水性建筑防水涂料的现状与发展

data-full-width-responsive="true"> 0 前言近年来，随着水基防水涂料产品性能、应用经验的提高与积累，产品年增长率一直保持上升趋势。尽管溶剂型聚氨酯防水涂料具有优异的综合性能，达到一级防水效果；但因产品组成中含有蒽、萘、酚、有机溶剂等有害物质，其应用范围已受到了越来越多的限制。而水基建筑防水涂料以水为载体，安全环保，适应多种异型截面建筑基层的防水工程。当安全、环保成为人类生存与发展第一需要时，现代工业的发展必以此为基本原则。水基防水涂料用水替代了溶剂型防水涂料中大量的有机溶剂，符合绿色低碳环保要求，随着产品技术水平的不断提高，将为建筑防水工程提供更坚实的保障。1 防水机理水基建筑防水涂料防水机理有涂膜防水与疏水防水两种。涂料施工后，随着水的挥发，乳胶颗粒相互挤压、凝结成致密的涂膜。这种利用涂膜来阻挡水分子渗透或水透过的方法称为涂膜防水。尽管融合凝结而成的高分子涂膜分子间存有一定的间隙，但水分子受到氢键作用，通常是以缔合态存在，缔合后的水分子是难以通过涂膜的。水基聚合物分子结构自带亲水基团，长时间浸水的聚合物涂膜会慢慢溶胀，影响防水效果；所以单独的水基涂膜并不能完全挡住水。为了提高聚合物的疏水性，通常把疏水基团引入聚合物的分子结构，增强聚合物自身的疏水性，使水分子与涂膜不相容，防止水分子渗透。这种利用疏水基团阻挡水透过的方法称为疏水防水。2 研究现状环保型防水涂料在欧美等工业发达国家的应用已占相当的比例。他们在积极发展乳液型高固含聚合物改性沥青及合成高分子防水涂料的同时，又开发了粉体水泥基无机渗透结晶型防水涂料。据报道：1942年，德国化学家Jensen为了解决水泥船的渗漏问题，发明了水泥渗透结晶型防水涂料，日本于1965年引入该体系。Jasperson等开发的水乳型丙烯酸聚合物及其防水涂料，乳液用量高于40%，主要用于屋面与外墙防水，有很高的弹性与延伸率、很好的耐久性；Meddaugh等研制了有机硅类水乳型防水涂料，采用的乳液以羟基封端的阴离子型聚二有机硅氧烷为基础，涂膜弹性高，涂于砌筑墙表面，可抵抗外表面较大的水压；Rodgers等开发了柔性双组分聚合物改性水泥基防水涂料，涂膜有优异的阻燃性、隔热性、耐化学腐蚀性；美国亨瑞公司在开发应用乳液沥青防水涂料的基础上，成功开发了能适应潮湿基层或雨中施工的高固含改性氧化沥青防水涂料。我国防水涂料始于20世纪60年代的乳化沥青防水涂料，起初采用石灰分散乳化，但产品性能不佳，应用效果不好；70年代开发了非离子、阴离子及阳离子膨润土(石棉)改性的乳化沥青防水涂料，该体系涂料黏度稠厚，适合厚层施工，可满足一般屋面的防水，在当时得到了推广应用；但由于防水层使用年限短、性能差、污染环境、影响施工人员身体健康，现已列入淘汰产品，用量越来越少；之后又开发了水乳型聚合物改性沥青防水涂料：中期开发了氯丁橡胶改性法，末期开发了再生胶改性法，80年代后开发出了阳离子型氯丁橡胶改性法、SBS、丁腈胶改性法，2000年山西省建筑科学研究院研制了水基聚氨酯改性沥青防水涂料。90年代，随着国外防水用丙烯酸乳液及其涂料在国内的大力推广，相继出现了乳液型丙烯酸酯、硅橡胶、乙烯醋酸乙烯聚合或共聚的合成高分子单组分防水涂料及用合成高分子乳液与水泥、石英砂等组成的双组分聚合物改性水泥基防水涂料。上海复旦大学材料科学系研制的丙烯酸酯防水涂料，1991至1994年期间，在深圳火车新客站的篷面、复旦大学微分析中心楼的屋面、上海华富大厦等屋面上得到了应用；成都健生化工有限公司研制生产了高性能新型绿色环保丙烯酸酯防水涂料；武汉现代工业技术研究院成功研制开发的新型水泥基防水涂料，兼有VAE防水涂料的高耐渗性和丙烯酸乳液的耐候性、耐久性及有机硅的强基体渗透性诸多优点，同时还解决了与水泥的相容性问题，掺加到水泥中可制成水泥防水砂浆。90年代初，一些国外品牌的水泥基渗透结晶型防水涂料开始进入国内市场；中期开始用国外引进的活性渗透结晶母料自主生产水泥渗透结晶型防水涂料。许多科研院校开始着手活性母料的研发，特别是国家标准GB 18445－2001《水泥基渗透结晶型防水涂料》的实施，极大地推动了该技术的研发进程，但我国的水泥基渗透结晶型防水涂料还处于初期应用阶段，与美国、日本相比，性能还有待进一步的提高。综上所述，水性防水涂料有水基与粉体两种类型(如图1所示)。3 新型水性建筑防水涂料的特性31 聚合物改性乳化沥青防水涂料聚合物改性乳化沥青防水涂料以高分子改性乳化沥青为成膜基料。涂膜在柔韧性、抗开裂性、拉伸强度、耐温变性、耐老化性等方面比原有涂层有很大改观。而外加水泥后，涂层的耐水性、耐久性、力学性能更加优异。目前，用于改性的聚合物有丁苯橡胶、氯丁橡胶、SBS及再生橡胶等，改性后的涂层干性快、工期短、牢固强，对基层、沥青混凝土面层具有双向黏结性，适用于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级防水，达到桥面、路面防水效果。32 乳液型高分子防水涂料321 单组分乳液型防水涂料单组分乳液型防水涂料成膜粒子粒径细、渗透性好、性能稳定、施工方便、易成膜；涂装后随着水分的挥发，凝结成致密的弹性膜，阻隔水及水分子的渗透，可满足建筑工程的防水需要，主要有：(1)丙烯酸酯类防水涂料：采用均聚、共聚丙烯酸酯乳液为基料，涂层具有优异的耐光性、耐候性，通过控制颜填料、助剂的规格型号与添加量，可做成不同延伸率、不同抗拉强度与低温柔韧性的彩色防水涂层，可在潮湿无积水的表面施工，适应多种基面的防水要求；亦可做成同时具备防水、隔热、装饰功能。(2)乙烯醋酸乙烯共聚物防水涂料：该体系以乙烯-醋酸乙烯共聚乳液为成膜基料，含一定量的改性剂。性能类似于丙烯酸酯类，但耐热性相对差些，热老化后易变硬；随着涂层强度的提高，延伸率降低、变脆。(3)有机硅类防水涂料：以硅树脂为成膜基料，施工后在基材表面形成一层不溶于水的网状高分子有机硅膜。涂膜有斥水与呼吸功能，透气不透水，具有抗污、耐候、抗老化性，含有涂膜防水与疏水防水双重机理，能抵御外表面较大的水压，适合砌筑墙面的防水。(4)硅橡胶防水涂料：以纳米复合改性硅橡胶乳液为成膜基料，对基层渗透力强，形成的涂层附着性强，具有优异的耐湿热、耐久性，能适应多种建筑基面的防水补漏。322 聚合物改性水泥基防水涂料聚合物改性水泥基防水涂料由液、粉两相组成。液料由水性聚合物乳液、颜填料、助剂、水等材料配制而成，聚合物乳液可采用苯丙、纯丙、EVA、石油沥青、改性沥青类乳液；粉料以水泥为主，适当搭配石英砂、绢云母、粉煤灰、重质碳酸钙等填料。GB/T 23445－2009《聚合物水泥防水涂料》产品标准中有Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型3种型号。Ⅰ型以有机聚合物为主，Ⅱ型、Ⅲ型以无机水泥为主；Ⅰ型产品的弹性、延伸率、抗开裂性比Ⅱ型、Ⅲ型好；反之，Ⅱ型、Ⅲ型产品的硬度、抗拉强度、透气性比Ⅰ型好。如市面的JS防水涂料、K11防水涂料。33 水泥基渗透结晶型防水涂料331 水泥基渗透结晶型防水涂料该体系是通过用活性母料改性硅酸盐水泥配制成的刚性粉体防水涂料。产品组成中的活性组分，在水的作用下，能迅速渗透到水泥结构的空隙中，与金属离子结合生成不溶于水的纤维状结晶体，充实毛细管空隙，形成密实的防水涂层。此涂层不仅增加了混凝土的密实度、强度，而且涂层的表面张力接近混凝土，与混凝土的黏结性特别好，不存在涂层与基材的剥离问题，同时还具有自我修复功能。可用于迎水面，也可用于背水面。332 水泥基整体结晶型防水涂料水泥基渗透结晶型防水涂料是刚性结构，在应力作用下，涂层有出现开裂的可能。该体系在原有基础上，通过添加具有保水功能的活性柔性物质，延缓涂层水化速度，降低涂层收缩率，使弹性结晶体充满水泥水化后的毛细管通道及裂隙中，堵塞渗水通道，减少细微裂缝的出现，增强涂层的均匀密实度与抗裂能力，解决水泥基渗透结晶型防水涂料因养护不好或受基层应力作用产生的开裂问题。4 结语乳液型涂料是通过乳胶颗粒相互挤压、融合而形成的连续膜，涂层分子间的作用力不及化学键牢固，涂膜致密度也比不上反应型涂层；且水性聚合物分子结构自带亲水基团，长期与水接触，涂层会缓慢吸水溶胀，影响涂层的抗渗水性。水泥渗透结晶型防水涂料涂膜为刚性，水泥水化过程中产生毛细管通道及裂隙，将减弱涂层的防水效果；涂层受基层应力作用也有产生裂隙的可能。建筑物因温差、地基沉降、结构设计、施工质量影响而产生的开裂现象时有报道，新旧建筑物的漏水、渗水问题已是建筑行业的主要质量问题之一。面对基材的开裂、水基涂层自身缺陷、消费者装饰需求的日益提高，未来防水涂料在大力推广发展节能环保型产品、提升涂层抗渗水性、抗拉强度、断裂伸长率、低温柔韧性、耐久性等性能的同时，将向隔热、保温、防腐、装饰等系列化功能性方向发展。