柔性外墙腻子的研制与应用

柔性外墙腻子的研制与应用

薛黎明1，谢绍东2
（1.安徽省建筑科学研究设计院，安徽合肥230001；2.合肥龙阳建筑装饰材料厂，安徽合肥230041）

1 概述
1.1 外墙外保温对腻子抗裂性能的要求
我国各种建筑节能法律、法规和技术规程等的广泛实施，使得外墙外保温技术得到最大限度的应用，这带来了外墙饰面材料应用状况的变化，外墙涂料得到了相应的发展。同时，对外墙涂料的涂装配套材料也出现了新的要求。在外墙外保温系统中，由于保温隔热被置于外墙的外侧，直接承受来自自然界的各种因素影响。置于保温层之上的抗裂防护层，对于薄抹面在3mm~6mm 之间， 对于厚抹面为25mm~30mm，且保温层具有很大的热阻，因此在热量相同的情况下，外保温抗裂保护层的温度变化速度比无保温情况时提高8～30 倍，对于使用聚苯板的外保温，保护层的温度在夏季可达到80℃，夏季持续晴天后突降暴雨所引起的表面温度变化可达50℃。因此对外墙涂料及其配套腻子提出新的、更严格的抗裂要求。使用普通外墙腻子必然不能够满足这种要求。理论分析如此，在实际中我们也确实遭遇过将普通外墙腻子应用于外保温层表面时产生大面积开裂的工程实例。因而，建工行业标准《胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统》（JG 158—2004）中规定所使用的腻子应是柔性抗裂腻子，即满足绕φ50mm 棒不开裂的要求。除了JG 158—2004 标准外，建工行业标准JG/T 157—2004标准规定的柔性腻子的抗裂指标是动态抗开裂性。但研究[2]和实践都证明，该标准对腻子膜柔韧性的要求更高。因而，考虑到该因素以及外墙外保温材料的配套系统性，本研究只按照JG158—2004 的要求考虑腻子的配制。

1.2 外墙柔性腻子的种类
根据原材料和产品情况，目前外墙柔性腻子的种类分为单组分粉状、单组分膏状和由液料、粉料配合的双组分腻子三种，其性能特征如表1 所示。

从表1 中可以看出，三类外墙柔性腻子各有优势和不足。
由于膏状腻子对散剂、防霉剂和消泡剂等的性能要求高，提高了腻子的配制成本，且膏状腻子不能使用水泥。因而，实际中膏状腻子的应用很少。在粉状腻子和双组分腻子中都能够利用水泥，使腻子膜的耐水性和耐碱性等性能更为可靠，因而这两种腻子的使用也更多。
本研究的目的在于根据实验比较不同类型腻子的性能，并得到技术经济性能均较好的腻子。由于JG 158—2004 标准中柔性腻子的性能指标中，较难达到要求的项目是粘结强度和柔韧性，这两个指标满足要求，其他指标只是配制经验问题，因而只考虑这两个指标进行样品的配制。

2 原材料和制备程序
2.1 原材料
2.1.1 配制粉状腻子和腻子粉料组分用原材料
德国瓦克公司的VINNAPAS (r)RE5044 N 可再分散聚合物胶粉、42.5 级普通硅酸盐水泥、重质碳酸钙、石英粉、滑石粉、上海尚南公司销售的SILIPUR RE 2971 粉状消泡剂、泸州天普精细化工厂4.5 万MPa·s 粘度级羟丙基甲基纤维素等。

2.1.2 配制膏状腻子用原材料
北京通州互益化工厂生产的商品名称为BJ707 型的VAE乳液、重质碳酸钙、石英粉、滑石粉、法国罗地亚公司产681F 消泡剂、无锡三友化工公司产4.5 万MPa·s 粘度级羟乙基纤维素、乙二醇、德国舒美公司的A20 罐内防霉剂、美国罗门哈斯“快易”分散剂等。

2.2 腻子的制备程序
粉状腻子的制备程序很简单，把各种原材料混合均匀即可。双组分腻子的液料组分是将聚合物乳液加水稀释后，再加入助剂搅拌均匀；将粉料组分混合均匀和液料组分配合即可。膏状腻子的制备程序如下：在配方水中置入防霉剂和羟乙基纤维素，搅拌均匀后投入氨水，搅拌至羟乙基纤维素溶解成透明胶液。接着，投入消泡剂、增稠剂、冻融稳定剂和分散剂等，搅拌均匀，再投入部分填料，搅拌均匀，然后投入VAE 乳液搅拌均匀，并投入剩余的填料，充分搅拌均匀，即成为膏状腻子。

3 结果与讨论
3.1 粉状腻子中乳胶粉加入量对腻子膜柔韧性的影响
聚合物组分是提供腻子膜柔韧性能的唯一组分，其在腻子中的用量大小直接影响腻子膜的柔韧性。表2 中展示出粉状腻子中乳胶粉加入量对腻子膜柔韧性的影响。

虽然根据常识也知道，随着腻子中乳胶粉的加入量的增大，腻子膜的柔韧性能提高。但表2 中的试验结果则给我们以更直观的数据概念，而且对于所试验的腻子粉来说，只有在其中乳胶粉的加入量达到13%时，腻子膜的柔韧性能才能够满足建工行业标准JG 158—2004 的规定（绕直径≤50mm 棒弯绕，腻子膜无裂纹）。当然，这还与腻子粉中填料的细度、填料与水泥的比例有一定关系。但这些影响因素，比起乳胶粉的性能和用量来要小得多。

3.2 双组分腻子中聚合物乳液加入量对腻子膜柔韧性的影响
在双组分腻子中，以聚合物乳液代替腻子粉中的乳胶粉，表3 中展示出随着聚合物乳液用量的变化时腻子膜的改善情况。从表中可以看出，随着聚合物乳液用量的提高，腻子膜柔韧性的改善明显。当聚合物乳液的添加量达到13.5%时，腻子膜的柔韧性为45mm，满足JG 158—2004 的要求。

3.3 聚合物加入量对腻子粘结强度的影响
JG 158—2004 和JG/T 157—2004《建筑外墙用腻子》都将腻子的粘结强度分为标准状态的粘结强度和经受5 次冻融循环后的粘结强度。因而，研究过程中试验了不同编号腻子的这两种粘结强度，结果分别如表2 和表3 所示。

注：①乳液的固体成分系根据产品说明书的介绍，以乳液固体含量为55.5%经计算而得到。
由于所配制的是柔性腻子，其中的聚合物组分相对于普通外墙腻子来说添加量较大，因而两种腻子在聚合物组分的最低添加量情况下都能够满足粘结强度JG 158—2004 和JG/T157—2004 对腻子粘结强度的要求。两个标准对粘结强度的要求一样，均为标准状态粘结强度≥0.6MPa；5 次冻融循环后的粘结强度≥0.4MPa。可见，配制柔性腻子的关键是需要满足腻子膜柔韧性的要求。

4 分析与讨论
4.1 腻子中乳胶粉和聚合物乳液的成本比较
从表2 和表3 中的结果可见，粉状腻子只有在其中的乳胶粉加入量达到13%时，腻子膜的柔韧性能才能够勉强达到JG158 的要求；双组分腻子在聚合物乳液的添加量达到13.5%时柔韧性能够满足JG 158 的要求。由于除了乳胶粉和聚合物乳液外，两种腻子中其他组分材料的成本相差不大，因而这里仅比较乳胶粉和聚合物乳液的成本。
每吨粉状腻子中乳胶粉的成本为130 公斤×33（元/ 公斤）=4290 元；每吨双组分腻子中聚合物乳液的成本为135×9.2=1242 元。使用乳胶粉时的费用比使用聚合物乳液的费用高出近2.5 倍。

4.2 原因分析
如所熟知，乳胶粉是在聚合物乳液的基础上加工得到的，即通过乳液聚合得到聚合物乳液后，再进行进一步的干燥而得到乳胶粉。无疑，仅从生产消耗的能源、设备投资等来说，乳胶粉的生产成本就要比聚合物乳液的高得多，这是二者成本相差的主要原因。从市场上两种商品的价格比较则能够更清楚：聚合物乳液的市场价格为9200 元/ 吨，其固体含量为55.5%，若将固体分中的其他成分忽略不计，折合成固体聚合物的价格为：9200÷0.555=16577 元，直接比较其市场价格仅为乳胶粉的一半。实际上远不止于此。根据一些商品说明书的介绍（表4），乳胶粉在1000℃高温灼烧后，尚有10%左右的灰分（据说是防粘连剂）。有文献说明这类防粘连剂是滑石粉或者重质碳酸钙[3]。若防粘连剂是滑石粉，则滑石粉的分子式为3MgO·4SiO2·H2O，水分的含量为约5%，乳胶粉中有10.5%是滑石粉；同理可计算出若防粘连剂是重质碳酸钙的高温分解残留物CaO，则乳胶粉中有17.9 是重质碳酸钙。两种防粘连剂情况下，乳胶粉中聚合物组分的价格分别为33 元/ 公斤÷（1- 0.105）=36.87 元和33元/ 公斤÷（1- 0.179）=40.19 元。另一方面，由于乳胶粉中防粘连剂的使用，使得单组分粉状腻子中的乳胶粉用量要比双组分腻子中聚合物乳液是用量（以固体分计）高。同时，通过上面的分析可以看出，使用乳胶粉配制单组分粉状腻子，乳胶粉的成本要比双组分腻子中聚合物乳液的成本高得多。在保持性能基本相同的情况下，粉状腻子的配制成本要比双组分腻子高出2 倍多。

4.3 双组分柔性腻子的产品与应用

在上述分析中已知，每吨双组分腻子中的聚合物乳液所占的成本为1242 元，若再加上腻子中的其他组分（每吨500 余元），则每吨双组分腻子的原材料成本1800 余元，是完全能够为市场所接受的。而每吨满足标准要求的粉状腻子的原材料成本则达到4800 元以上。是目前市场所不能够接受的。本结果与文献中根据JG/T 157 标准对腻子品种的分析所得到的柔性粉状腻子“产品价格难以为市场接受，没有实际应用价值。柔性腻子最好不要走粉状腻子的技术路线，应以膏状或双组分腻子为主”[4]的建议是一致的。
我们研制的双组分柔性腻子成本不高，并以低利润的售价占领市场，既使企业取得一定利润，又为外墙外保温工程提供性能满足要求的抗裂腻子产品。该腻子自2006 年上半年以来，已经在安徽、江苏等工程中大量应用，取得很好的效果，无一开裂情况出现。

5 结果与结论
通过配制试验结果的比较和实际的市场情况的分析，即使将腻子粉包装简单、运输量小的优势考虑进去，也仍然可以得出使用聚合物乳液配制双组分腻子是目前成本－性能综合效果最好的腻子种类的结论。根据目前的市场情况，符合标准的每吨双组分腻子成本1800 余元完全能够为市场接受。本研究进一步证明，满足JG 158 标准要求的柔性腻子和满足JG/T 157 标准要求的一样，也只适合使用双组分型产品。同时，市场上的粉状柔性腻子在售价较低的情况下根本不可能是满足JG 158 标准要求的产品。