摘要:文章介紹了煤焦油與聚氯乙烯共混改性的方法，探討了聚氯乙烯與增塑劑用量對共混物性能的影響;本文同時給出了利用膨潤土將聚氯乙烯煤焦油共混物分散于水中制備水性涂料的方法，并對該涂料性能進行了測試．測試結果表明，除斷裂伸長率較低外，該涂料與水乳型瀝青防水涂料性能類似，考慮到該涂料優(yōu)異的低溫柔性能夠補充斷裂伸長率的不足，可以做出該涂料滿足防水要求的結論．
關鍵詞:防水涂料;煤焦油;聚氯乙烯樹脂
煤焦油是煤干餾過程中產生的一種深褐色黏稠液體，其成分很復雜，含有超過萬種化合物．目前，我國煤焦油年產量已達1300萬噸，占世界煤焦油產量的70%，對煤焦油進行深度加工利用，有助于提高資源利用率和環(huán)境保護．但由于加工技術落后，能耗高，產能小等原因，我國目前的煤焦油深加工企業(yè)大多經營狀況不良．從世界范圍來看，除了對煤焦油進行深加工提取各種化合物之外，它還可以直接用于制作管道涂料替代石油瀝青類防腐涂料，而且性能上更為優(yōu)異，主要表現(xiàn)在其吸水率更低、能夠抵抗植物根莖穿入以及對微生物侵蝕有更好的防護作用等，可以適用于更為惡劣的環(huán)境．但該煤焦油涂料在施工過程中需要加熱涂覆，高溫下有大量有害物質揮發(fā)，危害施工人員健康．有鑒于此，我們嘗試將該類涂料水性化，施工后通過水分蒸發(fā)形成連續(xù)涂膜，施工作業(yè)簡便且大大減少有害物質的逸出．實驗證明，該涂料可以作為防水涂料使用，能否適用于管道防腐，還有待實踐檢驗．
我們也注意到，有相關專利(CN1039826A)涉及該類產品的研發(fā)．與該專利相比，我們工作的特點主要體現(xiàn)在以下幾點:一是配方中大幅增加了聚氯乙烯樹脂用量，大約是專利中用量的2～3．6倍，以此確保涂料涂膜的耐熱性能以及機械強度;二是分散過程中未使用乳化劑或者水溶性的六偏磷酸鈉，這在理論上對提高涂料耐水性能是有益的;三是大幅降低煤焦油脫水溫度，減小了煤焦油脫水過程中起火的風險．尤其值得一提的是，我們的工作沒有局限于僅僅對涂料性能進行檢測，而是著重對影響煤焦油聚氯乙烯共混物性能的因素做了研究，因為，從本質上說，對防水起到關鍵作用的，還是該共混物．
·實驗
?。?主要原料及設備
煤焦油:張店煤氣廠;聚氯乙烯:WS800，上海氯堿化工;鄰苯二甲酸二辛酯:cp，南京化學試劑公司;三鹽基硫酸鉛:H-TLS，靖江廣勝橡塑材料廠;膨潤土:鈉基，臨安城北膨潤土有限公司燒瓶，電動攪拌，電熱包等
?。?涂料制備工藝
煤焦油脫水:將煤焦油置于圓底燒瓶中，開動攪拌，緩慢升溫至110—120℃保溫至無氣泡冒出，視為煤焦油完成脫水．
分散相制備:將脫水后的煤焦油稱重后置于三口瓶中，開動攪拌分別加入聚氯乙烯樹脂、鄰苯二甲酸二辛酯和三鹽基硫酸鉛，攪拌均勻后開始升溫，并在135±5℃保溫90分鐘．
分散介質制備:將水計量后置于三口瓶中，攪拌下加入配方量膨潤土，高速攪拌使其分散均勻，并升溫至80—90℃?zhèn)溆茫?/p>
涂料制備:攪拌下將溫度約120—130℃的分散相以細流狀慢慢加入80—90℃的分散介質中，加完后繼續(xù)攪拌15分鐘即可得水分散性涂料．
?。?性能測試方法
煤焦油聚氯乙烯共混物延度和軟化點測定分別參照《JTJ052-2000公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》中“T0605-1993瀝青延度試驗”以及“T0606-2000瀝青軟化點試驗(環(huán)球法)”;其扯斷強度測定參照《GB/T528硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應力應變性能的測定》;涂料性能測定參照《JC/T408水乳型瀝青防水涂料》．
·結果與討論
．1聚氯乙烯用量對煤焦油聚氯乙烯共混物性能的影響
煤焦油中含有約50%的瀝青，它可以成為防水涂料的成膜物質，但單獨使用煤焦油作為防水涂料，其弱點是很明顯的，突出表現(xiàn)為對溫度非常敏感，溫度高時容易軟化流淌，溫度低時則又很脆，容易開裂且粘結性、附著力都下降．同時，由于煤焦油成分復雜，組成也不穩(wěn)定，不同廠家，不同批次的煤焦油質量差異較大，因而需要加入一定比例性能穩(wěn)定的合成樹脂對煤焦油進行共混改性．可以用于煤焦油共混改性的樹脂很多，像環(huán)氧樹脂［1］、聚氨酯樹脂［2］、聚氯乙烯樹脂［3］等．本實驗采用的是聚氯乙烯樹脂．表1給出了不同聚氯乙烯樹脂用量對共混物性能的影響．
表1 聚氯乙烯樹脂用量對共混物性能的影響
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從表1可以看出，隨著聚氯乙烯樹脂用量的增加，共混物軟化點和扯斷強度明顯上升，而其延伸值則有所下降．還有必要指出的是，聚氯乙烯雖然有良好的化學穩(wěn)定性，但其熱穩(wěn)定性較差，在140℃就會發(fā)生分解，分解放出的HCl會進一步加速其分解過程．為此配方中必須加入熱穩(wěn)定劑，如鉛類，金屬皂類，有機錫類等，必要時還可以輔以亞磷酸酯、環(huán)氧化合物、多元醇等輔助穩(wěn)定劑．［4］本實驗中使用三鹽基硫酸鉛．
?。?增塑劑用量對煤焦油聚氯乙烯共混物性能的影響
防水涂料一般要求涂膜具有一定彈性，可以隨著基層的裂紋伸長而不發(fā)生斷裂．聚氯乙烯樹脂由于其分子中極性氯原子的存在，其分子間作用力較高，分子鏈的柔順性不足，因而需要使用一定量增塑劑．可以作為其增塑劑的主要有鄰苯二酸酯類、脂族二酸酯類、磷酸酯類、環(huán)氧化物以及一些聚合型增塑劑等．本實驗采用鄰苯二甲酸二辛酯作為其增塑劑．表2給出了增塑劑用量對共混物性能的影響。
表2 鄰苯二甲酸二辛酯用量對共混物性能的影響
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從表2可以看出，隨著DOP用量的增加，共混物延伸值有明顯增加，扯斷強度則有所下降，從理論上推斷，其軟化點也應該有所下降，但DOP用量在3—15%范圍內，共混物軟化點都能保持在80℃以上，都可以滿足防水涂料耐熱度要求．
?。?涂料性能指標
利用某些無機填料，將聚氯乙烯煤焦油共混物分散于水中，就制成一種可以常溫施工的水性防水涂料．無機填料可以使用膨潤土、凹凸棒土等．本實驗中使用鈉基膨潤土．表3是該涂料的性能指標．
表3 聚氯乙烯改性煤焦油沙發(fā)涂料性能指標
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注1:分散相配方為脫水煤焦油:PVC∶DOP∶三鹽=100∶13∶13∶0．
注2:涂料配方為分散相:水:膨潤土=41∶51∶
表3中的性能指標設置與檢測方法，大致參照行業(yè)標準JC/T408水乳型瀝青防水涂料．與水乳型瀝青防水涂料相比，聚氯乙烯改性煤焦油水性涂料主要存在如下問題:一是粘結強度稍低，標準要求不低于0．3MPa，實測是0．25MPa，考慮到另外兩個指標(耐熱性和低溫柔性)實驗中均無皺皮、起泡、剝落的現(xiàn)象，我們認為，該涂料在粘結性上可以滿足要求;另一個問題是斷裂伸長率，標準要求是600%，實測只有273%，差距比較大．但我們認為，這個也基本不成問題，原因主要有兩點，一是200%的伸長率通常已經可以滿足工程需要［5］;再是聚氯乙烯改性煤焦油水性涂料低溫下有更好的伸長率，實驗中我們發(fā)現(xiàn)，25℃下斷裂伸長為273%的該涂料，在10℃時，其斷裂伸長率可達600%．就屋面防水接縫施工來看，由于熱脹，夏天混凝土屋面板之間的接縫是縮小的，所以不需要接縫材料的伸長率，而冬季，由于冷縮，混凝土屋面板之間的接縫則是增大的，此時對接縫材料的伸長率就有較高的要求，而聚氯乙烯改性煤焦油水性涂料低溫下更好伸長率完全可以滿足這個要求．有資料顯示，通過熱施工工藝，將聚氯乙烯與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］．
·結語
通過聚氯乙烯與煤焦油的共混，可以很好的解決煤焦油高溫易流淌低溫易脆裂的缺點，在膨潤土的存在下，此共混物可以分散于水中，制成一種水性防水涂料，該涂料與水乳型瀝青防水涂料性能類似，可以滿足屋面防水要求．
參考文獻
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