作者| 叶至艺，谢元斌，刘燕
巴德富集团
摘要：本文主要探讨了在丙烯酸胶乳合成使用到的不同引发剂、单体配比、种类以及胶乳不同粒径对JS防水涂料吸水率的影响。研究表明：在聚合过程中使用过硫酸铵、单体配比苯乙烯：丙烯酸异辛酯：甲基丙烯酰胺=（5.0-5.5）：（4.0-4.5）：0.2、 粒径在220-250nm时使得JS防水涂料综合性能优异，吸水率低。
关键词：丙烯酸胶乳、JS防水涂料、吸水率
引 言
由于JS防水涂料刚柔并济，原材料易得，施工快速便捷、性价比高，市场占有量日趋增长。随着《建筑与市政工程防水通用规范》的公告，相关标准的修订，越来越多的客户对材料耐久及长期耐水性能、吸水率提出了更高的要求[1]。防水涂膜的耐水性能及吸水率主要来源于涂膜的空隙以及聚合物亲水物质对水分子的吸附与结合。据多年行业经验总结，由于不同聚合物胶乳特性及结构的差异，防水涂料耐水性能差异较大。目前市面常用于JS防水涂料的胶乳有丙烯酸类、丁苯类、VAE类及聚氨酯类[2]。即使是同种聚合物胶乳类型，由于聚合反应是个复杂的化学反应，加上聚合原材料的差异，使得 JS 防水涂料耐水性能也相差甚远。本文主要探讨了在丙烯酸胶乳合成使用到的不同引发剂、单体配比、种类以及胶乳不同粒径对JS防水涂料性能及吸水率的影响。
一、实验部分
1.1 试剂
胶乳制备所用到以下试剂：
乳化剂：十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、对苯乙烯磺酸钠，单体：苯乙烯（ST）、丙烯酸丁酯（BA）、丙烯酸异辛酯（2-EHA）、甲基丙烯酰胺（MAM），引发剂：过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵，烧碱（市售），去离子水。
JS涂料制备所用到以下试剂：
P.O 42.5硅酸盐水泥（海螺牌），雪花白 80-120目，重钙400目，消泡剂，自来水。
1.2 试验器材
5000mL四口烧瓶，冷凝管，温度计，水浴锅，搅拌器，蠕动泵，搅拌机，旋转粘度计，软管，不同容量烧杯若干，1000μm、2000μm制膜器，分散机，羊毛刷（市售）。
1.3 制备方法
考虑到聚合工艺的稳定性与可控性，本次实验使用到预乳化种子半连续聚合工艺。其聚合原理为自由基聚合反应，具体的反应机理[3]
1.3.1胶乳制备流程：
巴德富张研发[4]等研究得出，胶乳合成过程中，使用甲基丙烯酰胺合成的胶乳在JS防水涂料中综合性能最佳。本文主要探讨了在丙烯酸胶乳合成使用到的不同引发剂、单体配比、种类以及胶乳不同粒径对JS防水涂料性能及吸水率的影响，不再探究丙烯酰胺类单体的影响；并给出以下胶乳聚合基础配方，原料质量单位均为g（下同）。
表1胶乳聚合基础配方
1.3.1.1 预乳化液的制备
用适量的去离子水将一部分十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚以及对苯乙烯磺酸钠溶解在1000mL的烧杯中，启动分散机，转速为800r/min，分散10-15分钟。待所有乳化剂全部溶解后，边搅拌边依次加入苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯以及适量酰胺类单体、过硫酸盐，加完继续分散20min。
1.3.1.2 半连续滴加工艺以及试验具体步骤
当温度达到80-90℃时，取2%-5%预乳化液和适量的过硫酸盐水溶液加入，保温0.5小时。种子胶乳保温结束后，将剩余的预乳化液在5-6小时内滴加完成，保温1小时，降温至50℃以下用10%烧碱水溶液调pH值到8-9，350目滤布过滤出料。
1.3.2 JS防水涂料的制备
JS防水涂料配方见表2
表2防水涂料力学性能基础配方
在分散缸中加入定量水、胶乳、消泡剂、增稠剂，以300r/min的搅拌速度分散3min，将预先混合均匀的水泥、400目重钙以及雪花白加入，将转速调至700r/min继续分散5分钟，分散后取出放置消泡20min备用。
将制备好的JS防水浆料分别用1000μm和2000μm涂布器进行第一道和第二道制膜，制膜完成后按GB/T 23445-2009《聚合物水泥防水涂料》的养护方法进行处理，即得到JS防水涂料。
1.4 应用检测方法
1.4.1力学性能测试
无处理力学性能按GB/T 23445-2009《聚合物水泥防水涂料》的方法测试粘结强度与拉伸性能。
水处理力学性能GB/T 35609-2017《绿色产品评价防水与密封材料》B12.2.1的方法测试粘结强度与拉伸性能。
1.4.2 涂膜吸水率
将漆膜裁成25mm*50mm大小的长条，称量质量M0，放进水中浸泡168小时，取出后称量质量M1，计算吸水率（M1-M0）/M0*100%。
2结果与讨论
2.1胶乳粒径对JS防水涂料性能的影响
粒径作为胶乳的基本指标，首先会极大程度的影响水泥等粉料的润湿、分散及包裹；其次，胶乳的粒径也会影响聚合物的分子大小，宏观表现为直接影响防水涂膜的内聚力及力学性能；同时，粒径大小也会影响涂膜粒子间的堆积和成膜的致密程度，从而影响涂膜的吸水率及耐水性能。因此，根据表1的胶乳聚合基础配方，由于种子量越大，粒径相对越小；表3以不同种子量作为单一变量，设计出一系列不同粒径的探究实验。
表3 不同胶乳粒径的合成实验
表4 不同粒径的胶乳测试结果
从表4数据可知，粒径过小，胶乳对水泥及填料的润湿包裹差，从而拉伸性能下降；粒径过大，涂膜致密性较差，吸水率偏高。通过实验胶乳粒径在220-250nm（c0），浆料初始粘度合适施工，力学性能及吸水率达到较好的平衡。
2.2不同热分解催化剂对JS防水涂料性能的影响
因为催化剂为盐类物质，在涂膜中具有一定的吸湿作用，以下表5探究常用热引发催化剂（如：过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵）对耐水性能的影响。
表5 不同引发剂的合成实验
表6 不同引发剂的测试结果
通过表6结果可知，不同引发剂合成的胶乳的测试，引发剂对无处理性能的影响不大，但水处理强度保持率及吸水率用过硫酸铵最优（c2），因为铵盐引发剂的铵根离子在强碱条件下会变成氨气逐步挥发，减少涂膜水分子的吸附。
2.3不同单体配比对JS防水涂料性能的影响
由于丙烯酸酯类单体的酯基具有一定的亲水性，是涂膜吸水率的主要贡献者之一；同时，丙烯酸酯类单体的酯基在水泥等强碱条件下会发生水解，对JS防水涂料耐水性能的影响作用大，以下表7探究不同单体配比对耐水性能的影响。
表7 不同单体配比的合成实验
表8 不同单体配比的胶乳测试结果
通过表7、8结果可知，尝试不同单体配比胶乳的测试结果来看，随着丙烯酸异辛酯用量的上升，涂膜的拉伸性能保持率、吸水率逐步改善，单体配比达到实验组c24时，综合性能达到最优；当继续提升苯乙烯用量时，虽然涂膜吸水率会继续下降，但涂膜的力学性能反而下降，原因是玻璃化转变温度过高，柔韧性变差，从而导致涂膜的延伸率下降。由于目前涂料配方较为固定，水泥厂家的使用较为单一，在实验组c24单体配比下，可上下酌情调整用量来适配不同涂料及粉料的应用。因此，单体配比在苯乙烯：丙烯酸异辛酯：甲基丙烯酰胺=（5.0-5.5）：（4.0-4.5）：0.2时为最佳。
结 语
综上通过胶乳粒径、热引发催化剂及单体配比的研究表明：在聚合过程中使用过硫酸铵、单体配比，苯乙烯：丙烯酸异辛酯：甲基丙烯酰胺=（5.0-5.5）：（4.0-4.5）：0.2、 粒径在220-250nm时，使得JS防水涂料综合性能优异，吸水率低。
参考文献
[1]张勇. 全文强制防水通用规范引领行业技术发展[J].中国建筑防水.2023(01)
[2]贾建军. 不同类型聚合物乳液防水涂料性能研究[J].新型建筑材料[J].2019(05)
[3]曹同玉，刘庆普，胡金生. 聚合物乳液合成原理性能及应用[M].北京:化学工业出版社,1999.
[4]张研发，李仕军，叶至艺，刘燕. 浅析-CONH2对JS防水涂料性能的影响[J].2021(05)
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