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中国建筑防水涂料的发展概述 (1)
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  1.前言

  建筑防水涂料系由合成高分子材料、沥青、聚合物改性沥青、无机材料等为主体,掺入适量的助剂、改性材料、填充材料等加工制成的溶剂型、水溶型、水乳型或粉末型的防水材料。

  与防水卷材相比,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。目前美、英、日、法、德等工业发达国家的防水涂料在建筑防水材料中都占有相当的份额。发达国家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,正积极开发水性和无机防水涂料等品种,向着“环保型”防水涂料的方向发展。

  2.中国建筑防水涂料发展概况

  中国建筑防水涂料的开发与应用始于20世纪60年代,当时多以石油沥青、煤焦油或化工厂的下脚料(如苯乙烯焦油等)为主要原料,加工制成乳化沥青防水涂料、塑料油膏、再生胶改性沥青防水涂料和苯乙烯焦油防水涂料等,这些涂料曾在防水工程中得到大面积推广使用,但由于这些涂料或因为质量差、防水层使用年限短,或因为对环境污染性大,对施工人员身体健康有严重影响,大多已被列入淘汰产品,用量正越来越少。

  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的发展。70年代后期研制出了聚醚型聚氨酯防水涂料。80年代中期又研制成功了焦油聚氨酯防水涂料,并大量推广使用于防水工程;1989年建设部对全国防水材料市场进行了整顿和调查,确认聚氨酯防水涂料为可信任的防水材料;90年代后,聚氨酯防水涂料取得迅速发展。1990年建设部将聚氨酯防水涂料列为“八五”计划重点推广项目之一,制定了聚氨酯防水涂料建材行业标准(JC/T 500-92)并于1993年开始实施;1998年建设部将非焦油型聚氨酯防水涂料列为全国住宅推荐产品十三种防水材料之一,从而极大地推动了聚氨酯防水涂料在全国的推广应用和健康发展。针对焦油聚氨酯污染性大,1998年北京市建筑工程研究院等单位开发了一种以石油沥青为填料的聚氨酯防水涂料,北京金之鼎化学建材公司等单位研制了单组分聚氨酯防水涂料,随后一些单位又开发出无溶剂喷涂聚氨酯防水涂料。与此同时,其它高分子防水涂料也得到发展,如丙烯酸酯弹性防水涂料、硅橡胶防水涂料、水性三元乙丙橡胶防水涂料等。

  从80年代到90年代,各种聚合物改性沥青防水涂料也得到迅速的发展,先后开发了溶剂型和水乳型氯丁橡胶改性沥青防水涂料,溶剂型和水乳型SBS改性沥青防水涂料,水乳型丁苯橡胶改性沥青防水涂料等品种。

  90年代初北京金汤建筑技术开发有限责任公司开始研制聚合物水泥防水涂料,产品开发初期,仅有北京为数不多的企业生产,年产量仅有几百吨。但随着国家对绿色环保型建材产品的推广,目前上海、浙江、广东、福建、山东、河北、河南、四川、湖北、北京等省市已有百余家企业生产这种涂料,2000年用量已达12,000吨。

  近十几年来,在我国各种无机防水涂料也得到开发与应用,引进了确保时、M1500等国外先进的产品,同时也相继研制出了防水宝、HM1500、TM1500等一系列无机防水涂料。无机渗透结晶型防水涂料也已开始大量使用在工业与民用建筑的地下结构、地下铁道、桥梁路面、水利工程等方面。

  近40年的发展,使我国防水涂料已形成了反应固化型和溶剂(水)挥发干燥型等性能不同、形态不一的多类型、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家有200多家,每年的生产总量已超过20万吨(这个数量不包括已被各级行政主管部门行文限制、淘汰和禁止使用的塑料煤焦油和煤焦油聚氨酯等容易污染环境的防水涂料),主要应用于工业与民用建筑的厕浴间防水,部分用于屋面、地下室和外墙等工程防水,均获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。(参见表1)

  表1  中国建筑防水涂料近十年的产量及未来十年的发展展望

年 份

1994

1996

1998

2000

2001

2002

2005

2010

2015

产 量

13

15

16

18

20

22

25

30

35

(万吨)


  3.中国建筑防水涂料的主要品种

  目前,我国的防水涂料已有数十个品种,从最初主要是沥青基防水涂料向聚合物改性沥青防水涂料、合成高分子防水涂料、无机防水涂料等方面发展,已研制出低、中、高档系列产品。中国建筑防水涂料的主要品种如图1所示。

  4.中国建筑防水涂料的现状及存在的问题

  4.1沥青基防水涂料

  沥青基防水涂料主要是水乳型的,乳化沥青是一种冷施工的防水涂料,系将石油沥青在乳化剂的作用下,经乳化机(搅拌机)强烈搅拌而制成。沥青在搅拌机的搅拌下,被分散成1~6μm的细小颗粒,并被乳化剂包裹起来形成悬浮在水中的乳化液。沥青基涂料一般是做成厚质涂料,如膨润土乳化沥青、石棉乳化沥青等,由于沥青没有经过改性,其低温柔性和抗开裂性都不好,一般只能用在不太重要的防水工程中,其用量正逐渐减少,将被逐渐淘汰。

  4.2聚合物改性沥青基防水涂料

  聚合物改性沥青防水涂料主要产品有水乳型丁苯橡胶沥青防水涂料、溶剂型和水乳型氯丁橡胶沥青防水涂料、溶剂型和水乳型SBS改性沥青涂料等,这一类产品比沥青基防水涂料的性能优良,应该具有良好的市场前景。但在我国聚合物改性沥青防水涂料存在以下一些问题:

  (1) 溶剂型聚合物改性沥青防水涂料对环境的污染较大,水乳型聚合物改性沥青防水涂料的质量还不够稳定;

  (2)一些聚合物改性沥青防水涂料在力学性能、防水性能和耐久性等方面尚不是十分理想;

  防水涂料

  石灰乳化沥青涂料

  膨润土乳化沥青涂料

  石棉乳化沥青涂料

  沥青基涂料

  水乳型

  聚合物改性沥青涂料

  再生橡胶改性沥青防水涂料

  PVC改性焦油沥青涂料

  SBS改性沥青涂料

  溶剂型

  氯丁橡胶改性沥青涂料

  水乳型

  水乳型SBS改性沥青涂料

  水乳型氯丁橡胶改性沥青涂料

  水乳型再生橡胶改性沥青涂料

  合成高分子涂料

  水乳型

  丙烯酸酯弹性涂料

  硅橡胶涂料

  单组分聚氨酯涂料

  非乳液型

  石油沥青聚氨酯涂料

  焦油聚氨酯涂料

  石油树脂聚氨酯涂料

  古马隆树脂聚氨酯涂料

  无溶剂聚氨酯涂料

  有机-无机复合涂料iwou

  聚合物水泥基防水涂料

  无机涂料

  水泥基渗透结晶防水涂料

  “确宝时”高效防水涂料

  M1500防水涂料

  防水宝

  (3)一些厂家为了降低成本,偷工减料,以次充好,致使大量不合格的产品流向市场。

  因此,应大力开发优质水乳型聚合物改性沥青防水涂料。

  4.3聚氨酯防水涂料

  聚氨酯防水涂料以其优异的性能在建筑防水涂料中占有重要的地位,我国经过近20年的发展,逐渐形成了品种齐全、性能优异的聚氨酯防水涂料。

  自20世纪80年代焦油聚氨酯防水涂料问世以来,由于产品中用焦油代替部分价格较高的聚醚多元醇,从而降低了产品的成本,所以焦油聚氨酯防水涂料长期以来在聚氨酯防水涂料中占居主导地位,为我国建筑防水事业作出了一定的贡献。但焦油具有刺激性气味,含有大量蒽、萘、酚类等易挥发的有毒物质,严重污染环境和危害人体健康。随着人们环保意识的增强和科技的进步,禁止使用焦油聚氨酯防水涂料的呼吁也日益增强。1998年12月,北京市建委、市规划委联合发文,自1999年3月起,在北京市行政区域内,禁止使用焦油聚氨酯防水涂料。截止1999年底,已有7个省市发布了类似的规定。然而,一些厂家和工程单位为了降低成本,仍然使用焦油聚氨酯。在我国目前建筑防水涂料市场上,焦油聚氨酯仍占聚氨酯防水涂料的一半以上,而国外防水涂料虽以聚氨酯系列产品用量最大,但没有焦油型品种。

  和发达国家相比,我国的聚氨酯防水涂料整体质量较差(仅少量产品符合JC/T 500-92一等品指标),品种少,适应面窄。在日本就有约75家公司生产346种牌号的聚氨酯防水涂料,防水涂料品种中有非步行用、步行用、屋面运动场用、难燃型、耐候型、打底涂料、防水层保护涂料等;英国研制的快干型涂料,施工后几分钟即可耐小雨。我国的聚氨酯防水涂料通常是以TDI、MDI及聚醚作基本原料,耐候性较差,在紫外线作用下易氧化,使涂膜发黄、粉化,虽然可添加紫外线吸收剂和抗氧化剂,提高其耐候性,但不能有根本的改变。因此,此类聚氨酯涂料不宜单独用作户外防水,做屋面防水时往往需要做水泥砂浆保护层,这样又失去了涂膜防水维修方便、色彩艳丽的优点。

  另外,聚氨酯防水涂料的应用对基层的干燥度要求较高,而近几年来,地下工程大量推广使用聚氨酯防水涂料,基层却处于湿饱和状态,施工时基层烘干是不可能的,因此,对聚氨酯防水涂料提出了潮湿基面粘结强度的要求。我国虽已开发了环氧树脂类潮湿基层隔离剂等与之配套,基本上解决了在潮湿基层上聚氨酯防水涂料施工困难问题,但由于价格等因素,实际应用并不普遍,不需底涂就可直接在潮湿基层上施工的产品仍然处于开发阶段。在材料表面保护领域,国内仍为空白。目前,大家一致认为丙烯酸酯橡胶乳液为主的水性涂料或脂肪族聚氨酯—丙烯酸涂料和聚氨酯防水涂膜粘接良好、耐水、耐碱、耐久性优异,涂膜柔韧,对防水层可起保护作用。现有一种聚醚型聚氨酯防水涂料,其乙组分是羟基固化剂、增塑剂、填充剂和特种反应性组分,这种特种反应性组分能将水转化为聚氨酯交联剂,而乙组分中羟基的引入,增大了材料的亲和性,所以该材料在潮湿面上不发泡,具有较强的粘接力。

  研制开发具有良好耐候性的外露型聚氨酯防水涂料,能适应潮湿基层的聚氨酯打底涂料,耐候性好、色彩艳丽、耐污染的聚氨酯面层保护涂料等新品种,是我国近阶段聚氨酯防水涂料的重要研究课题。

  4.4聚合物乳液防水涂料

  聚合物乳液防水涂料按聚合物的品种可分为多种,主要有丙烯酸酯类乳液防水涂料、乙烯-醋酸乙烯乳液(EVA)类防水涂料等。

  4.4.1丙烯酸酯乳液防水涂料

  丙烯酸酯乳液防水涂料是以丙烯酸酯乳液、填料及各种助剂配制而成的。丙烯酸酯乳液主要包括纯丙乳液、苯丙乳液等,最新还发展了硅丙乳液。该类涂料是近几年发展较快的一种新型涂料,目前已发展有如下系列产品:丙烯酸外墙防水装饰涂料、丙烯酸屋面防水涂料和丙烯酸厨卫间墙体防水涂料等系列弹性涂料。丙烯酸酯乳液防水涂料特点表现在涂膜弹性好、延伸率高、粘结性好,对基层变形的适应能力强,对气温的适应范围大(—40℃~+80℃),且具有较优异的耐候性、耐热老化、紫外老化和酸碱老化性能,并且该涂料无毒、无味、不燃,以水为分散介质,无溶剂污染,冷施工且施工方便,还可配制成多种色彩,美化环境。

  丙烯酸酯共聚乳液由于其优异的性能在高性能的防水涂料市场上占有重要地位,是现在防水涂料的重点发展方向,其技术开发和应用受到了广泛重视。为了改善共聚乳液的性能在合成中常加入有机硅、氟等单体进行共聚合提高耐水性能、耐候性、抗紫外老化性能等。80年代中期,水性聚氨酯与水性丙烯酸酯接枝共聚获得成功,该方法得到的水性聚合物乳液比物理掺混的性能要好,改善了乳液的稳定性和耐水性。国内已生产出有机硅、氟或环氧共聚改性的水性丙烯酸酯类共聚物乳液,并已成功地应用于建筑物的高级水性装饰涂料(乳胶漆)的生产中,但在屋面防水涂料中尚未见应用。

  国内外除了在共聚改性上做了大量研究,还围绕水性丙烯酸酯乳液的聚合技术开展了研究,目前已开发出核—壳乳液聚合、无皂乳液聚合、有机—无机复合乳液聚合、基团转移聚合(GTP)、互穿网络聚合(LIPN)、微乳液聚合等新技术。一些新技术如核—壳乳液聚合、无皂乳液聚合、有机—无机复合乳液聚合技术等已在国内外树脂及乳液生产中得到了广泛应用,产品性能有了很大的提高和改善。

  4.4.2 聚合物水泥防水涂料

  聚合物水泥防水涂料(JS涂料)是以聚合物乳液(丙烯酸酯乳液、乙烯-醋酸乙烯乳液)和无机粉料(水泥、石英粉及添加剂)复合而成的双组分涂料。由于这种涂料由“聚合物乳液—水泥”双组分组成,因此具有“刚柔相济”的特性,既有聚合物涂膜的延伸性、防水性,也有水硬性胶凝材料强度高、易与潮湿基层粘结的优点。可以调节聚合物乳液与水泥的比例,满足不同工程对柔韧性与强度等的要求,施工方法方便。该种涂料以水作为分散剂,解决了焦油、沥青等溶剂型防水涂料所造成的环境污染以及对人体健康的危害。所以在国内外发展迅速,成为防水涂料中的后起之秀。

  近年来丙烯酸基防水涂料用量增加,特别是丙烯酸水泥复合防水涂料用量已有相当的规模,与国外的差距是国产丙烯酸酯乳液的质量不如国外,目前我国优质丙烯酸弹性体乳液主要靠进口,国内生产的优质丙烯酸酯乳液也是靠引进国外的技术。

  4.5无机防水涂料

  在有机防水涂料发展的同时,无机防水涂料也在不断的发展。目前,无机防水涂料正成为一个研究的热点,它不仅价格低廉,且无任何公害,是21世纪环保型材料发展的重点之一。无机防水涂料主要分涂层覆盖防水和渗透结晶型防水涂料两种。

  涂层覆盖防水涂料一般为水泥基粉状防水涂料,具有水硬性能,如确保时(COPROX)、防水宝、M1500、HM1500、TM1500等。确保时、防水宝的防水机理是以水泥为主要粘结材料、其中的成膜、憎水组分等在催化剂的作用下,与水泥一起,共同在基体表面形成结构致密的薄膜,封闭表面的裂缝、孔隙,从而堵塞水的通道;而且,材料自身所具有的憎水特性,可以大大提高新生表面的表面张力,降低水的润湿能力,从而提高处理表面的防水性。此类材料为冷施工,对施工面要求不高,只要表面无油污、粘挂的粉尘、松散物即可,湿基面施工,表面充分湿润,否则干后涂层将粉化或脱落。这种材料无毒无味,有一定的耐碱、耐老化性能,因此在许多工程中得到应用。但此类材料仅限于表面处理,与基体之间无反应性行为,仅在表面形成憎水的膜层,因此对基体的修补增强作用较弱,对混凝土内部存在的缺陷无能为力,对于一些连通孔隙、裂缝治标难治本,涂层受到损伤就会严重影响抗渗性能;而且,此类材料由于封闭了基体表面,在堵塞水的通道的同时,也阻碍了水蒸气的通过。当建筑物墙体中湿含量过大而水蒸气无法逸出时,仍将造成混凝土的水含量过高,破坏建筑物的内部结构。因此,在无机刚性防水涂料研究的基础上,出现了对基体渗透性好,有反应活性的渗透结晶型防水涂料。

  M1500、HM1500、TM1500等产品均是由无机水性硅酸盐为载体(多为水玻璃),配以适量的催化剂、分散剂、助剂和水等复合而成的无色半透明液体,具有较高渗透性,直接喷涂于水泥砂浆、混凝土构筑物表面,能迅速渗入内部,与水泥水化产生的Ca(OH)2反应,生成不溶于水且具有一定强度的硅酸盐,从而堵塞内部孔隙,封闭毛细孔通道,提高混凝土的抗渗能力。这类材料的特点是一次性防水抗渗效果很好,但不具有自修复性,一旦混凝土再次出现裂缝,就又会发生渗漏。

  水泥基渗透结晶型防水材料是国外在渗透及反应思想的基础上发展的新一类防水材料,是以硅酸盐水泥、石英砂等为基材,掺入活性化学物质组成的,即可作为涂料使用,也可直接掺入混凝土中形成本体结构防水。它与M1500的相同点是通过反应堵塞内部孔隙,封闭毛细孔通道,提高混凝土的抗渗能力,但改进之处是它使用了具有催化作用的物质,遇水就激活,能促使水泥再产生新的晶体,当混凝土中产生新的细微缝隙时,一旦有水渗入,又会产生新的晶体把水堵住,所以具有自我修复能力。

  水泥基渗透结晶防水涂料在国外已取得了迅速的发展,从早期的德国的VANDEX(稳挡水)品牌(现转售到瑞士)延伸发展出加拿大的XYPEX(赛柏斯)、加拿大的KRYSTOL、新加坡的FORMDEX(防挡水)、美国的PENETRON(彭内传)、法国的DIPSEC、澳大利亚的CRYSTAL、日本的PANDEX等数十个品牌,均有不同程度的改进,形成系列产品。水泥基渗透结晶型材料在开拓工程应用的过程中,最初是提倡用于结构内表面防水,特别是在污水处理池和地面生活用水贮水池等类似工程的应用中颇为理想。从60年代以来,水泥基渗透结晶防水涂料作为混凝土结构背水面防水处理(内防水法)的一种有效方法,逐步扩大品种,不断进入建筑施工应用的新领域。现在,水泥基渗透结晶型防水材料由于其抗渗性能于自愈性能好、粘结力强、防钢筋锈蚀,以及对人类无害、易于施工等特点,广泛应用于工业与民用建筑的地下结构、地下铁道、桥梁路面、饮用水厂、污水处理厂、水电站、核电站、水利工程等方面,均取得良好的防水效果。

  我国八十年代引进水泥基渗透结晶型防水材料,开始应用于上海地铁工程。九十年代中期开始一部分代理商经销美国、加拿大、澳大利亚等国的产品,或由国外提供母料在国内加工生产,核心部分的生产仍属空白。对该类产品,目前国内一些单位如武汉理工大学已研制成功。


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