可再分散乳膠粉型耐水膩子的制備及耐水機理

1、可再分散乳膠粉型耐水膩子的制備及耐水機理裴勇兵，張心亞，謝德龍，閻虹，陳煥欽(華南理工大學化學與化工學院，廣州510640)    摘要:用自制丙烯酸酯 乳液噴霧干燥制得的可再分散乳膠粉制備了性能優(yōu)良的耐水型膩子。討論了可再分散乳膠粉用量、水泥用量、纖維素醚 用量對膩子粘結(jié)強度、耐水性以及施工等性能 的影響，確定了最佳用量。實驗結(jié)果表明:可再分散乳膠粉用量為3%4%，水泥用量25%30%，纖維素醚用量為0.4%0.6%時，配制的膩子粘結(jié) 強度高、耐水性好且施工容易，滿足工程應用要求。同時對膩子體系的耐水作用機理進行了探討。  

2、0; 關鍵詞:可再分散乳膠粉；膩子；粘結(jié)強度；耐水性；機理    0引言    可再分散乳膠粉是聚合物乳液經(jīng) 噴霧干燥或其他手段得到的粉末，它與水按一定比例混合后可再次形成穩(wěn)定、性質(zhì)與原乳液基本相同的聚合物乳液1?？稍俜稚⑷槟z粉與水泥干混砂漿等混合使 用，可以提高砂漿的強度、粘結(jié)性能、防水等性能2-3?？稍俜稚⑷槟z粉最大的優(yōu)點是以干粉形式出現(xiàn)，運輸、使用方便，可與水泥、砂粉等材料混合預制成 各種功能的產(chǎn)品，在施工現(xiàn)場使用時加入即可。此外，可再分散乳膠粉與聚合物乳液和膏狀相比，沒有受凍或微生物污染的風險，產(chǎn)

3、品包裝以及對盛裝容器的處理也 十分簡單。建筑膩子是建筑工程的必備材料，主要作用是用于外墻基層找平處理。目前市場上的建筑膩子主要有3大類產(chǎn)品:粉狀膩子(以水泥、可再分散膠粉、高 分子水溶性干膠粉等為粘結(jié)劑)、雙組分膩子(以聚合物乳液、水泥為粘結(jié)劑)、膏狀膩子(以聚合物乳液為粘結(jié)劑)。傳統(tǒng)膩子存在粘結(jié)強度低、耐水性差等缺 點，且施工時需雙組分現(xiàn)場配制，其質(zhì)量不易控制。因此，亟待開發(fā)粘結(jié)強度高、耐水性好、施工性能優(yōu)異的粉狀膩子，以滿足實際工程需要。本文以自制丙烯酸酯 聚合物乳液為原料，采用噴霧干燥法制得了丙烯酸酯類乳膠粉。配合其他無機材料制備了粘結(jié)強度高、耐水性好、施工性能優(yōu)異的膩子，可滿足膩子的工

4、程應用要 求。    1實驗部分    對自制的丙烯酸酯乳液進行干燥預處理后，在蠕動泵引導下通入1臺自行設計的噴霧干燥塔進行干燥，即可得到可再分散乳膠粉。為防止吸水結(jié)塊，加入少量防結(jié)塊劑硅酸鋁，過篩后用袋密封保存。    膩子的配方如表1所示。    表1膩子配方表1膩子配方    按表1配方配制膩子，將上述原料混合均勻后，按粉水比為10.40.45攪拌成膏狀物。調(diào)制過程中注意緩慢加水攪拌至合適的

5、黏度。然后 用鋼刮刀將膩子均勻地批刮在試板表面，待表干完全后，進行二道刮涂，使膩子層致密平整。施工基層要求清潔無油污。如果基層太干燥或堿性太強，應先用水將基 層潤濕或浸泡。膩子層可刮涂0.51.5mm。     2膩子性能測試    (1)膩子層的耐水性、耐堿性、粘結(jié)強度、干燥時間、打磨性等指標均按JG/T30491998建筑室內(nèi)用膩子N型標準進行測試。    (2)膩子吸水率:先將干燥試板稱質(zhì)量(m0)，將干燥養(yǎng)護7天后待測的膩子試板稱質(zhì)量(m1)，室溫置于水中浸

6、泡48h，取出后用濾紙吸去表面水分，再對試板稱質(zhì)量(m2)。按式(1)計算膩子吸水率K:    K=(m2-m1)/(m1-m0)×100%式(1)    3結(jié)果與討論    可再分散乳膠粉作為膩子的主要膠粘劑，其用量對膩子的粘結(jié)強度具有顯著的影響。圖1為可再分散乳膠粉用量與粘結(jié)強度的關系。圖1可再分散乳膠粉用量對粘結(jié)強度的影響    圖1可再分散乳膠粉用量對粘結(jié)強度的影響    從圖1

7、可看出，隨著可再分散乳膠粉用量的增大，粘結(jié)強度逐漸增加。當乳膠粉用量較少時，隨著乳膠粉用量的增加，粘結(jié)強度增加得非常明顯。如 乳膠粉用量為2%時，粘結(jié)強度就達到了0.82MPa，已滿足0.60MPa的國標要求。加入乳膠粉可顯著提高膩子與基材的粘結(jié)強度，原因在于親水性乳膠 粉與水泥懸浮體的液相一起向基體的孔隙及毛細管內(nèi)滲透，乳膠粉在孔隙及毛細管內(nèi)成膜并牢牢地吸附在基體表面，從而保證了膠結(jié)材料與基體之間良好的粘結(jié)強度 4。在試板上鏟除膩子時也能發(fā)現(xiàn)，乳膠粉用量的增加確實提高了膩子對基體的粘結(jié)力。但當乳膠粉用量超過4%時，粘結(jié)強度的提高趨勢減緩。對膩子粘結(jié)強 度作出貢獻的不僅有可再分散乳膠粉，還有水

8、泥、重質(zhì)碳酸鈣等無機材料，所以粘結(jié)強度隨乳膠粉用量的增加并不呈現(xiàn)出線性規(guī)律。膩子耐水性、耐堿性是判斷膩子 能否用作內(nèi)墻耐水性或外墻膩子的一項重要檢測指標。圖2考察了可再分散乳膠粉用量對膩子耐水性的影響。圖2可再分散乳膠粉用量對膩子膜吸水率的影響    圖2可再分散乳膠粉用量對膩子膜吸水率的影響    由圖2可以看出，當乳膠粉用量低于4%時，隨著乳膠粉用量的增加，吸水率呈下降趨勢，且效果明顯。當用量大于4%后，吸水率下降得較為緩 慢。原因是水泥作為膩子中的粘結(jié)物質(zhì)，未添加可再分散乳膠粉時，體系中存在大量的空隙，當加入

9、可再分散乳膠粉后，再分散后形成的乳液聚合物能在膩子空隙中 凝聚成膜，封堵住膩子體系中的空隙，使膩子涂刮干燥后表層形成更為致密的膜，從而能有效地阻止水的滲入，降低吸水量，使其耐水性增強。當乳膠粉用量達到 4%以后，可再分散乳膠粉再分散后的聚合物乳液基本能完全填補膩子體系中的空隙，形成完整致密的膜，從而使膩子吸水量下降的趨勢隨乳膠粉量的增加變得平 緩。圖3是所制得的膩子的SEM圖。通過對比是否添加可再分散乳膠粉所制得的膩子SEM圖可以看出:圖3(a)中，無機材料粘結(jié)得不夠完整，存在很多空 隙，且空隙大小分布不均勻，因而其粘結(jié)強度不夠理想。體系中大量存在的空隙使水容易滲入，從而吸水率較大。而圖3(b

10、)中，乳膠粉再分散后的乳液聚合物基 本能填補膩子體系中的空隙，形成完整的膜，從而能將整個膩子體系中無機材料部分粘結(jié)得比較完整，且基本不存在空隙，因而能顯著降低膩子吸水率。綜合乳膠粉 對粘結(jié)強度及膩子耐水性的影響，以及對乳膠粉價格方面的考慮，乳膠粉添加量為3%4%最合適。圖3膩子SEM圖     圖3膩子SEM圖    水泥是膩子中的主要無機膠粘劑，它構(gòu)成膩子層的骨架，使膩子層能緊密地粘附在試板上。水泥標號越高，硬度越高，但膩子打磨性會隨之變差，且干燥固化時間縮短，不利于膩子的批刮。本試驗選擇42.5水泥，

11、考察了水泥用量對膩子打磨等施工性能的影響，結(jié)果如表2所示。    表2白水泥量對膩子性能的影響表2白水泥量對膩子性能的影響    由表2可以看出，隨著白水泥添加量的增加，硬度增加，但打磨性變難，表干時間縮短，對施工性能不利。同時，水泥在水的作用下，通過反應能形 成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，賦予膩子一定的粘結(jié)強度。本研究考察了在其他條件不變的情況下，水泥用量對膩子粘結(jié)強度的影響，結(jié)果如圖4所示。由圖4可以看出，當水泥 摻量加大時，對提高膩子粘結(jié)強度的提高幫助明顯，但超過25%后，強度增加得較為平緩。另外，水泥用量過大，易造成膩子

12、涂刮層開裂，造成墻面裝飾性和耐腐 蝕性下降。因此，為獲得較高的粘結(jié)強度及良好的施工性能，白水泥添加量控制在25%30%比較合適。纖維素醚對膩子性能的影響    纖維素醚是粉狀建筑材料中常用的一種原料，可廣泛用于內(nèi)外墻膩子、防水膩子、彈性膩子中。 實驗發(fā)現(xiàn)，纖維素醚對改善膩子的施工性具有重要的作用，未添加纖維素醚的膩子具有很大的粘滯性，刮涂不暢，膩子容易產(chǎn)生流掛，造成材料浪費。隨著纖維素醚 添加量的增加，膩子的施工性能得到明顯改善和提高。這主要是因為纖維素醚分子結(jié)構(gòu)中含有豐富的羥基，溶于水后被水分子所包圍，且吸收大量的水分，在水合作 用下分子本身體積大幅度

13、膨脹，同時分子鏈之間逐漸相互纏繞并形成具有高黏度的水溶液5，從而使它具有良好的觸變性能和施工性能，提高膩子粘結(jié)性能，更 好地粘結(jié)基材。纖維素醚除了賦予膩子體系良好的施工性外，還賦予膩子體系優(yōu)異的保水性，增強膩子的附著力，從而可根據(jù)其添加量來調(diào)整膩子干燥時間，避免因 失水過快導致裂紋和脫水現(xiàn)象，以滿足實際使用的要求。圖5是纖維素醚加入量與膩子表干時間的關系。從圖5可看出，隨著纖維素醚用量的增大，膩子膜表干時間 延長。但并不是加入越多越好，加入量過大，會使表干時間相應延長，從而導致施工周期加長，從而不利于實際工程要求。另一方面因其價格比較昂貴，綜合考慮確 定其加入量為0.4%0.6%比較合適。圖4

14、水泥添加量對膩子粘結(jié)強度的影響    圖4水泥添加量對膩子粘結(jié)強度的影響圖5纖維素醚用量對膩子表干時間的影響    圖5纖維素醚用量對膩子表干時間的影響    參照JG/T30491998的要求對膩子性能進行了檢測，其測試結(jié)果如表3所示。    表3膩子性能表3膩子性能    由表3可以看出，膩子性能完全滿足行業(yè)標準的要求。在延長測試時間的情況下，有些指標如耐水性、耐堿性甚至達到了外墻膩子指標的要

15、求。     4膩子耐水機理    可再分散乳膠粉和 水泥作為耐水性膩子的主要粘結(jié)和成膜物質(zhì)，其耐水機理為:可再分散乳膠粉和水泥在加水攪拌過程中，乳膠粉不斷回復為原乳液 形態(tài)，乳膠粒子均勻地分散到水泥漿體中。水泥遇水后，水化反應開始，Ca(OH)2溶液達到飽和并析出晶體，同時生成鈣礬石晶體及水化硅酸鈣膠體，乳膠粒 子便沉積到該凝膠體和未水化的水泥顆粒上。隨著水化反應的進行，水化產(chǎn)物不斷增多，乳膠粒子逐漸聚集在水泥等無機材料空隙中，并在水泥凝膠體表面形成緊密 堆積層。由于干燥水分的逐漸減少，在凝膠體和空隙中緊密堆積的再分散乳膠粒子便凝聚形成連續(xù)的膜，形成與水泥漿體互穿基質(zhì)的混合體，并且使水泥漿體與其他 粉體骨 料相互膠接。由于乳膠粒子在水泥及其他粉體界面過渡區(qū)空隙中凝聚成膜，從而使膩子體系界面過渡區(qū)更為致密，因而使其耐水性能得以改善。同時，可再分散乳膠 粉再分散后產(chǎn)生的活性基團，如乳液合成時引入的功能性單體甲基丙烯酸含有羧基，可與水泥重鈣水化產(chǎn)物中的Ca2+、Al3+等發(fā)生交聯(lián)反應，形成特殊的橋 鍵作用，改善水泥砂漿硬化體的物理組織結(jié)構(gòu)，增強了膩子界面的致密性6。由圖3(b)可看出，再分散后的乳膠粒子在膩子體系的空隙中形成連續(xù)