环保型建筑胶粘剂的研制
                                              环保型建筑胶粘剂的研制

                                              徐峰  薛黎明

                          (安徽省建筑科学研究设计院,安徽 合肥 230001)

    摘要:NB- 3 新型复合型建筑胶粘剂是由淀粉、聚乙烯醇和丙烯酰胺 3 种材料经改性聚合工艺复合而成的环保型建筑胶粘剂。介绍该胶粘剂的原材料选用、配制程序和性能,以及影响胶粘剂性能的几种因素。包括聚乙烯醇用量对胶粘剂粘结强度的影响;淀粉用量对胶粘剂容器中状态和粘结强度的影响,丙烯酰胺用量对胶粘剂配制腻子的批涂性和干燥时间的影响,以及偶联剂对胶粘剂储存稳定性的影响等。

    关键词:建筑胶粘剂;复合;制备;淀粉;聚乙烯醇;丙烯酰胺

    中图分类号:TU58+1 文献标识码: B 文章编号: 1001- 702X(2008)05- 0055- 03

    0 前 言

    建筑胶粘剂分为两大类,一类是应用于结构方面,要求强度性能能够满足结构需要的结构型胶粘剂;另一类不要求结构强度,仅要求具有一定的粘结强度,或者要求的结构强度不需要胶粘剂提供,胶粘剂仅起到辅助增强作用(例如粘贴墙面砖用的胶粘剂),即主要应用于建筑装潢、装饰方面的非结构型胶粘剂。本研究的胶粘剂品种属于非结构型。

    NB 型建筑胶粘剂的研制始于 2000 年,主要用于代替当时大量使用的 107 胶,消除了甲醛的污染与危害[1]。随着时间的推延和技术进步,后来改进成复合有丙烯酰胺的 NB- 2 环保型建筑胶粘剂。这 2 种胶粘剂经多年应用,从环保性、材性和成本等方面均具有良好的性能。但是,近年来石油涨价导致与之有关的化工原料(例如聚乙烯醇、丙烯酰胺等)价格上涨,使得这类胶粘剂的成本提高,影响其推广应用。为了适应市场变化和成本要求,并取得性能与成本方面的平衡和保持其技术先进性,笔者对该种胶粘剂进行了改进研究,开发成功NB- 3 环保型建筑胶粘剂。该胶粘剂主要应用于涂装现场配制内墙腻子。由于人们对环保和健康的重视,在研制过程中首先保证其具有环保性,即不含甲醛和其它有毒有害物质,其次是着重保证其具有低成本、批涂性好和适当的粘结性等。

NB- 3 建筑胶粘剂分为 NB- 3(Ⅰ)型和 NB- 3(Ⅱ)型 2种。Ⅰ型不含淀粉,外观无色,呈半透明状态,主要应用于精装修工程,适合于建材商店销售;Ⅱ型含有淀粉,外观乳白色,不透明,更适合于工程应用。2 种胶粘剂的性能除了外观项目外均能够满足 JC/T 438—2006《水溶性聚乙烯醇建筑胶粘剂》的要求。

    NB- 3 建筑胶粘剂在配制内墙腻子时,于使用前先将胶粘剂加 1 倍水稀释,再按照 m(稀释后胶粘剂)∶m[重质碳酸钙(250~500 目)]≈1∶2.5,调配成腻子,其批涂性、涂膜性能均良好。当然,若配制腻子时加入适量的白水泥等具有胶粘性能的材料,腻子膜的物理力学性能会更好。

    1 实 验

    1.1 原材料选用

    建筑胶粘剂以前主要是聚乙烯醇类和复合有少量聚乙烯醇的聚丙烯酰胺类,这 2 类胶粘剂的性能都能够满足使用要求,关键是成本和环保性。由于石油价格波动而导致聚乙烯醇和丙烯酰胺的价格上涨,使其生产成本提高。但是,石油价格对淀粉价格的影响不大。而经适当改性的淀粉胶粘剂具有很好的粘结性和建筑胶粘剂所要求的其他性能(如配制腻子的可批涂性)。因而,淀粉是 NB- 3 建筑胶粘剂的重要原材料之一。

    由于 NB- 3 建筑胶粘剂是一种以聚乙烯醇和丙烯酰胺为主要原材料,并与淀粉复合的复合型建筑胶粘剂,经适当改性聚合的聚丙烯酰胺具有良好的流动性、保水性和粘结性,并能够和水泥、石灰等碱性材料相容。因而,仍使用少量的 2499 型或 2399 型聚乙烯醇以增强胶粘剂的粘结性;使用聚丙烯酰胺作为胶粘剂流动性、保水性的主体材料,并辅助提供一定的粘结性;使用 N- 羟甲基丙烯酰胺作为丙烯酰胺聚合成为聚丙烯酰胺的交联剂,以提高其粘结强度和黏度。将这些材料复合,要求其能够很好地相容,这就需要使用偶联剂。

    除以上原材料外,还需要使用防霉剂(使用不含甲醛的环保型产品)、pH 值调节剂(碳酸氢钠)、引发剂(过硫酸铵)等。

    1.2 制备程序

    (1)向反应器中注入水,加入聚乙烯醇,升温到 93 ℃并保温至溶解,制得一定浓度的聚乙烯醇水溶液,待用。

    (2)称取水,加入引发剂并搅拌至溶解,制得一定浓度的引发剂溶液,待用。

    (3)向反应器中注入水,升温至要求温度,在搅拌的情况下投入玉米淀粉,继续搅拌并升温至 75 ℃,加入烧碱溶液和氧化剂等,对淀粉进行改性,制得改性淀粉胶。

    (4)降温至 65 ℃,向反应器中投入偶联剂和聚乙烯醇水溶液,并搅拌均匀。

    (5)再向反应器中投入丙烯酰胺单体和 N- 羟甲基丙烯酰胺单体,然后升温至 70 ℃。

    (6)投入引发剂水溶液,搅拌均匀,于 70 ℃左右,在搅拌状况下使其反应,制得复合胶粘剂。

    (7)降温至接近常温后,使用碳酸氢钠水溶液调节胶粘剂的 pH 值至 7~8,再投入防霉剂,搅拌均匀,得到 BN- 3(Ⅱ)型环保型建筑胶粘剂。Ⅰ型胶粘剂的制备程序与Ⅱ型基本相似,只是不需要改性淀粉胶的制备程序。

    2 实验结果与讨论

    2.1 聚乙烯醇用量对胶粘剂粘结强度的影响(见表1)

                     

    从表 1 可以看出,虽然随着聚乙烯醇用量的提高,2 种情况下胶粘剂的拉伸粘结强度都稳定提高。但是,复合有改性淀粉胶粘剂时,在相同聚乙烯醇用量下其拉伸粘结强度更高,且随着聚乙烯醇用量提高,粘结强度的提高更显著。例如,在聚乙烯醇添加量为 3.5%时,2 种情况下粘结强度的差值为 0.07MPa,而在聚乙烯醇添加量为 7.5%时粘结强度的差值为 0.16MPa。因而认为,聚乙烯醇类胶粘剂在与改性淀粉胶粘剂复合时具有一定的协效性。

    2.2 淀粉用量对胶粘剂容器中状态和粘结强度的影响

    2.2.1 淀粉用量对胶粘剂容器中状态的影响

    淀粉胶粘剂的成本低,有很好的施工操作性能和适当的粘结强度。但是,淀粉胶粘剂的流动性差,在复合型胶粘剂中的用量大时会使产品失去流动性,或者流动性很差。因而,淀粉用量应适当,应保持在不明显影响胶粘剂外观的范围。胶粘剂中淀粉用量对胶粘剂流动性和再稀释性的影响如表 2 所示。

                 

    由表 2 可见,淀粉用量为 7.5%时,胶粘剂即无流动性,在使用时加水稀释也较困难,甚至在高速搅拌下仍有搅拌不均匀的小胶团。因而,此时的淀粉用量已不能得到满足使用要求的胶粘剂。用量在 6.5%时,虽然胶粘剂的流动性差,再稀释尚无困难。可以根据胶粘剂的其他性能要求选用 4.5% ̄6.5%为宜。

    2.2.2 淀粉用量对胶粘剂粘结强度的影响

    淀粉具有适当的粘结性,特别是经过改性后其粘结性和耐水性都很好,是一直得到广泛应用的粘结剂。但由于淀粉用量大时对胶粘剂的流动性和再稀释性有不利影响,因而必须控制在一定的范围内。表 2 中列出淀粉用量为 4.5%~7.5%时,对胶粘剂粘结强度的影响。试验结果表明,经适当改性处理的淀粉胶粘剂能够明显提高复合胶粘剂的粘结强度。同时,随着复合胶粘剂中淀粉添加量的增大,拉伸粘结强度逐渐提高。试验结果还表明,当复合型胶粘剂的外观状态不良时,其粘结强度的增加也变得不明显。

    2.3 丙烯酰胺用量对胶粘剂配制腻子的批涂性和干燥时间的影响

    经改性聚合的丙烯酰胺是复合型胶粘剂所配制腻子的批涂性和干燥时间的主要提供成分。按照 JC/T438—2006 粘结强度试验的要求,称量 19 g 胶粘剂、19 g 水和 120 g 重质碳酸钙调制成腻子,检测腻子的批涂性;同时批涂成 1 mm 厚的腻子膜,检测腻子膜的干燥时间,结果如表 3 所示。其中,腻子批涂粘滞是因为当丙烯酰胺用量小时,腻子膜干燥快和聚乙烯醇含量大的原因。

                

    批涂性和干燥时间是决定腻子实际使用性能的重要因素,必须具有良好的批涂性和满足施工要求的干燥时间。此外,提供这 2 项性能的是经改性聚合的聚丙烯酰胺,其价格很高,对胶粘剂成本的影响很大。因而,应在满足性能要求情况下尽量保持较低的用量。综合批涂性和干燥时间的试验结果,丙烯酰胺的用量以 1.5%为宜。在此用量以及和淀粉、少量聚乙烯醇的协同作用,使胶粘剂配制的腻子具有良好的批涂性和满足施工要求的干燥时间。

    2.4 偶联剂对胶粘剂储存稳定性的影响

    偶联剂对复合型胶粘剂的影响至关重要。没有添加偶联剂的胶粘剂储存几个小时就会出现分层,时间延长分层更为严重,直接影响胶粘剂的应用。使用适量的偶联剂,既能消除分层,胶粘剂的粘结强度也有所提高。偶联剂应选择合适的品种,添加后能够使胶粘剂中 3 组分具有良好的相容性,储存不分层,胶体状态良好;其添加量以能够解决分层为准,用量大会提高成本。NB- 3 胶粘剂所选用的偶联剂在 0.2%添加量下即具有良好的偶联作用。

    3 NB- 3 环保型建筑胶粘剂的性能

    NB- 3 环保型建筑胶粘剂的性能如表 4 所示。由于该胶粘剂在原材料的选用和制备过程中未使用甲醛、苯、甲苯、二甲苯等物质,因而成品中不含有 JC/T 438—2006《水溶性聚乙烯醇建筑胶粘剂》所规定的有害物质,故未对这些有害物质的含量进行检测。

               

    4 结 语

    (1)在 NB- 3(Ⅰ)型胶粘剂中,聚乙烯醇是产生粘结强度的主体,经改性聚合的聚丙烯酰胺胶粘剂起增强作用,并为胶粘剂在配制腻子时提供批涂时的滑爽性和延长腻子膜的干燥时间。 在 NB- 3(Ⅱ)型胶粘剂中,改性淀粉是产生粘结强度的主体,聚乙烯醇起增强作用,经改性聚合的聚丙烯酰胺则为胶粘剂在配制腻子时提供批涂时的滑爽性。

    (2)交联剂在胶粘剂中,特别是在 NB- 3(Ⅱ)型胶粘剂中起的作用非常重要。若选择的交联剂不合适,胶粘剂储存分层,无法作为商品使用。但应在满足要求的情况下尽量降低添加量,以降低胶粘剂的成本。

    (3)近来聚乙烯醇和丙烯酰胺的价格都在上涨,而淀粉价格变动不大,采用适当的改性技术,可使以淀粉为主体材料的NB- 3(Ⅱ)型胶粘剂具有很低的价格和很好的使用性能。

    (4)在 NB- 3(Ⅱ)型胶粘剂中,聚乙烯醇类胶粘剂和改性淀粉胶粘剂复合使用具有一定的协效性。

    参考文献:

    [1] 徐峰,王琳,刘勇.NB 建筑胶粘剂的研制[J].化学建材,2001(3)33- 35. 

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    收录时间:2015年10月22日 20:33:15 来源:中国胶粘剂网 作者:匿名
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