防水涂料的研究进展123

1、 防水涂料的研究进展院系：材料科学与工程学院 姓名：黄可 学号：摘要：本文阐述了防水涂料的系统分类、近年来国内外的发展状况以及发展前景、涂膜型和疏水型两种建筑防水涂料的机理，并从五个方面介绍了建筑防水涂料的研究新进展及问题，展望我国今后的防水涂料发展趋势。关键词：建筑防水；防水涂料；防水机理；发展展望1、 关于防水涂料相关概述 建筑防水涂料已经成为家庭装修和工程建设的重要防水产品之一，其重要性越来越得到重视。今后的10年，按国家建材局“新型建材及制品导向目录”要求及市场走势，SBS、APP改性沥青防水卷材仍将是主导产品；高分子防水卷材重点发展EPDM、PVC（P型）两种产品，并积极开发TPO产

2、品；防水涂料前景看好的是聚氨酯（尤其单组份）及丙烯酸类；密封材料仍重点发展硅酮、聚氨酯、聚硫、丙烯酸四大类；防水保温一体材料、刚性防水材料、防渗堵漏材料、金属屋面材料、沥青瓦、土工材料将有一定的市场。建筑防水在建筑物中占有极其重要的地位，而建筑物和构筑物的防水是依靠具有防水性能的材料来实现的，据统计2010年，我国建筑防水材料产量达到103130万平方米，年均增长10.7%，其中防水涂料产量达到23840万平方米，年均增长23.5%，占总量比例的23.1%。“十二五”期间，主要防水材料产量的平均年增长率保持在10%以上，预计到2015年，主要防水材料总产量达到16亿平方米，满足国内日益增长的房

3、屋建筑和工程建设防水市场的需求。防水涂料施工简单方便，适用于任何形状的基面，并可形成致密无缝的涂膜，因此，防水涂料已广泛应用于各种防水工程中，并取得了迅速的发展。目前，我国在积极发展合成高分子防水涂料和高聚物改性沥青防水涂料的同时，正积极开发水性环保、无机防水涂料以及集保温、隔热、阻燃、耐沾污等各种功能一体的防水涂料等品种，向着“环保型”防水涂料和多功能涂料的方向发展。二、防水涂料的概念及分类1. 1 防水涂料的概念 建筑防水涂料。 ( 简称防水涂料 ) 是一种建筑防水材料。将涂料单独或与胎体增强材料复合 , 分层或喷涂在需要进行防水处理的基层面 , 即可在常温条件下形成一个连续无缝整体且具有

4、一定厚度的涂膜防水层 , 从而能满足工业与民用建筑的屋面、地下室、卫生间和外墙等部位防水抗渗要求。防水涂料一般是由沥青、合成高分子、合成高分子聚合物与沥青、合成高分子与或以无机复合材料等为主要 , 掺入适量的、溶剂等加工制成的溶剂型、水乳型或反应型的 , 在常温下无固定形状的黏稠状液态或可液化的固体状态的含高分子合成材料的复合材料。1. 2 防水涂料的分类1. 2. 1 按照涂料的基料和分散介质分类 防水涂料按其成膜物可分为沥青类、高聚物改性沥青 ( 亦称沥青类 ) 、合成高分子类 ( 又可再分为类、类 ) 、无机类、聚合物水泥类等 5 大类。按其状态与形式 , 大致可分为溶剂型、反应型、乳液

5、型 3 大类。(1) 溶剂型防水涂料 溶剂型防水涂料其作为主要成膜物质的高分子材料是以溶解于 ( 以分子状态存在于 ) 有机溶剂中所形成的溶液为基料 , 加入、助剂制备而成的。它是依靠溶剂的挥发或涂料组分间化学反应成膜的 , 因此施工基本上不受气温影响 , 可在较低温度下施工。涂膜结构紧密、强度高、弹性好 ; 防水性能优于水乳型防水涂料。但在施工和使用中 , 有大量的易燃、易爆、有毒的有机溶剂逸出 , 对人体和环境有较大的危害 , 因此近年来应用逐步受到限制。溶剂型防水涂料的主要品种有溶剂型氯丁橡胶沥青防水涂料、溶剂型氯丁橡胶防水涂料、溶剂型氯磺化防水涂料等。(2) 反应型防水涂料 反应型防水

6、涂料其作为主要成膜物质的高分子材料是以预聚物液态形式存在。反应型防水涂料是通过液态的高分子预聚物与相应的物质发生化学反应成膜的一类涂料。反应型防水涂料通常也属于溶剂型防水涂料范畴 , 但由于成膜过程具有特殊性 , 因此单独列为一类。反应型防水涂料通常为双组分 , 其中一个组分为主要成膜物质 , 另一组分一般为交联剂。施工时将两种组分混合后即可涂刷。在成膜过程中 , 成膜物质与发生反应而交联成膜。反应型防水涂料几乎不含溶剂 , 其涂膜的耐水性、弹性和耐老化性通常都较好 , 防水性能也是目前所有防水涂料中最好的。反应型防水涂料的主要品种有聚氨酯防水涂料与防水涂料两大类。其中环氧树脂防水涂料的防水性

7、能良好 , 但涂膜较脆 , 用羧基改性后韧性增加 , 但价格较贵且耐老化性能不如防水涂料。反应型聚氨酯防水涂料的综合性能良好 , 是目前我国防水涂料中最佳的品种之一。(3) 乳液型防水涂料 乳液型防水涂料为单组分水乳型防水涂料。涂料涂刷在建筑物上以后 , 随着水分的挥发而成膜。乳液型防水涂料其主要成膜物质高分子材料是以极微小的颗粒稳定悬浮在水中而成为乳液状涂料的。该类涂料施工工艺简单方便 , 成膜过程靠水分挥发和乳液颗粒融合完成 , 无有机溶剂逸出 , 不污染环境 , 不燃烧 , , 其价格也较便宜 , 防水性能基本上能满足建筑工程的需要 , 是防水涂料发展的方向。乳液型防水涂料的品种繁多 ,

8、 主要有 : 水乳型阳离子氯丁橡胶沥青防水涂料 ; 水乳型再生橡胶沥青防水涂料 ; 聚防水涂料 ; ( 乙烯 - 酯共聚物 ) 乳液防水涂料 ; 水乳型聚氨酯防水涂料 ; 有机硅改性聚丙烯酯乳液防水涂料等。1. 2. 2 按照涂料的组分不同进行分类 根据防水涂料的组分不同 , 一般可分为单组分防水涂料和双组分防水涂料 2 类。单组分防水涂料按液态不同 , 一般有溶剂型、水乳型 2 种。双组分防水涂料则以反应型为主。1. 2. 3 按使用部位分类 建筑防水涂料按其在建筑物上的使用部位不同 , 可分为屋面防水涂料、立面防水涂料、地下工程防水涂料等几类。三、防水涂料的防水机理2. 1 涂膜型防水涂料

9、的防水机理 涂膜型防水涂料是通过形成完整的涂膜来阻挡水的透过或水分子的渗透来进行防水的。许多高分子涂膜的分子与分子之间总是有一些间隙的 , 其宽度约为几个 , 按理说单个水分子是完全能够通过的 , 但自然界的水通常处于缔合状态 , 几十个水分子之间由于氢键的作用而形成一个很大的分子团 , 因此实际上是很难通过高分子间隙的 , 这就是防水涂料涂膜具有防水功能的主要原因。2. 2 疏水型防水涂料的防水机理 由于有些聚合物分子上含有亲水基团 , 故聚合物所形成的完整连续的涂膜并不能保证所有的聚合物涂膜均具有良好的防水性能。如果聚合物本身具有疏水特性 , 使水分子与涂膜之间根本不相容 , 则就可以从根

10、本上解决水分子的透过问题 , 聚硅氧烷防水涂料就是根据此原理设计的。四、防水涂料研究现状目前, 美、德、法、日等国家发展高聚物改性沥青防水涂料和合成高分子防水涂料的同时 , 又开发了无机渗透结晶型的粉状防水涂料等品种 , 而且正向着环保型防水涂料方向发展。 Jasperson 等开发出了丙烯酸聚合物与聚合物水乳型防水涂料。该防水涂料主要用于屋面和外墙的防水, 涂膜具有很高的弹性 , 该防水涂料是一种耐久性防水涂料 , 一般至少可以使用10年。 Meddaugh 等研制出了水乳型有机硅防水涂料。该有机硅防水涂料在涂膜干燥后 , 能够提供弹性涂膜 , 该弹性涂膜粘附在砌筑墙的表面 , 能够提供很大

11、的力以抵抗来自外表面任何水的压力 , 防水效果良好。Rodgers 等开发的聚合物水泥型防水涂料主要用于混凝土的防水。该防水涂料具有很好的阻燃性、隔热性以及耐化学腐蚀性。 Kyminas 等制造出了坚固耐用的屋面防水涂料 , 主要用于长期受风雨侵蚀屋面的防水。该防水涂料的涂膜与基层的附着力强、阻燃性好、能够反射大量的太阳光和热 , 因此延缓了顶板的热老化 , 并降低了室内温度。近年来 , 美国亨瑞公司在过去开发和应用乳液沥青防水涂料的基础上 , 又成功开发了一种以改性的优质氧化沥青为主要原料 , 掺入适量的化学助剂、填充剂、石油溶剂和乳化剂等 , 经过特殊的加工工艺 , 制成了一种高固含量 (

12、73 % 以上 ), 能在潮湿基层或雨中进行施工 , 并容易涂抹的厚质防水涂料。由于这种涂料既有疏水功能 , 又有一定的亲水性 , 即具有 “ 两性功能 , 故可在下雨时 , 对屋面进行防水堵漏的施工作业 , 能发挥救急的作用 , 很受用户欢迎 。美国创高公司生产的一种不含挥发性有机溶剂的单组分聚氨酯防水涂料 创高 60 , 该涂料可根据设计要求 , 采用能够控制涂膜厚度的锯齿形特制刮板直接涂刷在基层表面 , 经吸收空气中的水分固化形成足够厚度的涂膜防水。来自美国的最新专利产品阻热防水涂料 , 当它在金属物体上使用时 , 极具柔性和封闭性 , 能堵漏、隔热、防锈 ; 用于沥青屋面作防水涂料时

13、, 可反射 90 % 的 , 能够防止沥青降解 , 延长防水寿命 ; 用于刚性防水屋面时 , 因其具有极佳的粘附性和延伸性 , 能够封闭因混凝土膨胀造成的细裂纹和缝隙 , 从而防止水分渗透。美国和法国的粉乳液屋面反射涂料和白色聚丙烯酸酯屋面反射涂料的用量也很多 , 它本身既具有防水功能 , 又能对原有防水层起到保护作用 , 并能反射紫外线和太阳光 , 不但可以降低顶层房屋的室内温度 , 节省费用 , 而且可以延长防水层的使用年限 , 目前已成为房屋建筑业主乐意选用的功能型防水涂料之一 。 而国内，上海汇丽化学建材厂、天津大学化工实验厂、苏州非金属矿业研究院防水材料研究所等单位生产双组分聚醚型聚

14、氨酯防水涂料。山西省建筑科学研究院成功研制出环保型水性沥青聚氨酯防水涂料。北京三原建筑粘合材料厂成功研制出无溶剂聚氨酯防水涂料 , 该产品固含量高 , 摒弃了煤焦油成分 , 是焦油型聚氨酯防水涂料的理想替代产品之一。上海复旦大学材料科学系研制的丙烯酸酯防水涂料于 1991 年应用于深圳火车新客站篷面的防水工程 ,1992 年应用于复旦大学微分析中心楼的屋面上 ,1994 年以后陆续应用于复旦大学材料二楼、李达三楼、新化学楼、上海长兴岛特技城锥形体屋面、北京中国长城大厦、上海华富大厦、上海筛网厂新办公楼、上海浦东公司等建筑的屋面防水工程上。武汉现代工业技术研究院成功研制开发了一种新型水泥基防水涂

15、料 WGB 长效复合彩色防水涂料 , 并通过了武汉市科委组织的会议鉴定。 2003 年 2 月成都健生化工有限公司研制生产出高性能新型绿色环保丙烯酸酯防水涂料 ,从 20 世纪 70 年代末开始 , 随着我国科学技术进步和化学建材工业的发展 , 防水涂料也获得了迅速发展 , 到目前为止 , 关于防水涂料的发明专利有 120 项之多 , 主要是双组分和单组分的聚氨酯防水涂料、 ( 改性 ) 聚丙烯酸酯防水涂料、废旧材料改性防水涂料、氯丁胶防水涂料、聚合物水泥防水涂料、高聚物改性沥青防水涂料以及无机防水涂料等 , 形成了化学反应固化型和溶剂 ( 包含水 ) 挥发干燥型等性能不同、形态不一的多类型、

16、多品种的格局。到目前为止 , 有一定生产规模的防水涂料生产厂共有 200 家左右 , 每年生产总量已超 过 15 万吨。主要应用于工业和民用建筑的卫生间防 水 , 部分用于屋面、地下室和外墙等工程防水 , 均取得 了较理想的防水效果。为此 , 在国家化学建材推广应 用 “ 九五 ” 计划和 2010 年发展规划纲要中已明确列为 “ 适当发展防水涂料 ” 的目标要求。五、发展趋势 目前国内防水涂料的发展趋势为产品功能多样化、产品对环境友好、产品性能更加优异、发展纳米复合防水涂料。目前使用的绝大多数防水涂料的功能比较单一 , 即防水抗渗。而且施工必须在无明水的基材表面和非下雨天进行。未来的防水涂料

17、将集防水、装饰、保温、隔热等多种功能于一体 , 且能在潮湿的基材上进行施工。当前的防水涂料大多为溶剂型。防水涂料中含有大量的有机挥发物 , 在配漆和施工过程中 , 大量 VOC 排向大气 , 造成污染。同时施工人员在施工过程中不可避免地会吸入部分 VOC 。 VOC 对人体的健康危害很大。它们不但对皮肤具有侵蚀作用 , 而且对人体中枢神经系统、造血器官、呼吸系统有刺激和破坏作用 , 可引起头疼、恶心、胸闷、乏力、呕吐等症状 , 严重时会抽搐、昏迷甚至死亡。因此 , 世界上主要的涂料生产国纷纷出台了限制 VOC 排放的法规。生产低 VOC 对环境友好的防水涂料已是大势所趋。通常实现低 VOC 的

18、途径有 3 种 : 用水代替挥发性有机溶剂 ; 提高固含量 ; 发展。由于技术、施工等方面的原因 , 目前的防水涂料产品性能相对较差 : 拉伸强度较低 , 延伸率较小 , 耐候性较差 , 使用寿命较短。未来的防水涂料将向着各项性能较高、对基层伸缩或开裂变形适应性较强的方向发展。像防水涂料这样的外用涂料 , 对涂料的耐老化、耐洗刷、抗紫外线等性能要求很高。在涂料中加入纳米材料 , 可以提高涂料的耐老化、防渗漏、耐洗刷等性能 , 从而提高涂料的档次 , 延长涂膜的使用寿命。经纳米材料改性后的防水涂料产品外观显得更加饱满、匀和 , 涂膜光洁细腻 , 触感优良 , 防水性好 , 与基层的粘接力大大提高 , 尤其明显的是改性后的涂料抗紫外线、耐洗刷性能非常优越。武汉理工大学的余剑英成功研制出一种纳米改性聚合物基屋面防水涂料, 它包括作为基料的,作为填料的碳酸钙、或云母粉 , 其特征在于加入了作为改性剂的无机纳米粒子和钠基蒙脱土。其制造方法为 : 将无机纳米粒