GPES硬质泡沫复合塑料保温板专用界面剂的研制

韩菲菲，孙洪明，许红升，曹杨

（山东建筑科学研究院，山东 济南 250031）

GPES硬质泡沫复合塑料保温板专用界面剂的研制

韩菲菲，孙洪明，许红升，曹杨

（山东建筑科学研究院，山东 济南 250031）

采用预乳化半连续种子乳液聚合方法合成了GPES保温板专用界面剂有机硅改性丙烯酸乳液。通过引入丙烯酸异辛酯（2-EHA）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、苯乙烯（St）和功能性单体丙烯酸（AA）和硅烷偶联剂（A-174、A-151），提高GPES保温板的粘结强度。研究了软硬单体比例、丙烯酸用量、硅烷偶联剂用量及配比对粘结强度的影响。测试结果表明，合成的专用界面剂能显著提高GPES保温板与砂浆的拉伸粘结强度。

GPES保温板；界面剂；有机硅改性丙烯酸乳液；粘结强度

0 前言

GPES保温板是由多种高分子聚合物与改性纳米石墨颗粒混炼，高压注入超临界二氧化碳流体，经低温高压释放压制成型的新型高效保温材料，具有低导热系数、低吸水率、优异的尺寸稳定性和力学性能等特点。由于GPES为完全闭孔结构，表面光滑呈高疏水性，与砂浆的粘结强度较低，容易出现保温板脱落、粘结不牢等现象。常用于保温板界面处理的纯丙烯酸乳液和通用型的界面剂，能在一定程度上改善GPES保温板与砂浆的粘结效果，但效果并不很理想。为更好地发挥GPES保温板的使用效果，根据GPES保温板表面特征，研制出GPES保温板专用界面剂。GPES保温板经专用界面剂处理后，具有更加优异的附着力、耐水性和耐冻融性，与砂浆的拉伸粘结强度大幅提高，满足GPES硬质泡沫复合塑料保温板外墙外保温系统的整体要求。本文采用预乳化半连续种子乳液聚合方法制备GPES保温板专用界面剂。

1 GPES保温板

GPES泡沫保温材料不采用四氟乙烷、戊烷以及氟利昂等发泡剂，而是采用含二氧化碳的复合发泡剂超临界流体发泡、改性材料及多种高分子聚合物与连续颗粒级配的纳米材料混炼而成，见图1。

图1 GPES板材及其微观形貌

与现有的保温板相比，该新型GPES保温板具有导热系数更低，能够长期稳定在0.026 W/（m·K）以下，密度小于36 kg/m3。具有较高的压缩强度、抗拉强度、吸水率小、抗湿性好、尺寸稳定性好等特点，燃烧性能为B级，同样节能标准下，其厚度可比EPS板、XPS板薄30%左右，与聚氨酯保温板相当，同时具备经济性，价格仅为聚氨酯保温板的1/3。

2 实验

2.1 原材料

丙烯酸异辛酯（2-EHA）、苯乙烯（St），工业级，上海新大化工厂；甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸（AA），化学纯，上海高桥丙烯酸厂；过硫酸铵（APS）、辛基苯酚聚氧乙烯醚（OP-10），工业级，北京化学试剂公司；硅烷偶联剂（A-174、A-151），工业级，南京曙光化工集团；去离子水，工业级；GPES保温板，光面，表观密度32kg/m3，厚50mm；粘结砂浆、抹面砂浆，自制。

2.2 GPES保温板

垂直板面抗拉强度是衡量保温板力学性能的主要指标，是保证建筑外保温工程正常使用功能的必要条件之一。

GPES保温板陈化28d后按照GB/T30595—2014《挤塑聚苯板（XPS）薄抹灰外墙外保温系统材料》进行垂直于板面方向的抗拉强度测试。带表皮和不带表皮保温板测试结果分别为0.61 MPa和0.64 MPa，说明板材本身抗拉性能十分优异。考虑到GPES保温板表面光滑，且呈高疏水性，在实际采用砂浆粘结时会存在界面结合不牢等问题。因此，研制GPES保温板专用界面剂非常必要。

2.3 界面剂的合成

按比例将部分单体、乳化剂和水混合搅拌预乳化0.5 h备用。将剩余复合乳化剂和单体、水依次加入反应容器中，温度控制在70℃左右，搅拌速度为220 r/min。待反应一段时间，同时缓慢滴加上述预乳化液和引发剂，当预乳化液剩下1/3时开始滴加硅烷偶联剂单体，滴加结束后补加引发剂，3 h滴加完毕，再保温1 h，待降至室温，用滤网过滤后得到乳液。界面剂的合成配方见表1。

表1 GPES保温板专用界面剂配方

3 结果与讨论

3.1 软硬单体选择与配比

本实验硬单体选择苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯，软单体选择丙烯酸异辛酯。乳液的玻璃化温度的调整是通过在配方中调整软硬单体的比例，设定乳液的玻璃化温度[1]为18℃。参考半经验Fox公式和前期实验结果，把硬单体MMA与St的质量比设为1∶2，通过调整软硬单体的比例，考察其对粘结强度的影响。测试结果见表2。

表2 软硬单体质量比对粘结强度的影响

由表2可见，软硬单体质量比为50∶50时，拉伸粘结原强度和耐水拉伸粘结强度最高，且破坏断面在GPES保温板内。因此，软硬单体合适的配比为：m（2-EHA）∶m（MMA）∶m（St）= 50∶16.7∶33.3。

3.2 交联单体丙烯酸对粘结强度的影响

丙烯酸聚合反应时可以使聚合物链产生交联，形成网状结构，增强界面剂的刚性。在成膜时极性基团与GPES板表面的极性基团相互作用，增强界面剂的附着力。本文研究了丙烯酸用量对GPES保温板与砂浆的粘结强度的影响，结果表明，当丙烯酸用量为单体总量的1.5%时，拉伸粘结原强度和耐水拉伸粘结强度均最高，AA用量继续增大，强度反而会降低。这可能与丙烯酸量的增加使得反应体系黏度增大，影响体系转化率有关。因此，选择丙烯酸用量为1.5%。

3.3 硅烷偶联剂对耐水粘结强度的影响

硅烷偶联剂的不饱和双键在引发剂的作用下与丙烯酸酯类不饱和双键聚合[3]，另一端Si—O长键则伸展到乳液表面形成紧密的交联结构，水分子很难渗透到聚合物内部，可以显著改善界面剂的耐水性。因此，重点考察硅烷偶联剂总量和m（A-151）∶m（A-174）配比对耐水拉伸粘结强度的影响，结果见图2。

从图2可以看出，A-174比例的增加可以提高界面剂的耐水性和粘结强度，当m（A-151）∶m（A-174）=1∶2时，耐水拉伸粘结强度明显高于其它2个配比，且当硅烷偶联剂总量为4%时，耐水拉伸粘结强度最大。因此选择硅烷偶联剂总量为4%，m（A-151）∶m（A-174）=1∶2。

图2 硅烷偶联剂用量和m（A-151）∶m（A-174）比例对耐水拉伸粘结强度影响

3.4 与粘结砂浆拉伸粘结强度

按上述配方制得的界面剂稳定性良好。在相同条件下，将专用界面剂、纯丙烯酸乳液和通用型界面剂分别用于GPES保温板，测试其与粘结砂浆的拉伸粘结强度（见表3）。

表3 GPES保温板与粘结砂浆的拉伸粘结强度

由表3可见，使用纯丙烯酸乳液的试样粘结强度不能符合GB/T 30595—2014要求，且试样均在界面处破坏；采用通用型界面剂的试样刚能符合GB/T 30595—2014要求。采用专用界面剂的试样28 d拉伸粘结原强度为0.64 MPa，已达到板材本身的垂直板面抗拉强度，耐水48 h粘结强度更是达到0.50 MPa以上，且所有试样均在GPES板内破坏，具有很高的工程应用价值。

3.5 与抹面砂浆拉伸粘结强度

在相同条件下，将上述3种界面剂分别用于GPES保温板界面处理，测试与抹面砂浆的拉伸粘结强度（见表4）。

由表4可见，采用专用界面剂的GPES保温板与抹面砂浆28 d拉伸粘结原强度分别比采用纯丙烯酸乳液和通用型界面剂的高218%、133%，其耐水、耐冻融拉伸粘结强度更是提高2～4倍。表明采用专用界面剂可以使GPES保温板外墙外保温系统更安全。

表4 GPES保温板与抹面砂浆的拉伸粘结强度

4 结语

根据高效保温材料GPES保温板的特点，采用预乳化半连续种子乳液聚合方法合成了一种有机硅改性丙烯酸乳液型专用界面剂，软硬单体比例为：m（2-EHA）∶m（MMA）∶m（St）= 50∶16.7∶33.3，丙烯酸用量为单体总质量的1.5%，硅烷偶联剂用量为4%，m（A-151）∶m（A-174）=1∶2。经该界面剂处理的GPES保温板与砂浆拉伸粘结原强度可达0.60 MPa以上，耐水、耐冻融拉伸粘结强度均能达到0.50 MPa，均优于GB/T 30595—2014的要求，该专用界面剂能够显著提高GPES保温板与砂浆的界面结合强度，在GPES保温板外墙外保温系统中可以取消部分锚栓，减少施工工序，降低工程造价，具有很高的工程应用价值和推广应用前景。

[1]邓惠萍，候友军，曾幸荣.乙烯基有机硅乳液的合成研究[J].化学与黏合，2006，28（3）：149-152.

[2]HE WEI-Dong.PAN CAI-YUAN.Influence of reaction between SecondmonomerandvinylgroupofseedPolysiloxaneon seeded emulsion Polymerization[J].Journal of APPlied Polymer Seienee，2001，80（14）：2752-2758.

[3]刘贵.有机硅改性丙烯酸乳液及其水性防腐涂料的研制[D].上海：华东理工大学，2012.

Development of exclusive interface agent for GPES rigid foam composite plastic insulation boards

HAN Feifei，SUN Hongming，XU Hongsheng，CAO Yang
（Shandong Academy of Science Building Research，Jinan 250031，China）

Organo-siloxane modified polyacrylic emulsion was synthesized by pre-emulsified and semi-continuous seed emulsion polymerization for GPES insulation boards exclusive interface agent.Acrylate（2-EHA），methyl methacrylate（MMA），styrene（St）and functional monomer such as acrylic acid（AA）and organo-siloxane（A-174，A-151），was respectively introduced to the latex to improve tensile adhesion strength on GPES.The effects of the ratio of soft or hard monomers and the amount and ratio of silicone modified agent on the bond strength are discussed.Test results show that synthesized exclusive interface agent can significantly improve the tensile bond strength of GPES insulation boards and mortars.

GPES insulation board，exclusive interface agent，organo-siloxane modified polyacrylic emulsion，bond strength

TU532+.4

A

1001-702X（2016）12-0040-03

住房城乡建设部2015年科学技术项目计划（2015-K1-002）

2016-06-12

韩菲菲，女，1984年生，山东济南人，工程师，硕士，主要从事建筑节能与新材料研究工作。