可再分散乳胶粉是一种在水中可以再分散的粉末状树脂[1],具有与原合成基础聚合物相同的效果,即在干燥或固化过程中粘接颜料或填料,提高它们对有机或无机基材的粘接强度,并使水泥基材料的抗弯强度、抗拉强度和抗折强度显著提高,因此广泛应用于各种建筑粘合剂、干粉砂浆、墙面腻子和建筑涂料中[2]。
可再分散乳胶粉的研究始于1934年德国的聚醋酸乙烯类合成树脂粉、二战中日本的粉末橡胶。1957年联邦德国瓦克公司率先工业化生产出第一代醋酸乙烯均聚型基础聚合物的粉料[3]。但是由于醋酸乙烯均聚型基础聚合物在水泥水化的强碱性环境中会产生皂化而使性能降低,因而不适于和水泥一起使用。瓦克公司于1959年又推出了醋酸乙烯-乙烯共聚型基础聚合物粉料,1986年又生产出第一个丙烯酸酯-苯乙烯共聚型基础聚合物胶粉。
目前市场主要开发的可再分散乳胶粉基础聚合物有:
醋酸乙烯均聚型(PVAC)、醋酸乙烯-乙烯共聚型(VAC/E)、醋酸乙烯-叔碳酸乙烯酯共聚型(VAC/VeoVa)、醋酸乙烯-乙烯-叔碳酸乙烯酯三元共聚型(VAC/E/VeoVa)、丙烯酸酯-苯乙烯共聚型(A/S)、纯丙烯酸酯共聚型(AC)、乙烯-氯乙烯-月桂酸乙烯酯三元共聚型(E/VC/VL)、醋酸乙烯-丙烯酸酯-叔碳酸乙烯酯三元共聚型(VAC/A/VeoVa)及其它们的复配物。
2各种基础聚合物性能及主要应用
2.1醋酸乙烯均聚型(PVAC)
醋酸乙烯均聚型基础聚合物属于热塑性树脂,软化点低,而且聚合时加入水溶性的聚乙烯醇(PVA)作为乳化剂和保护胶体,因而其耐热性和耐水性都较差。由于醋酸乙烯均聚型基础聚合物容易水解,不耐水泥强碱,会发生皂化而失去其粘合强度,因此制备的乳胶粉通常只用于石膏基产品和不含水泥的腻子中[4]。
2.2醋酸乙烯-乙烯共聚型(VAC/E)
醋酸乙烯-乙烯共聚型基础聚合物是可再分散乳胶粉中应用最广泛的基础聚合物,其最重要的特点是可以改善水泥基与多种基质材料的粘结抗拉强度,此外还有利于水泥砂浆长期拉伸强度的发展。空气中存放两年半后,改性的水泥砂浆粘接拉伸强度仍在增大,而普通水泥砂浆的拉伸粘接强度明显低于养护28d的强度。
VAC/E型基础聚合物乳胶粉特别适合于水泥基、石灰/水泥基和石膏基的粘结,广泛用于外保温砂浆、瓷砖粘贴、内外墙腻子、修补砂浆、界面剂、抗裂抹面砂浆等。
2.3醋酸乙烯-叔碳酸乙烯酯共聚型(VAC/VeoVa)
醋酸乙烯-叔碳酸乙烯共聚型基础聚合物应用到可再分散性乳胶粉中,引入了叔碳酸乙烯酯,其内增塑作用提高了可再分散性乳胶粉的耐水性和耐碱性,同时也降低了其玻璃化温度Tg。由于叔碳酸乙烯酯具有非极性和空间屏障结构,用量超过20%时,就能保护基础聚合物酯键免于水解并具有良好的耐碱性[5],超过25%可以获得良好的耐候性,因此具有25%以上叔碳酸乙烯酯的基础聚合物制备的乳胶粉特别适合于户外施工环境,如外墙保温体系的苯板粘接、抹灰砂浆、各种外墙腻子、勾缝剂、干粉涂料、粉刷石膏、防水砂浆等。
2.4丙烯酸酯-苯乙烯共聚型(A/S)
如果说,醋酸乙烯-乙烯共聚型基础聚合物常用于改善水泥砂浆断裂韧性、抗渗透性以及与不同基材的粘接强度等性能,则丙烯酸酯-苯乙烯共聚型基础聚合物更体现出它对改善水泥柔韧性的贡献。国外的研究表明,以丙烯酸酯-苯乙烯共聚型基础聚合物制备的可再分散性乳胶粉改性水泥砂浆应用十年后,水泥砂浆仍有稳定的粘接性能,抗折强度和抗压强度。
丙烯酸酯-苯乙烯共聚型基础聚合物原料易得,可以采用一些耐水性好的保护胶体,并可以引入多种疏水性基团和耐热性基团,因而品种繁多,功能丰富。但由于聚合和喷雾干燥过程中不能采用水溶性的聚乙烯醇(PVA)作保护胶体,因而制备的可再分散性乳胶粉再分散性能不是很好。巴斯福公司采用聚电解质[6],萘磺酸钠-甲醛缩合物[7]作丙烯酸酯-苯乙烯共聚型基础聚合物的喷雾干燥助剂,得到的粉末贮藏稳定性好,再分散性优良,主要应用于高性能瓷砖胶、填缝剂、修补砂浆和外保温系统等。
2.5纯丙烯酸酯共聚型(AC)
纯丙烯酸酯共聚型基础聚合物(AC)由于没有采用水溶性的聚乙烯醇作乳化剂和保护胶体,因此制备的乳胶粉通常不存在再分散后乳液液相分离,水泥组合物流变特性变差的缺点,它可以不明显延缓砂浆熟化过程,而同时保存优异的可抹平性,特别是砂浆优异的薄断面应用性质,对各种基质的粘附性质及抗拉、抗弯和抗压强度。
纯丙烯酸酯共聚型基础聚合物制备的乳胶粉目前主要用于瓷砖粘贴及适应变形能力强的抗裂抹面砂浆。
2.6其它
特殊型号的乙烯-氯乙烯-月桂酸乙烯酯三元共聚型基础聚合物(E/VC/VL)制备的可再分散性乳胶粉可以提供强憎水性能,可使砂浆具有极低的吸水率,同时持久的保持憎水效果。
E/VC/VL主要应用于防水砂浆,瓷砖勾缝剂,饰面砂浆。
近年来醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚型基础聚合物(VAC/A)异军突起,成为国外竟相研发的重点,但由于制粉技术尚不甚成熟,还未得到广泛应用。
3结束语
可再分散乳胶粉在我国正方兴未艾,对其基础聚合物的研究也已从原来单一的结构性能向基础聚合物的成粉机理,尽可能高的得粉收率,喷雾干燥助剂的作用和机理,乳胶粉的流变性质,稳定的储藏性,优异的可再分散性等基本理论和工艺过程转变。一方面,通过改变现有基础聚合物微观结构或形态结构,进行物理或化学的改性,添加助剂等方法,增加可再分散性乳胶粉的和易性,提高耐水性,改善储藏稳定性,提高耐磨耐折性,以全面改善其物理机械性能,使之能适应现代化的高性能水泥组合物对乳胶粉越来越高的要求,另一方面,大力发展新的加工工艺,新的用途和新的施工方法,努力解决基础聚合物优异的结构性能与稳定高效的干燥工艺及良好的可再分散性之间的矛盾。今后需在基础聚合物的分子设计,耐水化改性,干燥工艺,助剂作用机理和与其它廉价材料复配使用等方面进行深一步的研究,以降低其能耗和成本,改善其综合性能和减少其使用量。
总之,可再分散乳胶粉作为一种绿色环保的新型建筑材料,在我国大力提倡节能减排的今天,它的推广必定会带来巨大的经济效益和社会效益,具有广阔的应用前景。
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