孙幼红
(南京晓庄学院教师教育学院，江苏南京211171)
摘要:文章介绍了煤焦油与聚氯乙烯共混改性的方法，探讨了聚氯乙烯与增塑剂用量对共混物性能的影响;本文同时给出了利用膨润土将聚氯乙烯煤焦油共混物分散于水中制备水性涂料的方法，并对该涂料性能进行了测试．测试结果表明，除断裂伸长率较低外，该涂料与水乳型沥青防水涂料性能类似，考虑到该涂料优异的低温柔性能够补充断裂伸长率的不足，可以做出该涂料满足防水要求的结论．
关键词:防水涂料;煤焦油;聚氯乙烯树脂
中图分类号:TQ637 文献标识码:A 文章编号:10097902(2011)06005803
煤焦油是煤干馏过程中产生的一种深褐色黏稠液体，其成分很复杂，含有超过万种化合物．目前，我国煤焦油年产量已达1300万吨，占世界煤焦油产量的70%，对煤焦油进行深度加工利用，有助于提高资源利用率和环境保护．但由于加工技术落后，能耗高，产能小等原因，我国目前的煤焦油深加工企业大多经营状况不良．从世界范围来看，除了对煤焦油进行深加工提取各种化合物之外，它还可以直接用于制作管道涂料替代石油沥青类防腐涂料，而且性能上更为优异，主要表现在其吸水率更低、能够抵抗植物根茎穿入以及对微生物侵蚀有更好的防护作用等，可以适用于更为恶劣的环境．但该煤焦油涂料在施工过程中需要加热涂覆，高温下有大量有害物质挥发，危害施工人员健康．有鉴于此，我们尝试将该类涂料水性化，施工后通过水分蒸发形成连续涂膜，施工作业简便且大大减少有害物质的逸出．实验证明，该涂料可以作为防水涂料使用，能否适用于管道防腐，还有待实践检验．
我们也注意到，有相关专利(CN1039826A)涉及该类产品的研发．与该专利相比，我们工作的特点主要体现在以下几点:一是配方中大幅增加了聚氯乙烯树脂用量，大约是专利中用量的2～3．6倍，以此确保涂料涂膜的耐热性能以及机械强度;二是分散过程中未使用乳化剂或者水溶性的六偏磷酸钠，这在理论上对提高涂料耐水性能是有益的;三是大幅降低煤焦油脱水温度，减小了煤焦油脱水过程中起火的风险．尤其值得一提的是，我们的工作没有局限于仅仅对涂料性能进行检测，而是着重对影响煤焦油聚氯乙烯共混物性能的因素做了研究，因为，从本质上说，对防水起到关键作用的，还是该共混物．
1·实验
1．1主要原料及设备
煤焦油:张店煤气厂;聚氯乙烯:WS800，上海氯碱化工;邻苯二甲酸二辛酯:cp，南京化学试剂公司;三盐基硫酸铅:H-TLS，靖江广胜橡塑材料厂;膨润土:钠基，临安城北膨润土有限公司烧瓶，电动搅拌，电热包等
1．2涂料制备工艺
(1)煤焦油脱水:将煤焦油置于圆底烧瓶中，开动搅拌，缓慢升温至110—120℃保温至无气泡冒出，视为煤焦油完成脱水．
(2)分散相制备:将脱水后的煤焦油称重后置于三口瓶中，开动搅拌分别加入聚氯乙烯树脂、邻苯二甲酸二辛酯和三盐基硫酸铅，搅拌均匀后开始升温，并在135±5℃保温90分钟．
(3)分散介质制备:将水计量后置于三口瓶中，搅拌下加入配方量膨润土，高速搅拌使其分散均匀，并升温至80—90℃备用．
(4)涂料制备:搅拌下将温度约120—130℃的分散相以细流状慢慢加入80—90℃的分散介质中，加完后继续搅拌15分钟即可得水分散性涂料．
1．3性能测试方法
煤焦油聚氯乙烯共混物延度和软化点测定分别参照《JTJ052-2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中“T0605-1993沥青延度试验”以及“T0606-2000沥青软化点试验(环球法)”;其扯断强度测定参照《GB/T528硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》;涂料性能测定参照《JC/T408水乳型沥青防水涂料》．
2·结果与讨论
2．1聚氯乙烯用量对煤焦油聚氯乙烯共混物性能的影响
煤焦油中含有约50%的沥青，它可以成为防水涂料的成膜物质，但单独使用煤焦油作为防水涂料，其弱点是很明显的，突出表现为对温度非常敏感，温度高时容易软化流淌，温度低时则又很脆，容易开裂且粘结性、附着力都下降．同时，由于煤焦油成分复杂，组成也不稳定，不同厂家，不同批次的煤焦油质量差异较大，因而需要加入一定比例性能稳定的合成树脂对煤焦油进行共混改性．可以用于煤焦油共混改性的树脂很多，像环氧树脂［1］、聚氨酯树脂［2］、聚氯乙烯树脂［3］等．本实验采用的是聚氯乙烯树脂．表1给出了不同聚氯乙烯树脂用量对共混物性能的影响．
表1 聚氯乙烯树脂用量对共混物性能的影响
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从表1可以看出，随着聚氯乙烯树脂用量的增加，共混物软化点和扯断强度明显上升，而其延伸值则有所下降．还有必要指出的是，聚氯乙烯虽然有良好的化学稳定性，但其热稳定性较差，在140℃就会发生分解，分解放出的HCl会进一步加速其分解过程．为此配方中必须加入热稳定剂，如铅类，金属皂类，有机锡类等，必要时还可以辅以亚磷酸酯、环氧化合物、多元醇等辅助稳定剂．［4］本实验中使用三盐基硫酸铅．
2．2增塑剂用量对煤焦油聚氯乙烯共混物性能的影响
防水涂料一般要求涂膜具有一定弹性，可以随着基层的裂纹伸长而不发生断裂．聚氯乙烯树脂由于其分子中极性氯原子的存在，其分子间作用力较高，分子链的柔顺性不足，因而需要使用一定量增塑剂．可以作为其增塑剂的主要有邻苯二酸酯类、脂族二酸酯类、磷酸酯类、环氧化物以及一些聚合型增塑剂等．本实验采用邻苯二甲酸二辛酯作为其增塑剂．表2给出了增塑剂用量对共混物性能的影响。
表2 邻苯二甲酸二辛酯用量对共混物性能的影响
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从表2可以看出，随着DOP用量的增加，共混物延伸值有明显增加，扯断强度则有所下降，从理论上推断，其软化点也应该有所下降，但DOP用量在3—15%范围内，共混物软化点都能保持在80℃以上，都可以满足防水涂料耐热度要求．
2．3涂料性能指标
利用某些无机填料，将聚氯乙烯煤焦油共混物分散于水中，就制成一种可以常温施工的水性防水涂料．无机填料可以使用膨润土、凹凸棒土等．本实验中使用钠基膨润土．表3是该涂料的性能指标．
表3 聚氯乙烯改性煤焦油沙发涂料性能指标
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注1:分散相配方为脱水煤焦油:PVC∶DOP∶三盐=100∶13∶13∶0．7
注2:涂料配方为分散相:水:膨润土=41∶51∶8
表3中的性能指标设置与检测方法，大致参照行业标准JC/T408水乳型沥青防水涂料．与水乳型沥青防水涂料相比，聚氯乙烯改性煤焦油水性涂料主要存在如下问题:一是粘结强度稍低，标准要求不低于0．3MPa，实测是0．25MPa，考虑到另外两个指标(耐热性和低温柔性)实验中均无皱皮、起泡、剥落的现象，我们认为，该涂料在粘结性上可以满足要求;另一个问题是断裂伸长率，标准要求是600%，实测只有273%，差距比较大．但我们认为，这个也基本不成问题，原因主要有两点，一是200%的伸长率通常已经可以满足工程需要［5］;再是聚氯乙烯改性煤焦油水性涂料低温下有更好的伸长率，实验中我们发现，25℃下断裂伸长为273%的该涂料，在10℃时，其断裂伸长率可达600%．就屋面防水接缝施工来看，由于热胀，夏天混凝土屋面板之间的接缝是缩小的，所以不需要接缝材料的伸长率，而冬季，由于冷缩，混凝土屋面板之间的接缝则是增大的，此时对接缝材料的伸长率就有较高的要求，而聚氯乙烯改性煤焦油水性涂料低温下更好伸长率完全可以满足这个要求．有资料显示，通过热施工工艺，将聚氯乙烯与煤焦油的共混物直接用于屋面防水工程，防水效果良好且有很好的耐久性［6］．
3·结语
通过聚氯乙烯与煤焦油的共混，可以很好的解决煤焦油高温易流淌低温易脆裂的缺点，在膨润土的存在下，此共混物可以分散于水中，制成一种水性防水涂料，该涂料与水乳型沥青防水涂料性能类似，可以满足屋面防水要求．
参考文献:
［1］［日］藤野健一．环保型环氧煤焦油涂料［J］．燃料与化工，2002，5(33):276279．
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［3］吴健．聚氯乙烯胶泥在屋面防水中的应用［J］．东北林业大学学报，1993，3(21):109112．
［4］［日］CMC编辑部，吕世光译．塑料橡胶用新型添加剂［M］．北京:化学工业出版社，1989．931．
［5］袁大伟．对聚氯乙烯胶泥作屋面防水涂料的看法［J］．中国建筑防水，1987，1:610．
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