聚醋酸乙烯-乙烯乳液的玻璃化溫度與可再分散性乳膠粉的性能研究

文/王大蓮（安徽皖維花山新材料有限責(zé)任公司）

一、引言

可再分散性乳膠粉是指能夠再分散的聚合物乳液粉末，其乳液需經(jīng)過噴霧干燥，再加入填料所得，其性能主要由聚合物乳液決定。可再分散性乳膠粉（以下簡(jiǎn)稱乳膠粉）在國(guó)內(nèi)應(yīng)用已有十多年，作為新型環(huán)保建材添加劑，已成為中國(guó)建筑砂漿添加劑不可或缺的材料，主要應(yīng)用于建筑外墻保溫砂漿、膩?zhàn)印⒋纱u膠、自流平等。乳膠粉主要是指保護(hù)膠體和聚合物乳液混合后，經(jīng)噴霧干燥，加入改性添加劑，加水溶解后可再形成乳液的聚合物粉末。聚合物乳液在乳膠粉中占比最大，也是直接影響其性能的主要原料。生產(chǎn)乳膠粉的乳液以醋酸乙烯-乙烯乳液、叔碳酸乳液、丙烯酸乳液等為主，不同乳液生產(chǎn)的膠粉應(yīng)用方向不同，本文主要研究乙酸乙烯-乙烯共聚乳液生產(chǎn)的乳膠粉與乳液的玻璃化溫度的關(guān)系。

玻璃化溫度是指高聚物由高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)的溫度，指無定型聚合物（包括結(jié)晶型聚合物中的非結(jié)晶部分）由玻璃態(tài)向高彈態(tài)或者由后者向前者的轉(zhuǎn)變溫度。乳液的玻璃化溫度主要由聚合物組分決定，單體的比例不同，玻璃化溫度差別較大。測(cè)定玻璃化溫度的方法、條件也直接影響其數(shù)值。本文采用由低溫（-60℃）到高溫（130℃）逐漸升溫的辦法，測(cè)定其數(shù)值。在聚醋酸乙烯-乙烯乳液中，可根據(jù)其數(shù)值簡(jiǎn)單推斷乳液的柔韌性。本文研究VAE聚合物乳液的玻璃化溫度與乳膠粉的性能之間的關(guān)系。

二、實(shí)驗(yàn)過程

1.實(shí)驗(yàn)儀器

噴霧干燥塔：無錫林頭，適用于中試試驗(yàn)；天平：梅特勒-托利多ML6002T；砂漿混合機(jī)：V型；方孔篩，符合JC/T2189-2013；水泥膠砂攪拌機(jī)：JJ-5；流動(dòng)度測(cè)定儀：無錫建儀儀器有限公司；LBY-Ⅳ黏結(jié)強(qiáng)度拉拔試驗(yàn)儀：建筑材料認(rèn)證中心；DSC熱溫度儀：梅特勒-托利多；電腦伺服材料試驗(yàn)機(jī)：HZ-1003A，東莞力顯儀器有限公司。

2.實(shí)驗(yàn)材料

水泥42.5：皖維牌；標(biāo)準(zhǔn)砂；VAE1、VAE2、VAE3、VAE4乳液，廣西皖維生物質(zhì)科技有限公司；純水。

3.實(shí)驗(yàn)步驟

乳液玻璃化溫度測(cè)試：分別稱取4種乳液各2g，在105℃的烘箱中干燥，取干燥后的乳液膜8mg，放入DSC熱溫度儀進(jìn)行檢測(cè)，儀器設(shè)定的溫度范圍為-60～130℃。檢測(cè)結(jié)果各乳液玻璃化溫度依次為-5℃、2℃、8℃、15℃。

噴霧干燥：將VAE乳液和已溶解好的聚乙烯醇溶液混合，制取噴霧液，控制噴霧液溫度為50℃，泵送進(jìn)入干燥塔噴霧干燥。首先打開系統(tǒng)預(yù)熱30min，控制塔內(nèi)溫度在130～160℃，控制干燥塔負(fù)壓，系統(tǒng)穩(wěn)定后開始水運(yùn)轉(zhuǎn)，控制進(jìn)料口、出料口溫度，使出料口溫度保持在70～80℃；溫度穩(wěn)定后，開始噴霧液進(jìn)料，進(jìn)料速度根據(jù)實(shí)際情況，由小到大緩慢調(diào)節(jié)，同時(shí)開啟添加劑加入系統(tǒng)；噴霧干燥顆粒與添加劑充分混合后，經(jīng)收塵、冷卻、去濕后，即可制得可再分散乳膠粉。按VAE乳液的編號(hào)，制得乳膠粉1（VAE1）、乳膠粉2（VAE2）、乳膠粉3（VAE3）和乳膠粉4（VAE4）。

成型測(cè)膜：稱取100g乳膠粉于燒杯中，加入100g蒸餾水，用玻璃棒緩慢攪拌至均勻，靜置至無氣泡，用濕膜制備器將制備好的乳膠粉乳液成型于玻璃板上，7天后測(cè)膜的性能。

預(yù)拌成型：按水泥42.5450份、標(biāo)準(zhǔn)砂1350份、乳膠粉45份的比例預(yù)混好砂漿，乳膠粉1為1#，乳膠粉2為2#，乳膠粉3為3#，乳膠粉4為4#，水灰比1∶0.25攪拌成型。

三、結(jié)果與討論

根據(jù)電腦伺服材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)得的乳膠粉膜的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率，按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求配制成砂漿，分別測(cè)量所配制的砂漿與聚苯板及混凝土的拉伸黏結(jié)原強(qiáng)度和拉伸黏結(jié)耐水強(qiáng)度，結(jié)果見表1。

由表1可以看出，隨乳液的玻璃化溫度的升高，所得乳膠粉膜的拉伸強(qiáng)度相應(yīng)增大，乳膠粉的斷裂伸長(zhǎng)率則由517%下降至321%。乳膠粉膜的斷裂伸長(zhǎng)率反映其膜的柔韌性，應(yīng)用在砂漿里，與其抗裂、柔韌性相關(guān)。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)還可以看出，砂漿的拉伸黏結(jié)原強(qiáng)度和拉伸黏結(jié)耐水強(qiáng)度隨乳液的玻璃化溫度升高而增大，但砂漿與聚苯板的耐水黏結(jié)強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度較緩。這是因?yàn)槿槟z粉能改善砂漿的黏結(jié)強(qiáng)度，其機(jī)理是乳膠粉溶于水后，在砂漿的不同位置形成膠膜，能提高水泥砂漿的內(nèi)聚力，增加砂漿與基層的粘附力，改善砂漿的柔韌性。而VAE乳液是一種水溶性液體，成膜后浸水會(huì)使其膜溶脹、破損，會(huì)降低其對(duì)砂漿的黏結(jié)力。砂漿與混凝土板的黏結(jié)強(qiáng)度的變化趨勢(shì)與聚苯板相似，但能看出，不同乳液對(duì)混凝土板的強(qiáng)度數(shù)值影響小于聚苯板，這是由于受到砂漿中水泥本身強(qiáng)度的影響。總的趨勢(shì)是，乳液玻璃化溫度越高，砂漿與基層板材（聚苯板、混凝土板）的黏結(jié)強(qiáng)度越高。

表1 各型號(hào)乳膠粉及其所配置砂漿的檢測(cè)結(jié)果

四、復(fù)合優(yōu)化

在砂漿中添加乳膠粉，主要是為了改善砂漿的操作性、抗垂性，提高砂漿對(duì)基層的黏結(jié)力，增強(qiáng)砂漿的抗折抗壓強(qiáng)度，柔性膠粉能大幅度提高砂漿的抗彎折能力。應(yīng)用不同玻璃化溫度的乳液生產(chǎn)出的膠粉改善砂漿的性能不同，為使乳膠粉發(fā)揮最大作用，改善砂漿性能，擬采取乳液復(fù)配的方式生產(chǎn)出復(fù)合型乳膠粉，觀察其性能。

根據(jù)上述檢測(cè)數(shù)據(jù)，現(xiàn)采用以下復(fù)配方式：一類按VAE1∶VAE4=2∶8，二類按VAE1∶VAE4=1∶1，三類按VAE1∶VAE4=8∶2，將三類復(fù)配乳液生產(chǎn)成對(duì)應(yīng)的復(fù)合型乳膠粉，成膜，測(cè)試其性能，結(jié)果見表2。

表2 復(fù)配后的乳膠粉檢測(cè)結(jié)果

從檢測(cè)結(jié)果看，復(fù)配的乳液所生產(chǎn)的乳膠粉成膜后，其在拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率上均綜合了兩種乳液的優(yōu)點(diǎn)，一類乳膠粉根據(jù)其測(cè)試數(shù)據(jù)，推薦使用在外保溫砂漿等；二類乳膠粉推薦使用在膩?zhàn)印⒋纱u黏結(jié)砂漿等；三類乳膠粉推薦使用在抗裂砂漿、自流平等。相較單一乳液生產(chǎn)的乳膠粉，復(fù)配后的乳膠粉從性能、成本上均占有優(yōu)勢(shì)，給用戶提供了更多的參考性。

五、結(jié)語

乳膠粉的性能主要受所用聚醋酸乙烯-乙烯性能的影響，隨其玻璃化溫度的上升，其拉伸強(qiáng)度逐漸提高；乳膠粉的性能可以大幅度改善砂漿的性能，乳膠粉膜的拉伸強(qiáng)度與其混合砂漿的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度變化趨勢(shì)一致；考慮不同玻璃化溫度的乳液所得膠粉性能差異，將乳液復(fù)配所得膠粉的綜合性能，優(yōu)于其單一乳液性能；醋酸乙烯-乙烯乳液所得膠粉，在水養(yǎng)條件下，與基材的黏結(jié)強(qiáng)度較標(biāo)準(zhǔn)條件呈下降趨勢(shì)。