钟丁浩1，Andreas Bauer2，王益华1
（1.瓦克化学（中国）有限公司，上海200233；2.瓦克化学博格豪森，德国）
摘要：采用α硅烷改性聚醚作为基础聚合物，碳酸钙为主要填料，添加各种助剂，制备了一种单组分湿气固化型防水涂料，探讨了该防水涂料的各项性能，并与传统的聚氨酯，丙烯酸防水涂料进行了对比。结果表明，该防水涂料综合性能优良,且具有环保,耐候等独特性能，具有较好的应用前景。
关键词：硅烷改性聚合物；α硅烷改性聚醚；防水涂料
0 前言
防水涂料是建筑功能材料的重要组成部分之一。在建筑施工中，防水涂料主要在建筑物表面形成一道防水层，以达到防水和抗渗漏的目的，因此，防水涂料的性能及选择直接关系到建筑物的使用效果及使用寿命。目前，市场上的防水涂料主要为聚氨酯防水涂料、丙烯酸防水涂料、JS 防水涂料等产品。其中，聚氨酯防水涂料力学性能优异、防水性能好，但耐候性能欠佳，高温、高湿环境施工易起泡，对基材的干燥程度要求较高，并且可能含对人体有害的游离异氰酸酯；丙烯酸防水涂料耐候性及环保性较好，但涂膜的耐水性较差，在低温和高湿条件下施工困难；JS 防水涂料易于与潮湿基层粘接，施工方便，但也存在低温难施工的问题。随着生活质量的提高，人们对环保的要求越来越高，因此，市场上更需要低气味、无溶剂、环保的高性能防水涂料。
硅烷改性聚合物是一种新型高分子材料，通常分为硅烷改性聚醚和硅烷改性聚氨酯两大类。聚合物主链为大分子聚醚或者聚氨酯预聚体，由异氰酸酯硅烷或氨基硅烷封端而成，其固化机理为湿气固化，与外界潮气反应产生交联网状结构。基于硅烷改性聚合物树脂制备的胶粘剂或涂料，兼具有机硅和聚氨酯的综合性能。
本研究制备了一种基于硅烷改性聚合物的新型单组分湿气固化防水涂料，其主树脂是硅烷改性聚合物，另外添加填料、交联剂、稳定剂等助剂，通过与空气中的水气反应，形成硅—氧—硅立体交联结构。
1 α 硅烷改性聚合物
本研究选用的新型硅改性聚合物是一种α 硅烷封端聚合物，其主链是柔软的聚醚链段，两端接上含异氰酸酯基团的α 硅烷。α 硅烷封端聚合物指的是封端硅烷上有机官能团与硅氧烷之间通过极短的亚甲基基团连接，如图1 的分子结构所示，当n=1 的时候，称之为α 硅烷封端聚合物。由于α 硅烷中，推电子基团仅被一个亚甲基所阻隔，因此交联反应速度大大提高，在一般的配方体系中无需锡类催化剂即可正常固化，极大提高了其环保性能。
图2 是α 硅烷改性聚合物与常规聚氨酯预聚体的黏度对比。由图2 可以看出，新型α 硅烷改性聚合物的黏度约为700 mPa·s，而常规基于MDI 或IPDI制备的聚氨酯预聚体树脂的黏度为7 000 mPa·s。新型硅烷改性聚合物黏度较低，制备防水涂料时配方体系有较大的调整空间；且配方体系可不用溶剂或增塑剂去稀释，对于终端使用来说，可减少小分子迁移等影响使用寿命的不利因素。另外，体系不含溶剂，更低气味，且更环保。
2 新型硅烷改性聚合物防水涂料
根据具体应用需求，采用α 硅烷改性聚合物可以制备透明防水涂料或含填料的防水涂料。α 硅烷改性聚合物为主体树脂，添加填料及硅烷等助剂，制备了一种含填料的单组分无溶剂防水涂料，其配方如表1 所示。
配方中不同成分及含量对最终涂膜的性能有不同影响：
1）硅烷改性聚合物作为主体树脂，决定了涂膜的主要力学性能及老化性能。主体树脂在配方中含量较高，其黏度对于成品涂料的黏度有很大影响，对比其他类型的树脂，α 硅烷改性聚合物的黏度较低，具有较好的工艺及施工性能。
2）在配方中，除水剂通常选用乙烯基类硅烷，该类硅烷可与水较快反应，从而保护主体树脂，提高涂料的储存稳定性。但是，除水剂不可添加过多，否则所生成的涂膜较硬。除水剂用量通常以1%～3%为宜。
3）填料作为配方主成分之一，对涂膜的力学性能及老化性能也有很大影响。选用重质碳酸钙作为填料，可降低涂膜成本，同时具有较好的力学性能。在制备涂料时需注意填料的含水率不可太高，否则会影响涂料的储存稳定性。在一些特殊应用场合，可部分采用氢氧化铝作填料，以提高涂料的阻燃性能。
4）在硅烷改性体系中，有机功能性硅烷有着多重作用，首先，作为附着力促进剂提高与基材的粘结效果；其次，作为交联剂在涂料的成膜反应中起着重要作用。本研究选用的氨基硅烷，因其所呈现的碱性，在涂膜固化反应中起着催化剂作用，因而，不用另外添加有机锡催化剂。
5）为了防止填料过度沉降，也会添加一部分气相白炭黑作为防沉剂；若防水涂料用于户外，通常会加入光稳定剂，以提高耐候性能。
根据该配方制备的防水涂料性能如表2 所示。
由表2 可以看出，该硅烷改性聚合物防水涂料在无溶剂存在的情况下，黏度依然可以保持在较低水平，从而给施工带来较大便利。该硅烷改性聚合物防水涂料反应速度较快，在无有机金属催化剂的情况下，依然可以快速固化及脱粘。这是由于新型α 硅烷封端聚合物分子结构空间位阻小、硬度较高，同时还具有较好的弹性。由于聚合物主链不含苯环，以及引入的有机硅成分，极大提高了该硅烷改性聚合物防水涂料的耐候性；在实际应用中，也可以根据具体要求，额外添加耐老化助剂以进一步提高老化性能。选择市面上常售的一款单组分聚氨酯防水涂料，与该硅烷改性聚合物防水涂料进行性能比较，结果如图3 所示，其中，WP1 为硅烷改性聚合物防水涂料，PU 为单组分聚氨酯防水涂料。由图3 可以看出，硅烷改性聚合物防水涂料拉伸强度与单组分聚氨酯防水涂料接近，抗撕裂强度稍弱。实际应用时，若需更高的撕裂强度，可添加聚酯型无纺布。在用量上，施工约2 mm 厚度，硅烷改性聚合物防水涂料与聚氨酯防水涂料的用量相当。由此可见，该硅烷改性聚合物防水涂料与常规单组分聚氨酯防水涂料的力学性能接近。将硅烷改性聚合物防水涂料与其他防水涂料进行对比，如表3 所示。
从表3 可以看出：1）硅烷改性聚合物防水涂料的粘接范围较广，除了可以较好地粘接常规基材如混凝土外，还可以粘接特殊基材如卷材；而聚氨酯防水涂料通常需要使用底涂。
2）在潮湿基材界面上直接施工时，传统聚氨酯防水涂料往往会由于其主链异氰酸酯基团与水反应产生的二氧化碳不能及时排出导致明显的鼓泡现象；而新型硅烷改性聚合物因其特殊固化机理以及良好透气性，不会出现鼓泡现象。另外，在寒冷条件下使用时，聚氨酯防水涂料固化较慢，影响施工进度；丙烯酸防水涂料因有最低成膜温度要求，故无法在低温下成膜；而新型硅烷改性聚合物防水涂料固化较快，同时成膜性良好。
3）由于硅烷改性聚合物不含游离的异氰酸酯，并且在制备防水涂料时可不加溶剂及增塑剂，不加有机锡金属催化剂，故硅烷改性聚合物防水涂料的环保性较好，成品无危险性标签。
4）因为聚氨酯预聚体黏度较大，在制备防水涂料时需加入部分溶剂以调节黏度，而丙烯酸防水涂料含20%~50%水，故两者的固含量较低；而新型硅烷改性聚合物黏度较低，制备防水涂料时无需加入溶剂或增塑剂，固含量较高。
5）在生产过程中，由于新型硅烷改性聚合物黏度较低，生产容易控制，生产时无需额外加热，冷工艺便可生产，无需担心生产工艺复杂、黏度较高影响生产效率。
6）由于配方中可不添加有机锡催化剂，相比较聚氨酯防水涂料，硅烷改性聚合物防水涂料产品的存储稳定性更加优异。基于该新型α 硅烷改性聚合物的液体防水涂料，可上色，可涂刷施工，可无气喷涂，可以在房屋内部及周边广泛应用，如雨水槽防水处理、瓷砖下层防水涂层、露台或天井下方防水处理、屋顶防水、屋顶天窗及墙缝处防水处理等。
3 结语
采用α 硅烷改性聚合物为基础树脂，添加填料及各种助剂，制成一种新型单组分湿气固化型防水涂料。该防水涂料无溶剂，不添加有机金属催化剂，涂膜力学性能与常规聚氨酯防水涂料接近，又有良好的耐候性、环保性及施工性，具有较好的应用前景。
文章发表于《中国建筑防水》 - 2019年3月
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