admin
可再分散乳胶粉型耐水腻子的制备及耐水机理
裴勇兵, 张心亚, 谢德龙, 阎 虹, 陈焕钦 (华南理工大学化学与化工学院, 广州510640)
0 引 言
可再分散乳胶粉是聚合物乳液经喷雾干燥或其他手段得到的粉末, 它与水按一定比例混合后可再次形成稳定、性质与原乳液基本相同的聚合物乳液 。可再分散乳胶粉与水泥干混砂浆等混合使用, 可以提高砂浆的强度、粘结性能、防水等性能 。可再分散乳胶粉最大的优点是以干粉形式出现,运输、使用方便, 可与水泥、砂粉等材料混合预制成各种功能的产品, 在施工现场使用时加入即可。此外, 可再分散乳胶粉与聚合物乳液和膏状相比, 没有受冻或微生物污染的风险, 产品包装以及对盛装容器的处理也十分简单。建筑腻子是建筑工程的必备材料, 主要作用是用于外墙基层找平处理。目前市场上的建筑腻子主要有3 大类产品:粉状腻子( 以水泥、可再分散胶粉、高分子水溶性干胶粉等为粘结剂)、双组分腻子( 以聚合物乳液、水泥为粘结剂)、膏状腻子( 以聚合物乳液为粘结剂) 。传统腻子存在粘结强度低、耐水性差等缺点, 且施工时需双组分现场配制, 其质量不易控制。因此, 亟待开发粘结强度高、耐水性好、施工性能优异的粉状腻子, 以满足实际工程需要。本文以自制丙烯酸酯聚合物乳液为原料, 采用喷雾干燥法制得了丙烯酸酯类乳胶粉。配合其他无机材料制备了粘结强度高、耐水性好、施工性能优异的腻子, 可满足腻子的工程应用要求。
1 实验部分
1. 1 可再分散乳胶粉的制备
对自制的丙烯酸酯乳液进行干燥预处理后, 在蠕动泵引导下通入1台自行设计的喷雾干燥塔进行干燥, 即可得到可再分散乳胶粉。为防止吸水结块, 加入少量防结块剂硅酸铝,过筛后用袋密封保存。
1. 2 可再分散乳胶粉型耐水腻子的制备及施工方法
腻子的配方如表1所示。
按表1配方配制腻子, 将上述原料混合均匀后, 按粉水比为1:0. 4~ 0. 45搅拌成膏状物。调制过程中注意缓慢加水搅拌至合适的黏度。然后用钢刮刀将腻子均匀地批刮在试板表面, 待表干完全后, 进行二道刮涂, 使腻子层致密平整。施工基层要求清洁无油污。如果基层太干燥或碱性太强, 应先用水将基层润湿或浸泡。腻子层可刮涂0.5~ 1.5 mm。
2 腻子性能测试
( 1)腻子层的耐水性、耐碱性、粘结强度、干燥时间、打磨性等指标均按JG /T 3049- 1998《建筑室内用腻子》N 型标准进行测试。
( 2)腻子吸水率: 先将干燥试板称质量( m0 ), 将干燥养护7天后待测的腻子试板称质量(m 1 ), 室温置于水中浸泡48 h, 取出后用滤纸吸去表面水分, 再对试板称质量( m2 )。按式( 1) 计算腻子吸水率K:
K = [ (m2 – m1 ) / (m 1 – m 0 ) ] X 100% 式( 1)
3 结果与讨论
3.1 可再分散乳胶粉用量对腻子粘结强度及耐水性的影响
可再分散乳胶粉作为腻子的主要胶粘剂, 其用量对腻子的粘结强度具有显著的影响。图1为可再分散乳胶粉用量与粘结强度的关系。
从图1可看出, 随着可再分散乳胶粉用量的增大, 粘结强度逐渐增加。当乳胶粉用量较少时, 随着乳胶粉用量的增加,粘结强度增加得非常明显。如乳胶粉用量为2%时, 粘结强度就达到了0.82MPa, 已满足0. 60MPa的国标要求。加入乳胶粉可显著提高腻子与基材的粘结强度, 原因在于亲水性乳胶粉与水泥悬浮体的液相一起向基体的孔隙及毛细管内渗透,乳胶粉在孔隙及毛细管内成膜并牢牢地吸附在基体表面, 从而保证了胶结材料与基体之间良好的粘结强度 。在试板上铲除腻子时也能发现, 乳胶粉用量的增加确实提高了腻子对基体的粘结力。但当乳胶粉用量超过4%时, 粘结强度的提高趋势减缓。对腻子粘结强度作出贡献的不仅有可再分散乳胶粉, 还有水泥、重质碳酸钙等无机材料, 所以粘结强度随乳胶粉用量的增加并不呈现出线性规律。腻子耐水性、耐碱性是判断腻子能否用作内墙耐水性或外墙腻子的一项重要检测指标。图2 考察了可再分散乳胶粉用量对腻子耐水性的影响。
由图2可以看出, 当乳胶粉用量低于4% 时, 随着乳胶粉用量的增加, 吸水率呈下降趋势, 且效果明显。当用量大于4%后, 吸水率下降得较为缓慢。原因是水泥作为腻子中的粘结物质, 未添加可再分散乳胶粉时, 体系中存在大量的空隙,当加入可再分散乳胶粉后, 再分散后形成的乳液聚合物能在腻子空隙中凝聚成膜, 封堵住腻子体系中的空隙, 使腻子涂刮干燥后表层形成更为致密的膜, 从而能有效地阻止水的渗入,降低吸水量, 使其耐水性增强。当乳胶粉用量达到4% 以后,可再分散乳胶粉再分散后的聚合物乳液基本能完全填补腻子体系中的空隙, 形成完整致密的膜, 从而使腻子吸水量下降的趋势随乳胶粉量的增加变得平缓。图3是所制得的腻子的SEM 图。
通过对比是否添加可再分散乳胶粉所制得的腻子SEM 图可以看出: 图3( a)中, 无机材料粘结得不够完整, 存在很多空隙, 且空隙大小分布不均匀, 因而其粘结强度不够理想。体系中大量存在的空隙使水容易渗入, 从而吸水率较大。而图3( b)中, 乳胶粉再分散后的乳液聚合物基本能填补腻子体系中的空隙, 形成完整的膜, 从而能将整个腻子体系中无机材料部分粘结得比较完整, 且基本不存在空隙, 因而能显著降低腻子吸水率。综合乳胶粉对粘结强度及腻子耐水性的影响, 以及对乳胶粉价格方面的考虑, 乳胶粉添加量为3% ~ 4%最合适。
3. 2 白水泥用量对腻子性能的影响
3. 2 白水泥用量对腻子性能的影响
水泥是腻子中的主要无机胶粘剂, 它构成腻子层的骨架,使腻子层能紧密地粘附在试板上。水泥标号越高, 硬度越高,但腻子打磨性会随之变差, 且干燥固化时间缩短, 不利于腻子的批刮。本试验选择42.5水泥, 考察了水泥用量对腻子打磨等施工性能的影响, 结果如表2所示。
表2 白水泥量对腻子性能的影响
由表2可以看出, 随着白水泥添加量的增加, 硬度增加,但打磨性变难, 表干时间缩短, 对施工性能不利。同时, 水泥在水的作用下, 通过反应能形成交联网状结构, 赋予腻子一定的粘结强度。本研究考察了在其他条件不变的情况下, 水泥用量对腻子粘结强度的影响, 结果如图4所示。
由图4可以看出, 当水泥掺量加大时, 对提高腻子粘结强度的提高帮助明显, 但超过25%后, 强度增加得较为平缓。另外, 水泥用量过大, 易造成腻子涂刮层开裂, 造成墙面装饰性和耐腐蚀性下降。因此, 为获得较高的粘结强度及良好的施工性能, 白水泥添加量控制在25% ~ 30%比较合适。
3. 3 纤维素醚对腻子性能的影响
纤维素醚是粉状建筑材料中常用的一种原料, 可广泛用于内外墙腻子、防水腻子、弹性腻子中。实验发现, 纤维素醚对改善腻子的施工性具有重要的作用, 未添加纤维素醚的腻子具有很大的粘滞性, 刮涂不畅, 腻子容易产生流挂, 造成材料浪费。随着纤维素醚添加量的增加, 腻子的施工性能得到明显改善和提高。这主要是因为纤维素醚分子结构中含有丰富的羟基, 溶于水后被水分子所包围, 且吸收大量的水分, 在水合作用下分子本身体积大幅度膨胀, 同时分子链之间逐渐相互缠绕并形成具有高黏度的水溶液[ 5] , 从而使它具有良好的触变性能和施工性能, 提高腻子粘结性能, 更好地粘结基材。纤维素醚除了赋予腻子体系良好的施工性外, 还赋予腻子体系优异的保水性, 增强腻子的附着力, 从而可根据其添加量来调整腻子干燥时间, 避免因失水过快导致裂纹和脱水现象, 以满足实际使用的要求。图5是纤维素醚加入量与腻子表干时间的关系。
从图5可看出, 随着纤维素醚用量的增大, 腻子膜表干时间延长。但并不是加入越多越好, 加入量过大, 会使表干时间相应延长, 从而导致施工周期加长, 从而不利于实际工程要求。另一方面因其价格比较昂贵, 综合考虑确定其加入量为0. 4% ~ 0. 6%比较合适。
3. 4 腻子性能
参照JG /T 3049- 1998的要求对腻子性能进行了检测, 其测试结果如表3所示。
由表3 可以看出, 腻子性能完全满足行业标准的要求。在延长测试时间的情况下, 有些指标如耐水性、耐碱性甚至达到了外墙腻子指标的要求。
4 腻子耐水机理
可再分散乳胶粉和水泥作为耐水性腻子的主要粘结和成膜物质, 其耐水机理为: 可再分散乳胶粉和水泥在加水搅拌过程中, 乳胶粉不断回复为原乳液形态, 乳胶粒子均匀地分散到水泥浆体中。水泥遇水后, 水化反应开始, Ca ( OH ) 2溶液达到饱和并析出晶体, 同时生成钙矾石晶体及水化硅酸钙胶体, 乳胶粒子便沉积到该凝胶体和未水化的水泥颗粒上。随着水化反应的进行, 水化产物不断增多, 乳胶粒子逐渐聚集在水泥等无机材料空隙中, 并在水泥凝胶体表面形成紧密堆积层。由于干燥水分的逐渐减少, 在凝胶体和空隙中紧密堆积的再分散乳胶粒子便凝聚形成连续的膜, 形成与水泥浆体互穿基质的混合体, 并且使水泥浆体与其他粉体骨料相互胶接。由于乳胶粒子在水泥及其他粉体界面过渡区空隙中凝聚成膜, 从而使腻子体系界面过渡区更为致密, 因而使其耐水性能得以改善。同时, 可再分散乳胶粉再分散后产生的活性基团, 如乳液合成时引入的功能性单体甲基丙烯酸含有羧基, 可与水泥重钙水化产物中的Ca2+ 、A l3+ 等发生交联反应, 形成特殊的桥键作用, 改善水泥砂浆硬化体的物理组织结构, 增强了腻子界面的致密性[ 6] 。由图3( b) 可看出, 再分散后的乳胶粒子在腻子体系的空隙中形成连续致密的膜。
5 结 语
( 1)可再分散乳胶粉能明显提高腻子粘结强度, 其用量为3% ~ 4%时, 腻子具有较高的粘结强度和良好的耐水性。
( 2)水泥能有效提高腻子的粘结强度, 白水泥最佳添加量为25% ~ 30%, 腻子具有较好的粘结强度和施工性。
( 3)纤维素醚对腻子施工性有很大帮助作用, 其用量为0.4% ~ 0.6%时, 腻子具有合适的表干时间, 施工性能良好。
( 4) SEM 显示, 再分散后的乳胶粒子在腻子体系的空隙中形成连续致密的膜。
( 4) SEM 显示, 再分散后的乳胶粒子在腻子体系的空隙中形成连续致密的膜。
