙烯酸甲酯丙烯酸其它单体功能单体引发剂复合乳化剂保护胶去离子水
用量(wt)65～9541～723～60～100～60.4～0.84～80～10150～180用量(wt)40～804～840～7010～30
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。22.1
实验部分原料
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#
防水涂料试验配方:
物料名称填(颜)料助剂乳液去离子水
2.3 性能测试
(1)固含量:按GB1725-79(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,
32化学建材 2003年
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:
W2-W1
吸水率×100%
W1
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GB T16777-1997标准测定。
(5)涂膜的硬度:采用CYX-A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。33.1
(7)不透水性:按GB T16777-1997测定。
结果与讨论
Tg对丙烯酸酯乳液(膜)的力学性能的影响
表1
Tg对膜力学性能的影响
Tg(℃)
-18
硬度(A)强度(MPa)延伸率(%)
310.34/
-13450.67500
-8550.54950
-3651.9695
2761.55530
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
表3
引发剂用量对膜力学性能的影响
引发剂(g)0.45
硬度(A) 强度(MPa) 延伸率(%)
651.90695
0.3701.96950
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 水泥稳定性的影响
表4
乳化剂用量对水泥稳定性的影响
3不稳定
4稳定
乳化剂(%)乳液 水泥稳定性
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 水泥稳定性的影响
表5
Tg及保护胶对水泥稳定性的影响
Tg(℃)
-3
乳腋 水泥稳定性(不含保护胶)乳腋 水泥稳定性(含保护胶)
-8
-13
-18×
-22×
注:1.Tg按Gibbs-Dimarzio公式估算(以下同)2.Tg变化时,引发剂、乳化剂含量均不变
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
表2Tg(℃)
-18-13-8-32.7
Tg对钙离子稳定性的影响
钙离子稳定性
通过通过通过不通过不通过
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
表6 Tg对膜耐水性的影响
Tg(℃)
-18
-133.35
-82.35
-31.50
2.71.05
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,吸水率(%)4.55
6g。
第2期 化学建材33
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 壳结构对乳液性能的影响
表7
核 壳结构和非核 壳结构的力学性能比较
非核 壳结构
硬度(A)强度(MPa)延伸率(%)
761.55695
核 壳结构
630.56950
防水涂料主体性能完全达到标准。
表10
所制备的水泥涂料性能与JS防水涂料标准比较
标准(Ⅱ型)本涂料≥1.8≥80≥65
2.010072
实验项目拉伸强度(MPa)断裂延伸率(%)固含量(%)
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 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 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。参考文献:
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[4]李丹,钱峰,游波,武利民.新型丙烯酸脂防水乳液及涂料的研制
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[5]鲁德平,熊传溪.高分子乳化剂在丙烯酸酯乳液共聚物中的应用
[J].高分子材料科学和工程,2000,16(2):26-28.收稿日期:2003-02-10
作者简介:郭青,高级工程师,主要从事防水材料的研制及检测工作;单位地址:(200032)上海市宛平南路75号;联系电话:(021)64390809-362.
注:以上组分配比和Tg均相同
由表7可见,在相同Tg下,核 壳结构的涂膜强度和硬度虽小于非核 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
表8
乳液与填料配比对涂料膜性能的影响硬度(A)
1
#
强度(MPa)1.521.08
延伸率(%)
425583
8884
2#
注:1#粉料∶乳液中聚合物量=50∶502粉料∶乳液中聚合物量=40∶60
#
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JC T864-2000标准)
表9
所制备的涂料性能与防水涂料标准比较
标准(Ⅱ型)本涂料≥1.5≥300-20℃无裂纹
固含量(%)
不透水性 0.3MPa,0.5h
≥65不透水
1.5450-20℃无裂纹65不透水
实验项目拉伸强度(MPa)断裂延伸率(%)低温柔性 绕φ10mm
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 T894-2001标准)