聚合物水泥防水涂料的性能与固化机理

1、聚合物水泥防水涂料
是以水性聚合物分散体和水泥为主的双组分防水涂料，两组分在现场搅拌成均匀、细腻浆料，涂刷或喷涂于基体表面，固化后可形成柔韧、高强的防水涂膜。这种涂料既有水泥类胶凝材料强度高、易与潮湿基面粘结，又兼有聚合物涂膜弹性大、防水性好的优点，尤其是以水作为载体，克服了沥青、焦油、有机溶剂型防水材料污染环境的弊端，是一种无毒无害、可湿作业、施工简便的新型绿色环保防水材料。它不仅适用于各种防水工程，还可用于修补工程、界面处理、混凝土防护、装饰、结构密封等。
试验研究和工程实践表明，目前市售的很多此类产品存在着以下不足：聚灰比大（即聚合物用量大）而弹性并不高，目前市售的JS通常液粉比10∶7（聚灰比=1～2），延伸率仅150%～250%；耐水性差，吸水率大，泡水肿胀，长期浸水后明显软化，强度下降；抗紫外线能力不强、耐候性差，一些产品在屋面暴露两三年后明显发硬，延伸率下降。据文献介绍：目前国内普遍生产和使用的JS聚合物水泥涂料高聚粉比产品（液粉比10∶7，延伸率>=150%），耐水指标大都不过关。因此，引起业内人士的一些误解，以为所有聚合物水泥类涂料都不适用于长期浸水工程部位。针对这种情况，我们进行了大量的试验研究工作，以期改进、完善它的性能，试验取得了较为理想的结果，进而研制出新一代PMC弹性聚合物水泥防水涂料。
2、技术路线
通常情况下，水泥基材料（与聚合物相比）具有优良的耐水性和耐候性。聚合物水泥防水涂膜耐水性、耐候性的优劣，主要取决于聚合物的品种、改性方法、聚灰比等因素。
（1）聚合物品种的选择及其改性处理
制备聚合物水泥防水涂料的聚合物种类很多，常用的有乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（VAE）、丙烯酸酯、共聚物、氯丁胶乳、丁苯胶乳、水性环氧和橡胶沥青等。因丙烯酸酯共聚物弹性好，其结构中存在着—COOR基团，通过交联改性，可使原有线形结构在成膜过程中形成立体网状交织结构，分子键能强，形成的大分子结构不易降解，这样涂膜抗紫外线、耐高温的能力就强，同时也减低了水分子进入高分子链间造成涂膜溶胀的程度。因此，从提高涂膜性能的角度出发，我们选用丙烯酸酯共聚物并对其进行交联改性处理，从而大大提高了聚合物-水泥体系的耐水性和耐候性。
（2）提高聚合物与水泥的化学键合
聚合物水泥复合材料体系可分为两类：一种是非反应型的聚合物，如氯丁胶乳、丁基胶乳、醋酸乙烯共聚乳液等，在复合材料结构中，聚合物成膜覆盖于水泥胶凝体表面或水泥水化物填充于聚合物网络之间，有机物和无机物仅为惰性地、机械式地相互填充。另一种则是反应型的聚合物，有两种反应形式：一是聚合物之间（或与硬化剂）的交联固化反应，从而形成大分子；二是聚合物活性基团与水泥水化产物之间发生了化学反应，形成以化学键结合的界面结构，通过界面增强导致材料性能的提高。通过适当的改性工艺，可大大加强聚合物与水泥水化产物的化学结合。研究表明：改性丙烯酸共聚乳液可与水泥水化生成的Ca（OH）2发生化学反应，生成以离子键结合的大分子网络交织结构，且随着水化龄期的延长，水化程度越高，这种反应生成物的量就越大。
含有—COOH等官能团的聚合物，能与水泥水化产物Ca2+发生作用，从而显著提高材料的强度和耐水性，所以国外将其称作反应型聚合物水泥基材料（RPMC）.RPMC是聚合物水泥复合材料的新成员，它是用活性聚合物、水泥、引发系统和集料制成的。与通常使用的聚合物乳液水泥材料不同之点在于，材料在结构形成过程中聚合物和水泥都起到了活性（反应）作用，由于聚合物与水泥界面存在化学键合，大大强化了界面结合，使界面承载能力提高，从而提高了界面韧性和断裂能，造就了优良的物理力学性能。
（3）降低聚灰比
如前所述，水泥相对于聚合物来说具有优良的耐水性和耐候性。那么，降低聚合物用量，提高水泥用量，也就是说降低聚灰比，可以在一定程度上改善聚合物水泥防水涂膜的耐水性和耐候性。但问题是，降低聚灰比将会导致断裂延伸率的大幅度下降，而实际工程要求聚合物水泥涂料必须具备良好的弹塑性、延伸率，以适应建筑结构因沉降、位移、干缩、热胀冷缩等造成的变形。
目前聚合物水泥类涂料产品，分为高弹和低弹两种类型。据文献[6]介绍：高弹型的（断裂伸长率≥150%）JS配比为液料∶7，聚灰比一般≥粉料=10∶1，甚至超过2，这样高的聚合物用量，不但成本高，而且造成耐老化、耐水性等方面的缺陷；低弹型的（断裂伸长率≥80%），聚灰比在0.6左右。那么，能不能在技术上有所突破，即在低聚灰比的情况下做出高弹性的产品呢？
3、PMC的组成及其技术性能
PMC聚合物水泥防水涂料的液料是以高耐久水性聚合物分散体为主体，经过特殊化学改性并附以多种助剂和水而成；粉料则由水泥、活性和非活性填料、外加剂等组成。通过大量的正交试验，我们确定了最佳的材料组成和工艺，其技术性能如下：
（1）耐水性
将聚合物水泥涂料按配比搅拌成浆料，分3～4层涂刷于平整的塑料板上，形成1.5mm厚的涂膜，经7天标准养护，测定其强度和延伸率，然后将涂膜浸泡在水中，测定其吸水率和湿膜强度。
（2）不同粉液比PMC的强度和延伸率
对于PMC聚合物水泥防水涂料，粉料用量越大（意味着成本越低），断裂延伸率越小；而强度初期随着粉料用量的增加而上升，但当液粉比达到10∶15以后，随着粉料的进一步增加，强度开始下降。这是由于细粉料比表面积加大，聚合物不能有效地包裹水泥粉料导致界面效应下降所致。综合技术和经济两方面的因素，PMC的最佳液粉比为10∶15，在这一比例下，标准养护7d，强度2.03MPa，断裂延伸率402%.按行标检测（标准养护7d+50℃24h），强度2.96MPa，断裂延伸率307%，综合性能明显优于目前市售的一些JS涂料产品。
（3）耐候性、耐碱性、耐热性及其它性能经国家建材测试中心检测，新一代PMC具有极佳的抗紫外能力，老化500h，强度、延伸率保留率≥90%（行标要求：老化250h，强度、延伸率保留率≥80%）.同时，它还具有良好的耐碱性、耐热性及其它性能。
4、结语
聚合物水泥防水涂料是近年来兴起的一种绿色环保防水材料，它是国家建设部重点推荐的防水材料之一，属国家大力提倡的绿色环保型产品。它具有高强、柔韧、无接缝、整体性好、透气不透水、粘结力强、不空鼓、抗冻融、耐高温、耐腐蚀、冷施工、可湿作业、施工简便、无毒无害、绿色环保等优点。
与目前市售的同类产品相比，新一代PMC弹性聚合物水泥防水材料各方面的性能，尤其是耐水性、耐候性有了大幅度提高。它具有以下特长：
（1）新一代PMC防水材料聚合物用量少、成本低、聚灰比低、弹性大（断裂延伸率≥200%）、改性效率高（目前市售的JS使用配比为液料∶粉料=10∶7，而PMC高弹Ⅰ型为液料∶粉料=10∶15，低弹Ⅱ型为10∶30，也就是说PMC使用的粉料量、水泥量更多，聚合物用量少，即聚灰比更低，而弹性却高于前者）.
（2）与目前市售的同类产品JS相比，PMC的吸水率大幅度降低（24h吸水率仅为JS的1Π5左右），高耐水、泡水不肿胀，浸水后拉伸强度保持率高。
（3）PMC是以水泥基无机材料为主的（无机材料约占80%，有机物仅占20%），再加上PMC使用的是高耐久聚合物（有20年应用实例），未采用耐水性、耐老化不佳的非交联型聚合物，因而PMC具有更好的耐老化性、耐水性和耐久性。检测结果：老化500h，强度、延伸率保留率≥90%.
PMC经国家建材测试中心和各地质检部门检测，各项性能符合国内外有关标准规范的要求，并已成功地应用于全国各地许多重点或大型工程，取得了满意的防水效果。PMC防水材料原材料来源较为广泛，价格适中，性能优异，施工简便，无毒无害，定会有广阔的应用前景。
威海旭亿建筑防水工程有限公司 13287819580威海防水堵漏工程 13287819580
聚合物水泥防水涂料的性能与固化机理
1、聚合物水泥防水涂料
是以水性聚合物分散体和水泥为主的双组分防水涂料，两组分在现场搅拌成均匀、细腻浆料，涂刷或喷涂于基体表面，固化后可形成柔韧、高强的防水涂膜。这种涂料既有水泥类胶凝材料强度高、易与潮湿基面粘结，又兼有聚合物涂膜弹性大、防水性好的优点，尤其是以水作为载体，克服了沥青、焦油、有机溶剂型防水材料污染环境的弊端，是一种无毒无害、可湿作业、施工简便的新型绿色环保防水材料。它不仅适用于各种防水工程，还可用于修补工程、界面处理、混凝土防护、装饰、结构密封等。
试验研究和工程实践表明，目前市售的很多此类产品存在着以下不足：聚灰比大（即聚合物用量大）而弹性并不高，目前市售的JS通常液粉比10∶7（聚灰比=1～2），延伸率仅150%～250%；耐水性差，吸水率大，泡水肿胀，长期浸水后明显软化，强度下降；抗紫外线能力不强、耐候性差，一些产品在屋面暴露两三年后明显发硬，延伸率下降。据文献介绍：目前国内普遍生产和使用的JS聚合物水泥涂料高聚粉比产品（液粉比10∶7，延伸率>=150%），耐水指标大都不过关。因此，引起业内人士的一些误解，以为所有聚合物水泥类涂料都不适用于长期浸水工程部位。针对这种情况，我们进行了大量的试验研究工作，以期改进、完善它的性能，试验取得了较为理想的结果，进而研制出新一代PMC弹性聚合物水泥防水涂料。
2、技术路线
通常情况下，水泥基材料（与聚合物相比）具有优良的耐水性和耐候性。聚合物水泥防水涂膜耐水性、耐候性的优劣，主要取决于聚合物的品种、改性方法、聚灰比等因素。
（1）聚合物品种的选择及其改性处理
制备聚合物水泥防水涂料的聚合物种类很多，常用的有乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（VAE）、丙烯酸酯、共聚物、氯丁胶乳、丁苯胶乳、水性环氧和橡胶沥青等。因丙烯酸酯共聚物弹性好，其结构中存在着—COOR基团，通过交联改性，可使原有线形结构在成膜过程中形成立体网状交织结构，分子键能强，形成的大分子结构不易降解，这样涂膜抗紫外线、耐高温的能力就强，同时也减低了水分子进入高分子链间造成涂膜溶胀的程度。因此，从提高涂膜性能的角度出发，我们选用丙烯酸酯共聚物并对其进行交联改性处理，从而大大提高了聚合物-水泥体系的耐水性和耐候性。
（2）提高聚合物与水泥的化学键合
聚合物水泥复合材料体系可分为两类：一种是非反应型的聚合物，如氯丁胶乳、丁基胶乳、醋酸乙烯共聚乳液等，在复合材料结构中，聚合物成膜覆盖于水泥胶凝体表面或水泥水化物填充于聚合物网络之间，有机物和无机物仅为惰性地、机械式地相互填充。另一种则是反应型的聚合物，有两种反应形式：一是聚合物之间（或与硬化剂）的交联固化反应，从而形成大分子；二是聚合物活性基团与水泥水化产物之间发生了化学反应，形成以化学键结合的界面结构，通过界面增强导致材料性能的提高。通过适当的改性工艺，可大大加强聚合物与水泥水化产物的化学结合。研究表明：改性丙烯酸共聚乳液可与水泥水化生成的Ca（OH）2发生化学反应，生成以离子键结合的大分子网络交织结构，且随着水化龄期的延长，水化程度越高，这种反应生成物的量就越大。
含有—COOH等官能团的聚合物，能与水泥水化产物Ca2+发生作用，从而显著提高材料的强度和耐水性，所以国外将其称作反应型聚合物水泥基材料（RPMC）.RPMC是聚合物水泥复合材料的新成员，它是用活性聚合物、水泥、引发系统和集料制成的。与通常使用的聚合物乳液水泥材料不同之点在于，材料在结构形成过程中聚合物和水泥都起到了活性（反应）作用，由于聚合物与水泥界面存在化学键合，大大强化了界面结合，使界面承载能力提高，从而提高了界面韧性和断裂能，造就了优良的物理力学性能。
（3）降低聚灰比
如前所述，水泥相对于聚合物来说具有优良的耐水性和耐候性。那么，降低聚合物用量，提高水泥用量，也就是说降低聚灰比，可以在一定程度上改善聚合物水泥防水涂膜的耐水性和耐候性。但问题是，降低聚灰比将会导致断裂延伸率的大幅度下降，而实际工程要求聚合物水泥涂料必须具备良好的弹塑性、延伸率，以适应建筑结构因沉降、位移、干缩、热胀冷缩等造成的变形。
目前聚合物水泥类涂料产品，分为高弹和低弹两种类型。据文献[6]介绍：高弹型的（断裂伸长率≥150%）JS配比为液料∶7，聚灰比一般≥粉料=10∶1，甚至超过2，这样高的聚合物用量，不但成本高，而且造成耐老化、耐水性等方面的缺陷；低弹型的（断裂伸长率≥80%），聚灰比在0.6左右。那么，能不能在技术上有所突破，即在低聚灰比的情况下做出高弹性的产品呢？
3、PMC的组成及其技术性能
PMC聚合物水泥防水涂料的液料是以高耐久水性聚合物分散体为主体，经过特殊化学改性并附以多种助剂和水而成；粉料则由水泥、活性和非活性填料、外加剂等组成。通过大量的正交试验，我们确定了最佳的材料组成和工艺，其技术性能如下：
（1）耐水性
将聚合物水泥涂料按配比搅拌成浆料，分3～4层涂刷于平整的塑料板上，形成1.5mm厚的涂膜，经7天标准养护，测定其强度和延伸率，然后将涂膜浸泡在水中，测定其吸水率和湿膜强度。
（2）不同粉液比PMC的强度和延伸率
对于PMC聚合物水泥防水涂料，粉料用量越大（意味着成本越低），断裂延伸率越小；而强度初期随着粉料用量的增加而上升，但当液粉比达到10∶15以后，随着粉料的进一步增加，强度开始下降。这是由于细粉料比表面积加大，聚合物不能有效地包裹水泥粉料导致界面效应下降所致。综合技术和经济两方面的因素，PMC的最佳液粉比为10∶15，在这一比例下，标准养护7d，强度2.03MPa，断裂延伸率402%.按行标检测（标准养护7d+50℃24h），强度2.96MPa，断裂延伸率307%，综合性能明显优于目前市售的一些JS涂料产品。
（3）耐候性、耐碱性、耐热性及其它性能经国家建材测试中心检测，新一代PMC具有极佳的抗紫外能力，老化500h，强度、延伸率保留率≥90%（行标要求：老化250h，强度、延伸率保留率≥80%）.同时，它还具有良好的耐碱性、耐热性及其它性能。
4、结语
聚合物水泥防水涂料是近年来兴起的一种绿色环保防水材料，它是国家建设部重点推荐的防水材料之一，属国家大力提倡的绿色环保型产品。它具有高强、柔韧、无接缝、整体性好、透气不透水、粘结力强、不空鼓、抗冻融、耐高温、耐腐蚀、冷施工、可湿作业、施工简便、无毒无害、绿色环保等优点。
与目前市售的同类产品相比，新一代PMC弹性聚合物水泥防水材料各方面的性能，尤其是耐水性、耐候性有了大幅度提高。它具有以下特长：
（1）新一代PMC防水材料聚合物用量少、成本低、聚灰比低、弹性大（断裂延伸率≥200%）、改性效率高（目前市售的JS使用配比为液料∶粉料=10∶7，而PMC高弹Ⅰ型为液料∶粉料=10∶15，低弹Ⅱ型为10∶30，也就是说PMC使用的粉料量、水泥量更多，聚合物用量少，即聚灰比更低，而弹性却高于前者）.
（2）与目前市售的同类产品JS相比，PMC的吸水率大幅度降低（24h吸水率仅为JS的1Π5左右），高耐水、泡水不肿胀，浸水后拉伸强度保持率高。
（3）PMC是以水泥基无机材料为主的（无机材料约占80%，有机物仅占20%），再加上PMC使用的是高耐久聚合物（有20年应用实例），未采用耐水性、耐老化不佳的非交联型聚合物，因而PMC具有更好的耐老化性、耐水性和耐久性。检测结果：老化500h，强度、延伸率保留率≥90%.
PMC经国家建材测试中心和各地质检部门检测，各项性能符合国内外有关标准规范的要求，并已成功地应用于全国各地许多重点或大型工程，取得了满意的防水效果。PMC防水材料原材料来源较为广泛，价格适中，性能优异，施工简便，无毒无害，定会有广阔的应用前景。