武汉金属屋面防水涂料的耐老化性能研究

导语：轻钢结构建筑由于其建设周期短、预制化程度高、建筑及设计风格灵活多样以及整个施工过程有利于环保等特点，被广泛应用于各类建筑中。在金属屋面快速发展的过程中由于设计、施工方法以及所用材料等多方面的原因，渗漏问题尤为显现。针对金属屋面渗漏，一般采用丁基胶条、硅酮密封胶、SBS 改性沥青防水卷材或 PVC、TPO 等高分子防水卷材进行维修。但由于金属屋面受荷载变化和冻融老化、紫外老化等影响因素，上述材料在使用过程中往往达不到防水抗渗要求。

金属屋面防水涂料具有冷施工、工艺操作简便，涂层干燥成膜后具有耐低温、耐热、耐水性且可以形成整体无缝的防水层，能在一定范围内适应基层开裂、适用工程结构复杂部位等优点，是其他卷材类所不能代替的。

本研究选用高弹丙烯酸乳液配制了金属屋面防水涂料，对所制涂料进行热老化、浸水老化、紫外老化和人工气候老化处理，研究其老化后的拉伸性能，为实际应用提供参考。

金属屋面防水涂料按下表所示配方进行配制。

金属屋面防水涂料老化处理

热老化处理

将试件水平放入（80±2） ℃的电热鼓风干燥箱中，恒温放置（168±1） h取出。取出后放入干燥皿中冷却至室温，在标准实验条件下养护4 h。

浸水老化处理

标准实验条件下，将试件在三级水中浸泡168 h后取出用干布擦干，在（60±2） ℃电热鼓风干燥箱中放置6 h，取出后放入干燥皿中冷却至室温，在标准实验条件下养护（18±2） h。

紫外线老化处理

在250 mm×250 mm玻璃板上撒满滑石粉，将试件水平放置在玻璃板上，设置紫外线老化箱温度为（45±2） ℃，将试件放入其中恒温照射240 h。照射完成后取出试件，放入干燥皿中冷却至室温，在标准实验条件下养护4 h。

人工气候老化处理

截取10条120 mm×50 mm矩形试件放入人工气候老化箱中，分别在累计辐照量为1 200 h、2 500 h时各取出5条试件，并放入干燥皿中冷却至室温，在标准实验条件下养护4 h后进行测试。

结果与讨论

1）经过168 h的不同处理，热老化试件与自然养护试件的拉伸强度均有所增大，断裂伸长率均呈减小趋势，但热处理试件的变化幅度更大。

一方面，为保持良好的附着力，在丙烯酸树脂聚合过程中会引入少量极性基团。在涂膜养护过程中，极性基团通过交联反应增大涂膜的交联密度，使涂膜的脆性增加，表现为涂膜的拉伸强度增大而断裂伸长率减小。

另一方面，金属屋面防水涂料在成膜过程中残留少量水分与可挥发性物质，会随着时间的延长而慢慢地从涂膜中迁移出来。在这个过程中，涂膜致密性逐渐增强，拉伸强度随之增大，但涂膜柔韧性降低，断裂伸长率逐步减小。经过热老化处理的试件比自然养护试件所处环境温度高，因此其残留物析出的速度也更快，所以其拉伸性能变化幅度也更大。

2）浸水老化试件的拉伸强度并没有减小，反而有所增大。这说明试件在浸水处理168 h之后，涂膜性能较稳定，并没有出现严重的键位水解。

由于浸水时间较长，涂料中未反应的小分子会被水全部溶解掉，剩下的全是固化完全的结构，所以拉伸强度会缓慢地增大。被水溶解掉的小分子在涂膜中起到一定的增韧作用，当它们溶解后涂膜的延伸性能会有所降低，但仍保持在较高的水平，对涂料的使用性能并未造成较大影响。

3）由于涂膜在紫外线长时间辐照下吸收的光能量大于聚合物中C—C键的离解能，导致聚合物内部发生链的断裂，从而使涂膜柔韧性降低，断裂伸长率减小。但涂膜在紫外线老化240 ｈ后仍具有117%的断裂伸长率，说明金属屋面防水涂料能够满足室外使用的技术要求。

4）人工气候老化试件在老化处理过程中，可挥发性物质会逐渐挥发，含有活性基团的组分缓慢交联固化。在这个过程中涂膜的致密性增加、柔韧性降低，表现为涂膜拉伸强度逐渐增大，断裂伸长率逐渐减小。而随着老化时间的延长，辐照量增加，涂膜吸收具有较高光能量的波长，并在有氧环境下发生光氧化老化反应，涂膜内部出现部分C—C链的断裂。在这个过程中，涂膜拉伸强度开始减小，断裂伸长率继续减小。

人工气候老化结果能够粗略地反映出涂膜在自然环境下的老化趋势，是涂膜加速老化的体现，可以为实际应用提供有效的借鉴。