用废聚苯乙烯制备有机硅聚苯乙烯丙烯酸酯乳液建筑防水胶

吴 军，肖海宏，黎 明，艾照全，孙红光

（1.湖北大学图书馆，湖北 武汉 430062；2.有机功能分子合成与应用教育部重点实验室，湖北大学化学化工学院，湖北 武汉 430062）

建筑密封防水胶是建筑行业用量较多的产品，目前主要有机硅、聚氨酯、聚丙烯酸酯和苯丙乳胶等几类，其中苯丙乳胶因其价格低廉、耐老化性优良、不污染环境和施工性能好等优点而成为建筑密封防水胶的主要原材料[1，2]；聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）广泛用作缓冲包装和隔热保温材料，全球每年消耗数百万吨，同时产生数百万吨“白色污染”物，将其高附加值利用成为各国的重大课题。王万森和刘运学[3，4]以废弃聚苯乙烯泡沫塑料为原料，加入甲苯、乙酸乙酯和丙酮等有机溶溶剂，分别制备溶剂型EPS胶粘剂和苯丙乳液。笔者在1997年率先申报了在不加有机溶剂条件下，用白色污染物聚苯乙烯泡沫塑料代替苯乙烯单体制造苯丙乳液的专利，并获得国家专利证书[5]，随后发表了用白色污染物聚苯乙烯泡沫塑料进行乳液接枝聚合制备苯丙乳液的系列研究论文[6～8]；近期黄健、殷海波等[9，10]研究了用废弃EPS制备苯丙乳液及其对建筑水泥砂浆增粘增韧作用，研究表明虽然抗压强度有所降低，但提高了砂浆的粘接强度与韧性。考虑到上述文献研究的产物建筑防水胶的耐老化性还不足以与建筑物50年以上的使用期相适应，本文拟在此前研究的基础上，利用废弃EPS，加入丙烯酸丁酯（BA）溶解后，再加入化学键能更高、耐老化更好、防水效果更优异的有机硅单体、水和其他助剂，经高速乳化、聚合制备有机硅聚苯乙烯丙烯酸酯乳液型建筑防水胶。

1 实验部分

1.1 实验原料

废弃EPS，将废弃的缓冲包装白色污染聚苯乙烯泡沫塑料洗净晾干；丙烯酸丁酯、丙烯酸、丙烯酸羟乙酯，工业品，北京东方化工厂；八甲基环四硅氧烷（D4），工业品，湖北兴发化工集团有机硅有限公司；乙烯基硅氧烷，工业品，武汉大学有机硅有限公司；过硫酸铵，分析纯，上海谱振生物科技有限公司；亚硫酸氢钠，分析纯，天津市东丽区天大化学试剂厂；425#普通硅酸盐水泥，湖北华新水泥公司；石英沙，来源于汉水河湖北境内的沙滩上，自然干燥，未经处理。

1.2 有机硅苯丙乳液防水胶的制备

在装有温度计、搅拌器、回流冷凝器及加料装置的500 mL四口圆底玻璃烧瓶中依次加入经氧化铝过柱除去阻聚剂的丙烯酸丁酯、丙烯酸、丙烯酸羟乙酯，再加入废弃EPS、搅拌溶解后，加入复合乳化剂、水、碳酸氢钠，高速搅拌乳化1 h，得预乳化液，然后取部分预乳化液放在滴液漏斗中用于滴加，余下的加入适量水和部分过硫酸铵水溶液及亚硫酸氢钠水溶液组成的氧化还原引发剂溶液，搅拌、加热升温，在45～55 ℃引发聚合后，在3 h滴加其余预乳化液、过硫酸铵水溶液和亚硫酸氢钠水溶液，加完后在0.5 h滴加D4和乙烯基硅氧烷有机硅单体，逐步升温到到88～90 ℃保温1 h，降温到30 ℃以下，中和，过滤，出料，得到有机硅聚苯乙烯丙烯酸酯乳液建筑防水胶。同时，按上述制备方法，不加有机单体，制备相同固含量的聚苯乙烯丙烯酸酯乳液建筑防水胶，用作对照样。

1.3 性能测试

1）防水胶固含量

将在103 ℃恒温干燥箱中干至恒量为W1的称量瓶中加入有机硅苯丙乳液防水胶样品，称量为W2，在103 ℃干燥至恒量为W3，按式（1）计算固含量S%：

2）防水胶贮存期

按照GB1955测试。

3）水泥混合胶浆防水胶膜性能

防水胶与水泥混合浆干燥胶膜的制备：在烧杯中按乳液防水胶∶水泥∶细沙=1∶0.3∶0.4（质量比，下同）称料，经搅拌、过滤，制得水泥混合防水胶，将此混合物涂于已涂有防粘剂的水磨石板上，晾干后再涂一遍，如此反复共涂3～4遍，使干燥后的胶膜厚度达2 mm，自然放置28 d后剥下得到水泥混合胶浆防水胶膜。

水泥混合胶浆防水胶膜拉伸强度、断裂伸长率、不透水性、低温柔性及抗紫外线均按照JC/T894—2001测定。

4）水泥混合防水胶粘接强度的测定

按照上述1.3中3）制得水泥混合防水胶，将此混合防水胶涂于标准水泥混凝土样板上，分别与水泥混凝土、地板砖、瓷砖、大理石、花岗岩板、防水油膏、PVC卷材、PE纤维复合卷材贴合，自然放置28 d后，用拉力机测定其粘接强度。

5）水胶膜吸水性

乳液防水胶与水泥混合胶浆防水胶膜称量（G1）后，放在60 ℃水中浸泡72 h，用干净毛巾擦掉表面水后再称量为G2，按式（2）计算胶膜吸水性W%：

2 结果与讨论

2.1 乳液防水胶主要技术指标

所制备的有机硅聚苯乙烯丙烯酸酯乳液防水胶和不加有机硅单体的聚苯乙烯丙烯酸酯乳液防水胶主要技术指标列于表1中。由表1可见，2种防水胶均满足JC/T894—2001性能要求。

表1 乳液防水胶与国家标准主要技术指标比较Tab.1 Comparison of emulsion waterproof adhesive with main technical specifications of the country

从表1可见，添加大量废旧聚苯乙烯泡沫塑料制备的有机硅苯丙乳液防水胶中有机硅含量达10%。已有文献报道[11]，当硅丙乳液涂料中有机硅的用量3%时，其胶膜的抗紫外线老化性能就成倍提高，其原因是，根据界面张力原理，含有机硅的苯丙乳液或溶液在干燥成膜时，有向表面迁移的趋势，使干燥后的胶膜表面有机硅含量大大高于其内部含量。另据德国WACKER公司用有机硅树脂乳液涂装的建筑物室外墙面已使用30多年，涂层表面仍然完好，这主要是有机硅聚合物分子中的碳硅键的键能高于普通有机聚合物中碳碳键的键能，从而使有机硅聚合物的耐候性和抗紫外线的能力大大强于非有机硅的普通碳氢氧聚合物，这也是本研究课题要加入有机硅单体的依据。

2.2 不加水泥的纯胶膜与加水泥后的混合胶膜吸水性的比较

防水胶膜吸水性是与防水涂料或胶粘剂性能关系极为密切的重要技术指标之一，不加水泥的有机硅聚苯乙烯丙烯酸酯乳液防水胶膜与加有水泥的混合胶膜的吸水性测定结果分别为11.8%和5.1%，说明纯胶膜中加入水泥后胶膜的吸水性大幅降低，而不加胶的水泥砂浆养护28 d后的吸水性高达7%，说明水泥与有机硅聚苯乙烯丙烯酸酯乳液防水胶复合后的吸水性远远低于其水泥混凝土与有机硅聚苯乙烯丙烯酸酯乳液防水胶各自单独的吸水性。

2.3 有机硅苯丙乳液防水胶与苯丙乳液防水胶膜耐候性比较

有机硅聚苯乙烯丙烯酸酯乳液防水胶及不加有机硅的聚苯乙烯丙烯酸酯乳液防水胶与水泥细砂混合物胶膜爆露于大气中6年，每年取样测定其拉伸强度和断裂伸长率，数据列于表2中。

表2 户外老化对水泥基复合防水胶膜性能的影响Tab.2 Effect of outdoor aging on the performance of cement-based composite waterproof film

从表2可以看出，不含有机硅的混合胶膜耐老化性也比较好，但却明显差于含有机硅混合胶膜的耐老化性，经过爆露于大气中6年的自然老化后，拉伸强度和断裂伸长率都仍然能满足国家建设部JC/T894—2001标准要求。

2.4 有机硅聚苯乙烯丙烯酸酯乳液防水胶的粘接性能

有机硅聚苯乙烯丙烯酸酯乳液防水胶与水泥及细砂集料按1∶0.3∶0.4混合，混合浆对各种常见建筑材料的粘接强度列于表3。

表3 有机硅苯丙乳液防水胶水泥砂浆对各种常见建材的粘接强度Tab.3 Bonding strength of silicone styrene emulsion waterproof adhesive cement mortar to various common building materials

由表3可见，有机硅聚苯乙烯丙烯酸酯乳液防水胶水泥砂浆对各种常见建材都有较好的粘接强度，都达到部颁标准，可用于各种材料的新旧建筑屋面上做防水涂层、防水密封，也可以在做各种防水涂层处理后，再用本复合防水胶浆粘贴各种不同材质的建筑防水材料和建筑装饰材料。

3 结论

由废旧聚苯乙烯泡沫塑料与有机硅和丙烯酸酯聚合制备的有机硅聚苯乙烯丙烯酸酯乳液防水胶与不含硅的聚苯乙烯丙烯酸酯乳液防水胶2者均能达到国家相关技术指标要求，都可用于在各种材料的新旧建筑屋面上做防水涂层或在做防水涂层后再用此混合胶浆粘贴各种不同材质的建筑防水材料和建筑装饰材料，但加入了有机硅的有机硅聚苯乙烯丙烯酸酯乳液防水胶耐老化性大幅提高，复合胶膜吸水性也更低。

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