含氟硅丙烯酸酯乳液防水剂制备及其在石膏建材中的应用

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本文针对石膏建材制品耐水性差及氟硅聚合物具有优异憎水性能的问题,制备了一种憎水性能优异的含氟硅丙烯酸酯乳液(Acrylate Emulsion Containing Fluorine andSilicone,简称SFA)防水剂。研究了其对石膏胶凝材料基本性能的影响,并结合石膏的其它防水措施,研究了其在石膏砌块、聚苯颗粒/发泡石膏保温材料两种不同石膏建材产品中的应用效果。利用多项现代材料测试手段,对SFA防水剂及其改性后的石膏、石膏建材产品进行了结构表征与性能分析,并进行了机理探讨。针对SFA防水剂的制备,本文研究了合成方式,合成温度,反应搅拌速率,乳化剂种类、配比及用量,引发剂用量和保温反应时间等工艺参数对含氟硅丙烯酸酯类乳液防水剂耐水性和稳定性的影响。研究结果表明,采用梯度滴加的方式,在合成温度为80℃,搅拌速率为200-210rpm,复合乳化剂十二烷基硫酸钠(SDS)、壬基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、全氟辛酸铵(PFOA)加入量分别为1.2%、1.8%和1.0%,引发剂过硫酸铵(APS)的用量为0.7%,保温反应时间为120min,有机硅单体、甲基丙烯酸六氟丁酯(HFMA)、甲基丙烯酸十二氟庚酯(DFHMA)加入量为2.0%、3.0%、6.0%,丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸(AA)加入量为5.7%、22.7%、3.0%,去离子水加入量为52.9%的条件下,制备的含氟硅丙烯酸酯类乳液防水剂稳定性、成膜性及憎水性较优。FTIR分析验证了加入的氟硅单体成功被引入到SFA防水剂的分子结构中;粒度分析结果可知,SFA防水剂的平均粒径为96nm,属于纳米级微乳液,粒径分布较窄,呈单一分散;通过扫描电镜分析可知SFA防水剂成膜后的乳胶粒形态较为规整,多成圆形,且粒子大小分布较为均匀,说明其具有较好的成膜性;SFA防水剂乳胶膜表面水接触角测试结果为110.8°,表明其具有较优憎水性能。利用制备的SFA防水剂对石膏胶凝材料及其建材产品进行改性。研究得知:SFA防水剂掺量为9%时,石膏试样的强度值最高且耐水性能最优。与空白试样相比,最优掺量下试样2h、24h吸水率分别降低了60.8%、59.8%,24h抗折、抗压软化系数分别提高了50.0%、74.2%。掺入的SFA防水剂所形成的乳胶膜堵塞微细孔隙或改变大孔隙的内表面能,使其由亲水性变成憎水性,从而改变孔隙与水的接触角。当石膏遇水时,因接触角较大,水分子会凝聚在一起形成液滴,阻碍了水分的进一步渗入,改善耐水性能。研究了SFA乳液防水剂和粉煤灰活性掺合料对脱硫石膏砌块的协同改性效果,确定了粉煤灰活性掺合料的掺量为30%。在最优协同作用下,石膏砌块标准稠度用水量为50.0%,初终凝时间分别为8.0、11.5min,与仅掺加9%SFA防水剂改性的石膏砌块相比,试样的28d抗折、抗压强度分别增加了47.1%、29.7%,24h抗压软化系数增大了59.3%。采用内掺SFA乳液防水剂和外喷甲基硅酸钠防水剂两种方式对聚苯颗粒/发泡石膏保温材料进行防水处理。试验结果表明:SFA防水剂的掺量为16%较为适宜,此掺量下保温材料的密度为252kg/m3,导热系数为0.045W/(m·k),绝干抗折、抗压强度分别为0.42MPa、0.51MPa,相比于未掺加SFA防水剂保温材料试样,其2h、24h吸水率下降了44.2%、38.5%,24h抗压软化系数升高了88.0%。在内掺16%SFA防水剂的基础上,利用甲基硅酸钠对聚苯颗粒/发泡石膏保温材料进行外喷处理来进一步改善其耐水性能。结果表明,当喷涂次数达到三次后,试样2h、24h吸水率几乎不再发生明显变化;相比于仅内掺SFA防水剂改性保温材料试样,外喷三次甲基硅酸钠防水剂的保温材料试样2h、24h吸水率下降了19.5%、27.3%,24h抗压软化系数升高了29.8%。
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