【涂料学会】填料对聚合物乳液建筑防水涂料拉伸有哪些影响研究

聚合物乳液建筑防水涂料（以下简称防水涂料），是以聚合物乳液为基料，辅以填料和其他助剂配制而成的单组分水乳型防水涂料，具有耐高低温性好，断裂延伸率高等特点，能有效缓解基层沉降开裂引起的渗漏，可广泛应用于卫生间、厨房、楼地面、阳台以及非外露屋面的防水和防潮处理。其成膜机理为：防水涂料在涂覆后处于分散状态下的聚合物颗粒和填料颗粒逐渐靠拢，随着水分的挥发，聚合物颗粒表面的吸附层逐渐受到不可逆的破坏，并形成堆积，在后期毛细血管力的作用下，聚合物颗粒开始变形，同时，聚合物界面分子链相互扩散、渗透、缠绕使漆膜性能进一步提高，形成具有一定性能的连续膜。除主要胶凝原料聚合物乳液外，填料在防水涂料中也起到了重要的作用。 

本文讨论了在相同乳液/填料质量配比下，填料的种类以及目数对聚合物乳液建筑防水涂料拉伸性能的影响，并研究了两种填料之间的复配效果，优选出了性能最优的较经济实用的填料种类及目数。

填料：325 目、800 目及1 200 目的石英粉，800目的重质碳酸钙，800 目的高岭土，800 目的沉淀硫酸钡，以上粉料均为市售。

防水涂料的制备

按表1 所示配方制备聚合物乳液建筑防水涂料。其制备方法如下：按照配方中的质量先加入乳液、水、消泡剂、分散剂，在500r/min 的转速下搅拌5min，然后加入钛白粉及填料并将转速调至800 r/min搅拌20 min，待填料分散均匀后加入防腐剂，慢速搅拌5 min 除去涂料中的气泡得到聚合物乳液建筑防水涂料。

2 结果与讨论

2.1 填料对防水涂料拉伸性能的影响

以相同目数（800 目）的沉淀硫酸钡、石英粉、重质碳酸钙、高岭土分别作为填料按表1 的配方配制聚合物乳液建筑防水涂料，按标准中规定的方法进行涂膜，养护，并制成相应的测试样品，然后进行拉伸强度及断裂延伸率测试。对无处理及分别经过加热处理、碱处理和酸处理的防水涂料漆膜的拉伸性能测试结果进行了分析对比，以此来研究不同填料对防水涂料拉伸性能的影响。

2.1.1 无处理的防水涂料漆膜的拉伸性能

在相同的乳液/填料质量配比及相同的填料目数下制备了几种聚合物乳液防水涂料，对比了由不同填料制备的防水涂料漆膜无处理时的拉伸性能。其测试结果如图1 所示。

由图1 可以看出，由不同填料制备的防水涂料漆膜，其断裂延伸率与拉伸强度成反比，即断裂延伸率大的涂膜拉伸强度小。以沉淀硫酸钡作为填料制备的防水涂料漆膜拉伸强度偏低，而以高岭土作为填料制备的防水涂料漆膜柔韧性较差，以石英粉或重钙作为填料，能得到断裂延伸率和拉伸强度性能余量较大的聚合物乳液建筑防水涂料。

从吸油值方面分析，填料的吸油量大小对漆膜的性能影响较大，在漆膜干燥过程中，聚合物分子不仅要完全包覆在填料颗粒表面，还需要填充粒子间的空隙。在涂料体系中，当填料吸油量大的时候，就需要更多的聚合物分子来完成这些功能，导致聚合物乳液呈分散相，填料呈连续相，涂膜偏刚性。沉淀硫酸钡、石英粉、重质碳酸钙、高岭土这四种粉料的吸油值依次增大，因此，以其作为填料制备的防水涂料漆膜的拉伸强度依次上升，而断裂延伸率依次下降。

2.1.2 处理后的防水涂料漆膜的拉伸性能

根据标准JC/T 864—2008 中的指标要求，防水涂料漆膜经过热处理、碱处理、酸处理后的断裂延伸率要不小于200%，经过热处理、碱处理和酸处理后的漆膜拉伸强度保持率分别需要达到80%、60%和40%以上。图2、图3 为以不同填料制备的防水涂料经过处理后的拉伸性能测试结果。

通过处理后的防水涂料与无处理的防水涂料的拉伸性能的对比可以看出，以同种填料制备的防水涂料漆膜，经过加热处理后的断裂延伸率比无处理时的略有下降，但拉伸强度明显提升。这主要是因为该聚合物乳液建筑防水涂料配方中不含增塑剂及成膜助剂等受热易挥发成分，体系稳定，所以断裂延伸率得以保持稳定，而干膜经过加热处理后，涂料体系中原本稳定的聚合物分子会与填料粒子进一步结合，使得两者之间的结合力增加，从而导致聚合物的拉伸强度增大。

从图2 和图3 可以看出，经过碱处理和酸处理后，以沉淀硫酸钡和石英粉作为填料得到的防水涂料断裂延伸率均有一定程度的上升，拉伸强度下降，但拉伸强度保持率在70%左右。导致力学性能变化的主要原因是：虽然硫酸钡和石英粉不与酸碱反生化学反应，但以其作为填料制备的防水涂料干膜在浸入浓度较低的酸或碱溶液中均有一定的吸水率，浸泡过程中干膜的体积会稍微膨胀，柔韧性增强，分子间作用力减小，由此导致涂膜的断裂延伸率上升，拉伸强度下降；作为填料的重质碳酸钙本身微溶于水，与碱不反应，但在涂料体系中聚合物分子无法完全包覆住碳酸钙颗粒，无法起到保护胶体的作用，当以重质碳酸钙为填料制备的防水涂料浸入低浓度的硫酸溶液时，硫酸会与碳酸钙发生反应生成CO2气体，导致聚合物分子和填料颗粒之间形成的网络结构遭到破坏，浸泡的干膜发生膨胀、甚至起泡，因此以重质碳酸钙作为填料的防水涂料经过过碱处理后其断裂延伸率上升，拉伸强度保持率略有下降，而经过酸处理后其断裂延伸率和拉伸强度保持率均极低；以高岭土为填料制备的聚合物乳液建筑防水涂料经过碱处理和酸处理后的拉伸性能均较低，除了干膜本身存在吸水性外，高岭土本身还含少量Al2O3，在浸泡酸碱的过程中会发生反应，导致漆膜在经过酸碱处理后的拉伸性能较差。通过上述性能对比发现，以石英粉作为填料制备的防水涂料兼具强度和柔韧性，无处理的防水涂料拉伸性能良好，经过处理后的防水涂料拉伸性能保持优异。

2.2 填料目数对防水涂料拉伸性能的影响

以石英粉为例，对比325 目、600 目、800 目以及1 200 目石英粉对涂膜力学性能的影响，结果见图4。 

从图4 可以看出，随着填料目数的增加，聚合物乳液建筑防水涂料的拉伸强度逐渐上升，断裂延伸率在上升至一定程度后趋于稳定，这是因为当填料目数较低时，对应的粒径较大，导致颗粒之间的空隙大，无法与聚合物分子形成稳定的网络结构，防水涂料干燥成膜后表面粗糙，无法形成致密的膜结构，因此断裂延伸率和拉伸强度均较低。当填料目数增加，相应粉体的粒径变小，聚合物分子能够均匀地包覆住粉体粒子，使得填料能够作为分散相均匀地分散在乳液连续相中，制得的涂料力学性能提升。由于涂膜的柔韧性主要由聚合物乳液提供，因此，配方体系中的聚合物乳液用量不变时，由不同目数的填料制备得到的防水涂料的力学性能在达到上限后，其断裂延伸率会趋于稳定，而拉伸强度会有小幅上升。因此，综合考虑，为了得到力学性能良好的聚合物乳液建筑防水涂料，配方中应选择600～800 目之间的石英粉作为填料。

2.3 填料复配对防水涂料拉伸性能的影响

将不同填料复配使用能够弥补使用某种单一填料的缺陷，使防水涂料的拉伸性能得以改善。前文讨论了重质碳酸钙、石英粉、沉淀硫酸钡和高岭土作为填料对制备的防水涂料拉伸性能的影响，结果发现重质碳酸钙虽然价格低廉，但以其作为填料制备得到的防水涂料耐酸性能很差，经过酸处理后的断裂延伸率达不到标准要求，而沉淀硫酸钡因为是惰性填料，以其制备得到的防水涂料耐酸性能好，并且断裂延伸率较高。因此通过重质碳酸钙与沉淀硫酸钡进行复配作为填料的防水涂料配方体系中，聚合物分子能完全包覆住重质碳酸钙粒子，同时可提升涂膜的耐酸性，使经过酸处理后的防水涂料断裂延伸率达到标准要求。通过研究重质碳酸钙在总填料用量中的质量配比对防水涂料经过酸处理后的拉伸性能的影响来分析两种填料的复配效果，其结果如图5 所示。 

从图5 可以看出，随着配方中重质碳酸钙质量配比增加，聚合物乳液建筑防水涂料经过酸处理后的断裂延伸率减小，拉伸强度保持率下降，力学性能变差；当重质碳酸钙在总填料中的质量配比不超过75%时，经过酸处理后的防水涂料拉伸性能符合标准要求，经过测试，涂料的其他各项性能均合格。

3 结论

1）填料作为聚合物乳液建筑防水涂料配方中的重要组成部分，在乳液/填料质量配比一定的情况下，所选用填料的吸油值越大，防水涂料的拉伸强度越大，断裂延伸率越小；以惰性填料制备的防水涂料能够起到良好的耐酸、耐碱性能。

2）对同一种填料而言，填料的目数过小，会导致得到的防水涂料漆膜结构不致密，断裂延伸率和拉伸强度均较低，而填料的目数增大到600 目及以上后，目数对防水涂料的拉伸性能影响较小。

3）以600～800 目石英粉为填料制备的防水涂料具有优异的拉伸性能；通过不同填料复配能够改善防水涂料的拉伸性能，以占比不超过75%的重质碳酸钙复配硫酸钡作为填料，可制得经济、实用、性能良好的聚合物乳液建筑防水涂料。

文章来源：张鑫宇；中国建筑防水 ,2018年12期

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