殷锦捷，周华利，姜胜男

（辽宁工程技术大学材料科学与工程学院，辽宁 阜新 123000）

【现代涂层技术】

新型苯乙烯–丁二烯–苯乙烯(SBS)防水涂料的制备

殷锦捷*，周华利，姜胜男

（辽宁工程技术大学材料科学与工程学院，辽宁 阜新 123000）

通过实验制备一种耐水性强、附着力大、热稳定性好、无毒、环保、价格适宜且制作工艺简单的防水涂料。对不同类型的增黏树脂和溶剂进行了筛选，研究了溶剂比例、增黏树脂比例、反应时间和温度对苯乙烯–丁二烯–苯乙烯(SBS)防水涂料的吸水率和附着力的影响，获得了最佳工艺条件：萜烯树脂与石油树脂的质量比为 3∶1，乙酸乙酯和甲苯的混合溶液与120#汽油的质量比为7∶3，反应时间40 min，反应温度为65 °C。研究结果表明，由最佳工艺制备的 SBS防水涂料的吸水率为15.26%，附着力1级，热分解温度212.08 °C，，具有较强的耐水性，良好的附着力和热稳定性。

防水涂料；苯乙烯–丁二烯–苯乙烯共聚物；增黏树脂；正交试验

1 前言

热塑性弹性体 SBS(苯乙烯–丁二烯–苯乙烯)因具有良好的弹性、抗滑性、耐磨性等而广泛应用于胶黏剂中[1]，但在涂料方面的应用比较少，特别是防水涂料。这是由于SBS的极性很小，用于防水涂料时，其耐水效果较差。而且，对防水涂料来说，吸水率和附着力等级是评价其质量的重要标准，而目前的SBS防水涂料在这两方面均未有具体的研究。本文通过正交试验，具体分析影响SBS防水涂料吸水率和附着力的主要因素，并以提高SBS的极性来降低涂料的吸水率和附着力等级。这样，所制备的SBS防水涂料在应用过程中，会形成一层附着力好、坚韧而有弹性的防水膜，能够自我修复刺孔，防水性能优良[2]。

2 实验

2. 1 主要原料

SBS树脂，广东茂名石化有限公司；萜烯树脂，锦州化工厂；石油树脂，沈阳沈一精细化学公司；120#汽油，大连石油添加剂厂；甲苯，天津市北方天医化学试剂厂；乙酸乙酯，沈阳试剂二厂；抗氧剂-1010，中国医药集团上海化学试剂公司；二甲基硅油，沈阳市硅胶厂；邻苯二甲酸二辛酯，沈阳迪高；膨润土，天津燕海化学有限公司。

2. 2 主要仪器

HH-4型数显恒温水浴锅，常州国华电器厂；STA449C型热重测试仪，德国耐驰公司；SSX-550型扫描电子显微镜，日本岛津制作所；202-2型电热恒温鼓风干燥箱，山东鄄城电热仪器有限公司。

2. 3 涂膜的制备

在常温下，先将一定量的溶剂加入烧杯中，接着放入一定比例的 SBS。将烧杯放入恒温水浴锅中，调整温度，不断搅拌使其受热均匀、充分溶解。再加入一定比例的增黏树脂，不断搅拌溶解后，按顺序加入抗氧剂、消泡剂、增塑剂以及填料等助剂。在反应过程中，不断搅拌，使其反应充分。反应结束后，降温出料。将制得的涂料涂在打磨平整光滑的铁板上，厚度约2 mm。置于室温下2天，自然晾干成膜后，在烘干箱中干燥，得到厚度约为0.6 ～ 1.0 mm的具有一定弹性的柔软透明涂膜。

涂料配方如下(以质量分数表示)：

复合溶剂 40%

增黏树脂 35%

SBS 15%

抗氧剂-1010 0.3%

二甲基硅油 0.7%

邻苯二甲酸二辛酯 3%

膨润土 6%

2. 4 涂膜性能检测

以扫描电子显微镜观察涂膜表面的形貌特征；吸水率测试根据GB/T 1738–1979《绝缘漆漆膜吸水率测定法》进行；附着力测试方法按照GB/T 9286–1998《色漆和清漆 漆膜的划格试验》标准；热重测试采用德国耐驰公司生产的STA449C热重测试仪进行；贮存稳定性根据GB/T 6753.3–1986《涂料贮存稳定性试验方法》进行测定；黏度测试根据GB/T 1723–1993《涂料粘度测定法》进行。

3 结果与讨论

3. 1 溶剂种类对涂料的影响

溶剂对SBS防水涂料的影响见表1。

表1 溶剂对SBS防水涂料的影响Table 1 Influence of solvents on SBS waterproof paint

由表1可见，丙酮和120#汽油不能完全溶解SBS防水涂料。原因是丙酮的挥发速度快，使SBS中的PS嵌段为层状，影响其相态结构，使其不能充分溶解；而120#汽油的溶解度参数为7.4，较之PS嵌段和PB嵌段的溶解度参数9.1和8.1都相距甚远[3]，故不能完全溶解之。而120#汽油和乙酸乙酯的复合溶剂使涂料的均匀性不好，说明其与原料的相容性不足。120#汽油、甲苯、乙酸乙酯的混合溶剂成本和毒性较低，溶解后，涂料的均匀性良好。合适溶剂的选择，既要考虑溶剂对SBS及其他原料的溶解性，还要注意溶剂的低毒性、低成本以及挥发速度[4]。故本文选择乙酸乙酯、甲苯与120#汽油作为复合溶剂进行正交试验，其中，120#汽油、乙酸乙酯与甲苯的质量比为4∶4∶1。

3. 2 增黏树脂种类对涂料的影响

增黏树脂广泛应用于胶黏剂、涂料和油墨等方面[5]。表2为不同增黏树脂对SBS防水涂料的影响。由表2可知，分别选用松香树脂和古马隆树脂加入涂料中，会使整个溶液变得浑浊，并且黏度较低；而选用萜烯树脂和石油树脂时，溶液变得均匀透明，并且黏度较大。这是由于SBS的极性较小，它与不同的增黏树脂的相容性各不相同。弱极性和非极性的增黏树脂与SBS相容性好，而极性强的增黏树脂与SBS的相容性不好。因此，与SBS配合较好的增黏树脂是萜烯树脂和石油树脂，故选择它们作为复合增黏树脂进行实验。

表2 SBS与不同增黏树脂互溶性比较Table 2 Comparison of compatibility between SBS and various tackifying resins

3. 3 正交试验结果

正交试验因素水平见表3。

表3 正交试验因素和水平Table 3 Factors and levels of orthogonal test

正交试验结果如表 4所示。根据正交试验的极差分析，涂膜平均吸水率和附着力的较优水平按因素的主次顺序分别为：A3＞ B2＞ D1＞ C2，B2＞ A2= C2= D3。兼顾两个指标，得出最佳工艺参数为 A3B2C2D1。即m(萜烯树脂)∶m(石油树脂)为3∶1，乙酸乙酯和甲苯的混合溶液与 120#汽油的质量比为 7∶3，反应时间40 min，反应温度为65 °C。

表4 正交试验结果和级差分析Table 4 Results of orthogonal test and range analysis

3. 4 SBS防水涂料热重分析

SBS防水涂料的热重试验结果见图1。

图1 SBS防水涂料的热重分析曲线Figure 1 Thermogravimetric curve of SBS waterproof coating

从图1可以看出，SBS防水涂料的起始分解温度θi为212.08 °C，热反应终止温度θf为599.97 °C，θi～ θf间的热质量损失率为81.57%。在试验初始阶段(100 ～212.08 °C)，涂料基本上不失重，失重率仅为4.97%，主要是涂料中未挥发的溶剂和其他易挥发杂质的挥发，涂料中的成膜物质开始熔融软化，在 212.08 ～599.97 °C时，成膜物质中部分成分分解产生水蒸气，促使第一阶段已熔融软化的成膜物质持续地膨胀发泡，形成泡沫层。由于实验过程中萜烯树脂和石油树脂的用量较大，且它们的分解温度都相对较低，所以导致SBS防水涂料的分解温度也不是很高。但是SBS防水涂料通常用于地下和矿井等潮湿的地方，工作环境温度一般都不高，所以完全能满足实用要求。

3. 5 扫描电镜分析

SBS防水涂料加入偶联剂前后的扫描电镜照片见图2。从图2可知，未加偶联剂的SBS防水涂料的涂膜表面相对不均匀。这是由于SBS与树脂溶解的不彻底产生的。而加入偶联剂的涂膜表面效果有所提高，是由于偶联剂提高了增强材料与树脂之间的粘合强度，从而提高了复合材料的性能，同时还可以防止介质向界面渗透，改善了界面状态，提高了相容性。

图2 加入偶联剂前后SBS防水涂料的扫描电镜照片Figure 2 SEM images of SBS waterproof coating before and after addition of coupling agent

3. 6 SBS防水涂料的性能测试

根据正交试验制备的SBS防水涂料其涂膜性能测试结果如表5所示。由表5可知，所得涂膜的吸水率为15.26%，附着力1级，热稳定性等级为6，耐水性和耐盐水性均合格，涂料透明，黏度较低，表干时间较快。这说明按最佳方案所制备出的SBS防水涂料的各项性能俱佳，符合建筑涂料的指标要求，可广泛用于屋面以及地下和矿井等地，达到防水抗渗的目的。

表5 涂膜性能测试结果Table 5 Test results of coating performance

4 结论

(1) 极性强的增黏树脂与SBS防水涂料的相容性不太好，弱极性和非极性增黏树脂与SBS防水涂料的相容性好。故石油树脂和萜烯树脂与SBS的相容性较好。

(2) 由乙酸乙酯、甲苯、120#汽油组成的复合溶剂，低毒、成本低，并可提高增黏树脂与SBS弹性体的相容性。

(3) 制备SBS防水涂料的最佳工艺条件是：萜烯树脂与石油树脂的质量比为3∶1，乙酸乙酯和甲苯的混合溶液(质量比为4∶1)与120#汽油的质量比为7∶3，反应时间40 min，反应温度为65 °C。

(4) 制备的SBS防水涂料的吸水率为15.26%，附着力1级，热分解温度212.08 °C，有较强的耐水性，良好的附着力和热稳定性。

[1] 王金银. 改性SBS鞋用胶粘剂的研制[J]. 精细化工中间体, 2002, 32 (2): 39-40.

[2] 戚震男, 马召华, 蒋燕兮. SBS单组分橡胶防水涂料[J]. 广州化学, 2003, 28 (2): 31-37.

[3] 翟广玉, 马海英, 翟连矿. 常温生产 SBS防水涂料的研究[J]. 化学与黏合, 2006, 28 (5): 357-358, 361.

[4] 刘萍, 毕建波. SBS粘合剂中溶剂的选择[J]. 中国胶粘剂, 2001, 10 (2): 28-29.

[5] 金少霖, 许国强, 黄雪红. 增粘树脂在 SBS改性胶粘剂中的应用[J].弹性体, 2002, 12 (2): 45-47.

[ 编辑：韦凤仙 ]

Preparation of new styrene-butadiene-styrene (SBS) waterproof coating //

YIN Jin-jie*, ZHOU Hua-li, JIANG Sheng-nan

A non-toxic and environmental friendly waterproof coating was prepared with good water resistance, adhesion and thermal stability, appropriate price and easy production process. Different types of tackifying resins and solvents were selected, and the effects of ratio of solvents, ratio of tackifying resins, reaction time and temperature on the water absorption rate and adhesion of styrene-butadienestyrene (SBS) waterproof coating were studied. The optimal process conditions were obtained as follows: mass ratio of terpene resin to petroleum resin 3:1, mass ratio of the mixture solution of ethyl acetate and toluene to 120# gasoline 7:3, reaction time 40 min and temperature 65 °C. Research results proved that the SBS waterproof coating prepared according to the optimal process has good water resistance, adhesion and thermal stability, and with a water absorption rate of 15.26%, adhesion strength 1 grade and thermal decomposition temperature 212.08 °C.

waterproof coating; styrene-butadiene-styrene copolymer; tackifying resin; orthogonal test

Institute of Material Science and Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China

TQ630.79

A

1004 – 227X (2010) 08 – 0047 – 04

2010–04–24

2010–05–26

殷锦捷（1965–），女，辽宁人，教授，主要从事高分子材料、有机合成等方面的研究工作。

作者联系方式：(E-mail) 1987120323@163.com。