無塵聚合物水泥防水涂料的研制

田翠，趙守佳，楊福成，張秀超

（美巢集團股份公司，北京 100076）

無塵聚合物水泥防水涂料的研制

田翠，趙守佳，楊福成，張秀超

（美巢集團股份公司，北京 100076）

確定了抑塵劑的選擇原則，選擇了合適的抑塵劑及與之相匹配的聚合物乳液，制備了無塵聚合物水泥防水涂料。該產(chǎn)品的技術性能和環(huán)保性能均符合國家標準的要求，在運輸、貯存和施工過程中很少甚至沒有粉塵產(chǎn)生，有利于環(huán)境保護和施工者的身體健康。

抑塵劑；無塵；聚合物水泥防水涂料

聚合物水泥防水涂料是雙組份揮發(fā)固化的防水材料，由液料和粉料組成。粉料在生產(chǎn)、包裝、貯存和使用過程中多多少少會產(chǎn)生揚塵，由于顆粒物具有多孔和可吸附性，成為各種氣體和有害物質的載體?？晌腩w粒物中含有有機化合物、金屬化合物、放射性物質等。含有有害物質的可吸入顆粒物進入人體會嚴重影響施工者的身體健康。

本文選擇抑塵劑和聚合物乳液，開發(fā)、研制了在儲存、運輸和使用過程中很少或沒有揚塵的無塵聚合物水泥防水涂料，如圖1所示。

圖1普通和無塵聚合物水泥防水涂料施工現(xiàn)場揚塵比較

1 試驗

1.1 試驗材料

苯丙乳液1由巴斯夫公司提供，苯丙乳液2及丁苯膠乳由阿科瑪公司提供，均不含有APEO類乳化劑。聚合物乳液的性能見表1。

表13 種聚合物乳液的性能

消泡劑、分散劑和防腐劑由北京興美亞化工公司提供。

水泥、重鈣和石英粉，市售。

抑塵劑從北京市化學試劑公司采購。

1.2 試驗的基本配方（見表2）

表2 試驗的基本配方

1.3 試驗方法

無塵聚合物水泥防水涂料的性能按GB/T 23445—2009《聚合物水泥防水涂料》進行測試。

對制得的聚合物水泥防水涂料進行揚塵效果評估，評估方法為：（1）稱取500g粉料放入280mm×400mm的塑料袋中。塑料袋中充滿空氣后擰緊封好，按下計時器，劇烈晃動60 s。（2）停止晃動，在通風櫥中立即打開塑料袋，目測塑料袋中及塑料袋口處揚塵的密度，評級如下：

0級—塑料袋中和塑料袋口處均沒有揚塵；

1級—塑料袋中有少許揚塵，無粉塵從塑料袋口處溢出；

2級—塑料袋口處有看得見的揚塵；

3級—塑料袋口處揚塵明顯。

粉料粒徑分布的測試：使用馬爾文Mastersizer 2000粒度分析儀，粉料不經(jīng)過任何處理，直接上料測試粒徑。其中一個聚合物水泥防水涂料粉料粒徑的測試結果見圖2。

圖2 樣品粒徑測試結果

粉料粉塵度測試：參考國際農(nóng)藥分析協(xié)會CIPAC MT171《顆粒狀制劑的粉塵度的測定方法》中的光學法進行，將一定量的粉料放在揚塵測定儀DustviewⅡ的錐形漏斗中，粉料通過管道垂直落于集塵箱中。由于粉料的自由落體運動及粉料與集塵箱底部撞擊，又反彈至空氣中。以通過集塵箱的光線衰減程度表示集塵箱中粉塵量，分別測試揚塵最大量和30 s后集塵箱中揚塵程度。粉塵度即為最大粉塵量和30 s時粉塵量的和。

2 抑塵劑的選擇

在聚合物水泥防水涂料粉料中，水泥和重鈣粉中有細微的顆粒（如粒徑小于50 μm的顆粒），在使用過程中這些微粒會飛揚到空氣中，形成揚塵，污染環(huán)境。在礦場，為防止公路揚塵，會向其表面噴撒抑塵劑[1]。Huber[2]在瓷磚膠中加入有機液體化合物，如直鏈或支鏈烷烴環(huán)烷烴，減少瓷磚膠在施工過程中的揚塵?；驹硎且恢碌?，即抑塵劑可以將很小的塵埃聚集到一起，形成較大的顆粒，起到抑塵效果。

聚合物水泥防水涂料對于抑塵劑的要求：

（1）反應惰性，不與粉料體系的組份反應。

（2）常壓下抑塵劑的沸點要高于250℃。

（3）抑塵劑的黏度要合適。在常溫下，抑塵劑不能太黏，以免粉料表觀上結團，也即通過抑塵劑的粘結，形成的顆粒不能太大。同時保證在用量一定時，抑塵劑可以均勻分布在粉料中。成垛碼放時，底層的粉料不能形成結塊。

（4）抑塵劑溶于水或部分溶于水，粉料和聚合物乳液與水混合后，抑塵劑溶于水中，完全或部分失去粘合能力，粉料具有良好的和易性，保證聚合物水泥防水涂料的質量。

（5）對聚合物水泥防水涂料的性能影響較小，沒有明顯的負作用。在粉料不揚塵的前提下，盡量少加抑塵劑。

（6）抑塵劑與粉料有良好的相容性，在儲運過程中，抑塵劑不析出，或不遷移至產(chǎn)品表面，污染包裝。

2.1 抑塵劑種類的選擇

許多有機化合物可作為抑塵劑，如酯類化合物、醇類化合物、烷烴、環(huán)烷烴、芳烴等。在抑塵劑的選擇實驗中，首先利用粉料揚塵的定性評估方法決定每個抑塵劑的使用量，使粉料的揚塵等級為0級，所配制的粉料沒有揚塵。然后測試無塵聚合物水泥防水涂料的性能，液料的組成為：聚合物乳液92份，消泡劑0.5份，防腐劑0.1份，水8份，液料和粉料的質量比為1∶2。結果見表3。

從表3可以看出，加入抑塵劑后，聚合物水泥防水涂料的性能有不同程度的下降。4#粉料和液料混合后，漿料表面有油花漂浮，說明該長鏈脂肪醇是混合物，含有低沸點的有機溶劑，將會產(chǎn)生有機揮發(fā)物釋放。6#涂膜中有油包裹的粉料顆粒，說明該抑塵本身黏度大，粘結力較強，會將微小顆粒粘連在一起，在和液料混合時，不易分散開。

綜合來講，試驗1#、2#和3#中的抑塵劑比較適合制備無塵聚合物水泥防水涂料。雖然三者制備的聚合物水泥防水涂料的物理性能較差，但是相應防水涂料的施工性非常好。抑塵劑和聚合物乳液有一個配伍的問題，在選定抑塵劑后，再對聚合物乳液進行確定。

表3 不同抑塵劑的聚合物水泥防水涂料的性能

2.2 抑塵劑對粉料揚塵的影響

粉塵在空氣中持續(xù)的時間長短與顆粒粒徑的平方成反比，即粒徑小的固體顆粒在空氣中停留的時間長，對人體的健康影響大。粉塵在潤濕的情況下，其粘滯性增加，粒間粘連能力強，將微小顆粒集聚成大塵團，從而控制揚塵。配制含不同種類的抑塵劑的聚合物水泥防水涂料的粉料，測量其粒徑大小及其分布，以評估抑塵劑的粘結作用，結果見圖3。

不同抑塵劑的粘結力不同，表現(xiàn)在同樣用量的條件下，體系中微小顆粒的數(shù)量稍有差別。從圖3（a）可以看出，隨著抑塵劑用量的增加，0.8 μm的微小顆粒含量逐漸減少，直至為0。由于抑塵劑的粘結力，微小顆粒粘結在一起形成較大的顆粒，或微小顆粒粘附在大顆粒的表面，微小顆粒的數(shù)量減少。對于圖3（b），對比樣中1.9 μm的顆粒數(shù)量少，而加入少量抑塵劑，1.9 μm的顆粒反而增多，從另一方面證明抑塵劑有將微小顆粒粘連在一起的作用。體系中微小顆粒粘連在一起，增加了1.9 μm顆粒的數(shù)量，若抑塵劑的用量繼續(xù)增多，塵粒的潤濕性增加，粘結力增大，1.9 μm的顆粒會粘連在一起，表現(xiàn)在1.9 μm的顆粒的數(shù)量逐漸減少。對于較大的顆粒（如11.5 μm以上），抑塵劑的粘結力不足于將其粘連，因此抑塵劑的

圖3 不同粒徑顆粒在粉料中所占的體積比

用量與體系中較大顆粒的數(shù)量沒有關聯(lián)[見圖3（c）]。

將二苯甲酸酯系列的聚合物水泥防水涂料的粉料在揚塵測定儀DustviewⅡ上測試的粉塵度，結果見表4。

表4 二苯甲酸酯用量與粉料粉塵度的關系

由表4可知，隨著二苯甲酸酯用量的增加，無論是揚塵最大值或是30 s揚塵值均有不同程度的減少。

聚合物水泥防水涂料粉料粉塵度切實反映粉料在使用過程中產(chǎn)生揚塵的可能性。若粉料的揚塵度小，則在儲運和使用過程中將產(chǎn)生少的揚塵，有利于操作者的身體健康，減少對環(huán)境的影響，保持施工現(xiàn)場清潔，減少對其它建筑部品的影響，尤其在家庭的二次裝飾裝修工程中，優(yōu)勢更加明顯。

3 無塵聚合物水泥防水涂料中聚合物乳液的選擇

抑塵劑一方面能夠將粉料中的微小顆粒粘連在一起，另一方面抑塵劑對防水涂料的成膜和涂料的性能起不同的作用。聚合物乳液單體的構成及其比例、乳化體系的不同，對同一種抑塵劑的反映也不同，如貯存穩(wěn)定性、涂膜的性能等。因此，在選定抑塵劑后要進行聚合物乳液的選擇。

首先選擇市場上供應充足的苯丙乳液或丁苯膠乳制備，使用抑泡性能優(yōu)異的無VOC釋放的消泡劑制備Ⅱ型聚合物水泥防水涂料的液料。按照表3中抑塵劑3的粉料配方（抑塵劑用量為1.6%），液料和粉料的質量比為1∶1.5制備無塵聚合物防水涂料，聚合物乳液對其性能的影響見表5。

表5 聚合物乳液對無塵聚合物水泥防水涂料性能的影響

由表5可見，苯丙乳液1與含二苯甲酸酯的粉料配伍性差，成膜性能差，導致防水涂膜表面裂紋較多，以至于無法進行防水涂膜物理性能的測試。復合聚合物乳液不僅防水涂膜的表面粗糙，而且防水涂膜的拉伸強度僅為1.46 MPa，沒有達到GB/T 23445—2009中Ⅱ型產(chǎn)品的標準要求。苯丙乳液2在施工性能和物理性能兩方面均表現(xiàn)良好，適宜于制備無塵Ⅱ型聚合物水泥防水涂料。

使用苯丙乳液2和含不同種類抑塵劑的粉料，以期制備出Ⅲ型聚合物水泥防水涂料，其性能見表6。

表6 不同種類抑塵劑對防水涂料性能的作用

抑塵劑二辛酯相應的產(chǎn)品在拉伸性能上具有較好的平衡，因此，探討抑塵劑二辛酯用量對聚合物水泥防水涂料性能的影響，結果見表7。

表7 抑塵劑二辛酯用量對防水涂料性能的影響

從表7可以看出，隨著抑塵劑二辛酯用量的增加，聚合物水泥防水涂料的拉伸強度逐漸降低，斷裂延伸率持續(xù)升高，拉伸粘結強度保持降低的趨勢。在保持聚合物水泥防水涂料在施工過程中不揚塵的前提下，盡量少加抑塵劑。抑塵劑二辛酯和抑塵劑二苯甲酸酯均為酯類化合物，是同系物，因此對聚合物水泥防水涂料性能的影響具有相似規(guī)律。

4 無塵聚合物水泥防水涂料的性能

使用苯丙乳液2和抑塵劑二苯甲酸酯制備Ⅱ型聚合物水泥防水涂料產(chǎn)品在施工過程中沒有揚塵產(chǎn)生，符合ISO 17025管理體系要求的實驗室檢測，產(chǎn)品性能符合GB/T 23445—2009中Ⅱ、Ⅲ型的各項要求（見表8），環(huán)保性能符合JC 1066—2008《建筑防水涂料中有害物質限量》的各項要求（見表9）。

表8 無塵聚合物水泥防水涂料的技術性能

表9 無塵聚合物水泥防水涂料的環(huán)保性能

在產(chǎn)品的制備過程中未使用鄰苯二甲酸酯類增塑劑來改進聚合物水泥防水涂料的柔韌性；Ⅱ型產(chǎn)品粉料的內、外照射指數(shù)分別小于0.2、0.3；有機揮發(fā)物未檢出，符合HJ457—2009《環(huán)境標志產(chǎn)品技術要求防水涂料》的要求；游離甲醛的含量最大為26.9 mg/kg，遠遠小于HJ 457要求的100 mg/kg。

無塵聚合物水泥防水涂料的施工工藝和方法與普通的聚合物水泥防水涂料相同，既可手工刮涂、滾涂和涂刷，也可機械噴涂施工。其應用范圍與普通的聚合物水泥防水涂料一致，可廣泛應用于家庭裝飾裝修的廁浴間、廚房、陽臺、露臺和游泳池等的防水施工。

5 結論

（1）在產(chǎn)品研制過程中，確定了適合聚合物水泥涂料的抑塵劑選擇原則，并以此原則選擇了聚乙二醇和二苯甲酸酯2種抑塵劑。

（2）確定了與抑塵劑相配伍的苯丙乳液，該聚合物乳液不含APEO類乳化劑，玻璃化溫度低，不需要另加鄰苯二甲酸酯類增塑劑改善聚合物水泥防水涂料的柔性。

（3）無塵產(chǎn)品除具有普通聚合物水泥防水涂料的優(yōu)點外，在儲存、運輸和施工過程中沒有揚塵，性能符合GB/T 23445—2009的各項要求，環(huán)保性能符合JC 1066—2009的各項要求，也符合環(huán)境標志產(chǎn)品技術標準HJ 457—2009的規(guī)定。

[1]譚卓英，趙星光，劉文靜，等.露天礦公路揚塵機理及抑塵[J].北京科技大學學報，2005，27（4）：403-407

[2]ManfredHuber.Methodofdedustingapulverulentbuilding material composition：US，2011/0179976A1[P].2009-05-28.

Preparation of dust-free polymer modified cementitious membrane

TIAN Cui，ZHAO Shoujia，YANG Fucheng，ZHANG Xiuchao
（Maco Group Corporation，Beijing 100076，China）

The key principles of selecting a good dust-reducing agent was stipulated.The appropriate dust-reducing agents and polymer emulsions were used to prepare dust-free polymer modified cementitious membrane.The technical performance and environmental performance of developed product meets the requirements of national standards and is friendly to environment and workers'health because of being dust-free during transportation，storage and application.

dust-reducing agent，dust-free，polymer modified cementitious membrane

TU56+1.65

A

1001-702X（2016）07-0056-04

2016-03-01

田翠，女，1981年生，遼寧本溪人，碩士，工程師，主要從事防水涂料及水性建筑粘合劑的研發(fā)工作。