1聚合物水泥基材料特性概述
由具有膠粘性的聚合物、水泥、水、添加劑等組成的混合料，經(jīng)凝結(jié)并硬化后所形成的材料稱(chēng)為聚合物水泥基材料。該類(lèi)材料兼有水泥基材料的耐水性好、耐久、價(jià)廉和環(huán)保，以及有機(jī)聚合物的柔韌、防水、黏結(jié)性強(qiáng)和抗拉強(qiáng)度高等特點(diǎn)，具有極佳的技術(shù)性能優(yōu)勢(shì)，獲得極為廣泛的應(yīng)用。
1.1物理力學(xué)特性
聚合物水泥基材料的物理力學(xué)性能主要指其強(qiáng)度、彈性模量、抗裂性、耐酸堿性、耐水性、抗?jié)B透性等。與水泥基材料和聚合物材料相比，聚合物水泥基材料的抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和黏結(jié)強(qiáng)度等都顯著提高，特別是黏結(jié)強(qiáng)度提高幅度很大，這是因?yàn)榫酆衔锱c被黏結(jié)基體的良好膠接作用。抗拉強(qiáng)度的提高主要?dú)w因于微裂紋和其他結(jié)構(gòu)缺陷的減少。聚合物與水泥漿體之間形成互穿網(wǎng)絡(luò)，在應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂縫時(shí)，聚合物能夠在微裂紋上“架橋”而抑制裂縫擴(kuò)展，使聚合物水泥基材料的斷裂韌性、變形性能得到提高。此外，拌合物的工作性和分散性的改善使水化水泥漿體的結(jié)構(gòu)均勻致密，也促進(jìn)了抗拉強(qiáng)度的提高。
由于結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，聚合物水泥基材料的滲透性大大降低，由此也促進(jìn)了耐酸堿性、耐水性的改善。聚合物水泥基材料耐溫、濕度變化循環(huán)的能力要比水泥基材料好，這是由于聚合物膜的存在，以及使用聚合物時(shí)較低的水灰比及合理的孔結(jié)構(gòu)所致。聚合物水泥基材料彈性模量降低，這是由于聚合物的彈性模量較水泥漿體的彈性模量低得多，彈性模量降低對(duì)改善聚合物水泥基材料的變形性有益，這極有利于材料在變溫條件下吸收應(yīng)力。同時(shí)，由于聚合物水泥基材料的抗拉強(qiáng)度提高，延伸性能改善，從而減少干縮裂縫和溫度裂縫的形成。干縮裂縫的減少也與聚合物較高的保水性有關(guān)。聚合物水泥基材料隨溫度升高而強(qiáng)度降低，當(dāng)材料中聚合物含量高時(shí)可能還有輕微的可燃性。通常聚合物水泥基材料的使用溫度限制在150℃以下。
1.2施工操作特性
聚合物水泥基材料常常具有更好的施工操作特性，但不同的聚合物會(huì)給聚合物水泥基材料帶來(lái)不一樣的性能。對(duì)于合成樹(shù)脂乳液類(lèi)聚合物來(lái)說(shuō)，由于其中富含表面活性劑，能夠增大拌合物的流動(dòng)性;分散的聚合物顆粒還能象“滾珠”一樣使水泥及水化產(chǎn)物顆粒更容易相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而常常能夠使拌合物的施工性得到顯著改善。由于聚合物的分散作用及表面活性劑被吸附到水泥顆粒上，使水泥的水化速度減緩，即對(duì)水泥產(chǎn)生緩凝作用，使拌合物的凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)。一般情況下，這些因素對(duì)施工操作性都很有利。乳液的憎水性和膠體性質(zhì)使新拌聚合物水泥基材料具有良好的保水性，從而減少了對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)期潮濕養(yǎng)護(hù)的必要。對(duì)于聚乙烯醇類(lèi)水溶性高分子聚合物來(lái)說(shuō)，其水溶液是膠體，黏聚性很大，因而能夠顯著提高拌合物的黏聚性，有效改善施工操作性。
1.3耐久性、耐腐蝕性
聚合物的引入使材料的物理力學(xué)性能提高、微觀結(jié)構(gòu)改善且結(jié)構(gòu)缺陷減少，顯著提高材料的抗?jié)B性和凍融耐久性，并使材料具有良好的抗化學(xué)侵蝕性，良好的抗氯鹽滲透能力。
1.4成本
聚合物水泥基材料的成本比水泥基材料顯著提高，但目前在不同的應(yīng)用領(lǐng)域，絕大多數(shù)處于能夠接受的范圍，并具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。聚合物水泥基材料的這些特性，使之極適合于制備某些裝飾性建筑涂料以及功能性建筑涂料。
2聚合物水泥基材料中聚合物對(duì)水泥的改性
在聚合物水泥基材料中，當(dāng)主導(dǎo)材料為水泥時(shí)，材料顯示無(wú)機(jī)水泥的特性，但性能得到顯著改善;反之亦然。這兩種情況在建筑涂料中都存在。
2.1水泥為主導(dǎo)材料
當(dāng)主導(dǎo)材料是水泥時(shí)，聚合物對(duì)水泥的改性機(jī)理大致可歸納為：
一是聚合物在水泥凝膠中均勻分散，可以防止或減少水分蒸發(fā)和防止干燥基體對(duì)水分的吸收，使水泥水化作用更趨完善。
二是聚合物的加入增大了水泥膠凝材料的黏結(jié)力。在水泥-聚合物體系中，水泥和聚合物都能起膠黏劑的作用;但聚合物膜的黏結(jié)強(qiáng)度遠(yuǎn)高于水泥的拉伸強(qiáng)度，而使體系拉伸強(qiáng)度大大提高。聚合物膜在材料中均勻分布，并與水泥凝膠體形成了相互貫穿的網(wǎng)絡(luò)，在受到外力作用時(shí)，這種結(jié)構(gòu)有利于應(yīng)力的分散和轉(zhuǎn)移，阻止或減弱了裂紋的增長(zhǎng)。
三是聚合物與水泥水化產(chǎn)物之間存在化學(xué)作用。此外，水泥在凝結(jié)硬化過(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生大量孔隙或微裂紋而在材料中形成薄弱部位。加入的聚合物分散并聚集于孔隙壁上，在孔隙壁或微裂紋表面形成一層聚合物膜，對(duì)這些薄弱部位產(chǎn)生增強(qiáng)作用。因而，通過(guò)聚合物分子的擴(kuò)散(自黏性)，聚合物粒子在材料中形成不溶于水的連續(xù)聚合物膜，提高對(duì)界面的黏結(jié)性和對(duì)材料本身的改性。聚合物膜分布于水泥水化產(chǎn)物之間，在有應(yīng)力時(shí)起到“架橋”作用，有效吸收和傳遞能量，從而抑制裂紋的形成或擴(kuò)展。
2.2聚合物為主導(dǎo)材料
主導(dǎo)材料為聚合物的情況更多出現(xiàn)于建筑涂料中。此時(shí)，材料在呈現(xiàn)聚合物特性的同時(shí)，獲得水泥基材料所賦予的耐水性、透氣性和化學(xué)改性作用，使復(fù)合材料的性能顯著提高。
3聚合物水泥基材料在建筑涂料中的應(yīng)用
聚合物水泥基材料在建筑涂料中主要用作基料。由于水泥加水后在很短時(shí)間內(nèi)就會(huì)凝結(jié)硬化，即使采取緩凝措施也只能夠延長(zhǎng)有限的時(shí)間，作為產(chǎn)品并無(wú)實(shí)際意義。因而，聚合物水泥基材料主要用于生產(chǎn)粉狀和雙組分建筑涂料。
3.1粉狀建筑涂料
粉狀聚合物水泥基建筑涂料的聚合物組分為可再分散乳膠粉或者聚乙烯醇微細(xì)粉末。在工廠中將各種組分混合均勻制成涂料，使用時(shí)只需加水?dāng)嚢杈鶆蚣纯桑鐝?fù)層涂料、仿瓷涂料等。這類(lèi)涂料的最大優(yōu)勢(shì)在于加水?dāng)嚢杓纯墒褂茫阌谶\(yùn)輸、存放，避免施工現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備多種原材料。
3.2雙組分建筑涂料
雙組分建筑涂料為粉料和液料配套包裝供應(yīng)。與粉狀建筑涂料相比，雙組分建筑涂料也有其性能優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)于成本低。但當(dāng)使用時(shí)一次的配制量小于一個(gè)包裝時(shí)，稱(chēng)量和配比就顯得很麻煩。此外，雙組分建筑涂料包裝量和運(yùn)輸量也相應(yīng)增大。因而，有些對(duì)成本要求苛刻而又不需要長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)慕ㄖ苛希缇酆衔锼喾浪苛希壳叭匀皇请p組分建筑涂料;有些建筑涂料，例如外墻柔性膩?zhàn)樱瑒t粉狀和雙組分建筑涂料并行不悖。
4聚合物水泥基建筑涂料的性能特征
4.1性能優(yōu)勢(shì)
在聚合物水泥基建筑涂料中，聚合物可在干燥環(huán)境下成膜，水泥則在有水存在的條件下固化和水化，這兩種體系的結(jié)合，使涂膜具有最佳的物理力學(xué)性能。聚合物賦予聚合物水泥基涂料良好的表面性能，既提高了耐沾污性，又保留了純無(wú)機(jī)涂料原有的透氣性。聚合物水泥基建筑涂料具有許多僅僅使用有機(jī)基料制備的涂料所難以得到的性能，例如與水泥基無(wú)機(jī)基層的黏結(jié)強(qiáng)度、耐水性、耐老化性等，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出僅使用有機(jī)基料或無(wú)機(jī)基料所能夠達(dá)到的效果。
4.2經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)
聚合物水泥基建筑涂料由于使用價(jià)格低廉的水泥，可以使有機(jī)基料的用量顯著降低，從而降低涂料成本。另一方面，液體有機(jī)涂料由于需要解決貯存性能，例如防沉淀、霉變以及保持涂料的黏度穩(wěn)定等，需要使用許多助劑，如增稠劑、防霉劑、防凍融劑、分散劑等，而且對(duì)這些助劑的性能要求較高，因而其成本在涂料的組成材料中占有很高比例(一般占涂料原材料成本的15%~35%)，而在粉狀或雙組分聚合物水泥基建筑涂料中這些助劑或者根本不需要使用，或者用量很少，或者能夠使用更為廉價(jià)的產(chǎn)品(例如分散劑，可以使用六偏磷酸鈉這種具有高效分散性能而又廉價(jià)的產(chǎn)品)，從而使涂料的生產(chǎn)成本降低。
4.3生產(chǎn)及其技術(shù)優(yōu)勢(shì)
按照目前建筑涂料的原材料供應(yīng)情況，聚合物水泥基建筑涂料所用的原材料絕大多數(shù)都是粉狀材料，有少部分可能需要進(jìn)一步粉磨的原材料用量也很小。因而，其生產(chǎn)只是將各種粉狀材料在干粉混合機(jī)中混合均勻即可，生產(chǎn)過(guò)程非常簡(jiǎn)單，生產(chǎn)技術(shù)很容易掌握與控制。生產(chǎn)設(shè)備也只需干粉混合機(jī)、粉狀材料包裝機(jī)、質(zhì)量控制設(shè)備等，投資小。