快硬型瓷砖胶的开发研究

张志亮，段瑜芳［瓦克化学（中国）有限公司，上海　200233］



快硬型瓷砖胶的开发研究

张志亮，段瑜芳
［瓦克化学（中国）有限公司，上海200233］

研究了二元体系和三元体系的6 h拉伸粘结强度和可操作时间，筛选出一种6 h拉伸粘结强度达到0.5 MPa，可操作时间达到40 min以上的快硬型瓷砖胶参考配方。并研究了配方中几种原材料及不同牌号VINNAPAS可再分散乳胶粉对快硬型瓷砖胶性能的影响。结果表明，VINNAPAS 8620E可以提高快硬型瓷砖胶20 min晾置时间和水养后的拉伸粘结强度。

快硬型瓷砖胶；6 h拉伸粘结强度；可再分散乳胶粉

0　引言

近20年来，随着一批专业生产瓷砖的企业发展壮大，瓷砖的种类，尺寸和品质都得到了很大提升。但是瓷砖铺贴的工艺以及配套瓷砖胶粘剂（简称瓷砖胶）的发展并未与之同步提升，这导致目前国内瓷砖铺贴出现了众多质量问题［1］。目前瓷砖吸水率更低和尺寸更大的趋势，迫使我们亟需提高瓷砖胶的品质和种类以满足瓷砖铺贴的需求。

随着劳动力成本的不断提高和施工单位对于快速施工的要求，各类快干快凝型产品如粉刷石膏、快速修补砂浆、快干垫层自流平和快干填缝剂都得到一定发展［2-3］，而且瓷砖铺贴的快速化需求及局部脱落瓷砖的快速修补也使得对快硬型瓷砖胶的需求在增加［4］。但是国内快硬型瓷砖胶的发展尚处于初始阶段，市场上也鲜有此类产品。

另外，我国瓷砖胶产品性能检测参照的行业标准JC/T 547—2005《陶瓷墙地砖胶粘剂》中虽然有关于快速硬化型瓷砖胶的分类，但该等级瓷砖胶的要求是24 h后的拉伸粘结强度达到0.5 MPa。而JC/T 547—2005参照的欧洲标准EN 12004在2007年修编的时候，就已经将快速硬化型瓷砖胶的要求修改为6 h后的拉伸粘结强度达到0.5MPa。目前我国的行业标准JC/T 547—2005正在修编过程中，此次修编改为参考国际标准ISO 13007，而ISO 13007和EN 12004中对快硬型瓷砖胶的要求是一致的，都是6 h拉伸粘结强度达到0.5 MPa。因此，为保持与ISO标准的一致性，正在修编的JC/T 547报批稿中，也已经将快硬型瓷砖胶的性能要求修改为6 h的拉伸粘结强度达到0.5 MPa。

快硬型瓷砖胶与普通型瓷砖胶相比，不仅增加了6 h的拉伸粘结强度，还将晾置时间调整为10 min，而且此类产品的可操作时间比普通瓷砖胶大大缩短，这很容易引起施工工人操作的不习惯。欧洲市场上快硬型瓷砖胶的可操作时间一般在30～60 min，个别产品可达75 min，考虑到国内使用薄层法施工铺贴瓷砖胶尚处于起步阶段，工人对于用薄层法铺贴瓷砖的经验和效率还不高，笔者认为可操作时间至少40 min［4］，晾置时间至少达20 min的快硬型瓷砖胶才能最大限度满足施工的需要。

本文旨在通过研究二元体系（普通硅酸盐水泥OPC和铝酸盐水泥AC）及三元体系（普通硅酸盐水泥OPC、铝酸盐水泥AC和石膏）的6 h拉伸粘结强度和可操作时间，及原材料对瓷砖胶性能的影响，开发出可以同时满足6 h拉伸粘结强度和20 min晾置时间后拉伸粘结强度均达到0.5 MPa，且可操作时间在40 min以上的快硬型瓷砖胶，以满足快速发展的瓷砖胶市场和应用的需要。

1　实验

1.1原材料

普通硅酸盐水泥（OPC）：P·O42.5，海螺水泥；铝酸盐水泥（AC）：CIMENT FONDU（丰都水泥）、TERNAL CC（CA-50）［凯诺斯（中国）铝酸盐技术有限公司提供］。硬石膏：安徽某公司生产；β-半水石膏：湖北某公司生产；石英砂：40～70目、70～140目，上海建达科技公司；可再分散乳胶粉：瓦克化学VINNAPAS 5010N、VINNAPAS 8620E；纤维素醚：TYLOSE 60001 P6、TYLOSE 10007 P4，信越泰勒士有限公司；对比试验瓷砖胶用纤维素醚（1个进口品牌和4个国产品牌），市售；促凝剂：碳酸锂，上海欧金实业有限公司提供；缓凝剂：酒石酸，常茂生物化学工程股份有限公司。

1.2试验方法

参照JC/T 547—2005进行早期拉伸粘结强度、拉伸粘结原强度（以下简称标养）、浸水后的拉伸胶粘强度（以下简称水养），热老化后的拉伸胶粘强度（以下简称热养），以及10 min、20 min晾置时间后拉伸粘结强度等性能的测试。其中早期拉伸强度改为6 h标准养护，需提前使用环氧粘合剂将拉拔头粘在瓷砖上。

可操作时间的测试为从加水搅拌开始计时，到瓷砖胶开始硬化变稠，难以再用齿刮刀进行疏条的时间点为止。

1.3试验配方体系

1.3.1二元体系

国内外对硅酸盐水泥和铝酸盐水泥复配的二元体系已早有研究，二元体系可以大大缩短凝结硬化的时间，提高强度［3］。

本试验中，选用凯诺斯公司的进口铝酸盐水泥CIMENT FONDU和国产铝酸盐水泥TERNAL CC，配合海螺P·O42.5水泥进行二元体系测试，分别研究不同OPC和AC比例时，瓷砖胶的6 h拉伸粘结强度和可操作时间。

本测试配方体系中胶凝材料的质量百分数为35%～40%，石英砂为55%～65%，醋酸乙烯-乙烯（VAE）可再分散乳胶粉1.5%，其它添加剂适量。参考配方如表1所示。

表1　不同OPC/AC比例的瓷砖胶参考配方

1.3.2三元体系

三元体系是在二元体系的基础上添加石膏（以代号G表示），利用三者反应生成钙钒石的特性，使体系具有快速硬化和补偿收缩等功能［3］。

本试验中，选用产自安徽的硬石膏和产自湖北的β-半水石膏，分别研究不同OPC/AC/G比例时，瓷砖胶的6 h拉伸粘结强度和可操作时间。

测试的三元配方体系中，胶凝材料的质量百分比为35%～40%，石英砂为55%～65%，醋酸乙烯-乙烯（VAE）可再分散乳胶粉为1.5%，其它添加剂适量。参考配方如表2所示。

表2　不同OPC/AC/G比例的瓷砖胶参考配方

2　结果与讨论

2.1基础配方的筛选

因为晾置时间测试周期较长，在基础配方筛选阶段，笔者先通过测试可操作时间来判断快硬型瓷砖胶的施工性是否达到目标要求。

2.1.1二元体系

二元体系测试配方的6 h拉伸粘结强度和可操作时间测试结果如图1所示。

图1　二元体系配方的6 h拉伸粘结强度和可操作时间

由图1可以看出，二元体系所测配方的可操作时间都可以满足40 min的要求，不过只有2#配方的6 h拉伸粘结强度可以达到0.5 MPa的要求，该配方是以进口铝酸盐水泥CIMENT FONDU为主的富铝酸盐体系。

2.1.2三元体系

三元体系测试配方瓷砖胶的6 h拉伸粘结强度和可操作时间测试结果如图2所示。

图2　三元体系配方瓷砖胶的6h拉伸粘结强度和可操作时间

由图2可以看出，只有10#和11#配方的可操作时间小于40 min，其它配方均可以满足不小于40 min的要求；而只有9#和11#配方的6 h拉伸粘结强度可以达到0.5 MPa的要求，9#和11#配方均是以普通硅酸盐水泥为主的配方体系。考虑到原材料获得的便利性及配方成本的经济性，后续测试选用9#配方作为基础配方来研究原材料对产品性能的影响。

2.2无机胶凝材料的影响

为研究无机胶凝材料对瓷砖胶性能的影响，固定其它原材料掺量保持不变，分别选择铝酸盐水泥掺量在4.0%～10.0%变化（水泥总质量保持不变）（A组），硬石膏掺量在2.0%～6.0%变化（B组），β-半水石膏掺量在0～2.0%变化（C组），测试参考配方如表3所示。

测试配方瓷砖胶的可操作时间、6 h拉伸粘结强度以及10 min和20 min晾置时间后的拉伸粘结强度，结果如图3所示。测试配方在几种不同养护条件下的拉伸粘结强度，结果如图4所示。

表3　不同无机胶凝材料掺量瓷砖胶的测试参考配方

图3　无机胶凝材料对瓷砖胶拉伸粘结强度和可操作时间的影响

图4　无机胶凝材料对不同养护条件下瓷砖胶拉伸粘结强度的影响

由图3、图4可见：

（1）当铝酸盐水泥TERNAL CC的掺量从4.0%增加到10.0%时，瓷砖胶的6 h拉伸粘结强度明显提高，掺量在7.0%左右基本可以达到0.5 MPa的要求；但是可操作时间明显下降，从60 min下降到40 min以下；20 min晾置时间后的拉伸粘结强度也明显下降；随着铝酸盐水泥TERNAL CC掺量的增加，瓷砖胶在标养和热养后的拉伸粘结强度有所提高，水养后的拉伸粘结强度有所下降。

（2）当硬石膏的掺量从2.0%增加到6.0%时，瓷砖胶的可操作时间有所缩短；其它性能指标的变化趋势不明显。

（3）当β-半水石膏的掺量从0增加到2.0%时，瓷砖胶的可操作时间略有提高，但20 min晾置时间后的拉伸粘结强度有所下降；标养和热养后的拉伸粘结强度也有所下降。

在几种无机胶凝材料掺量变化的研究范围内，铝酸盐水泥掺量的变化对6 h拉伸粘结强度和可操作时间影响较明显。

2.3凝结调节剂的影响

为研究促凝剂和缓凝剂对瓷砖胶性能的影响，固定其它原材料掺量不变，分别研究了促凝剂碳酸锂在0.08%～0.12%变化（D组），缓凝剂酒石酸在0.08%～0.12%变化（E组）时瓷砖胶的性能。测试参考配方如表4所示。测试配方的可操作时间、6 h拉伸粘结强度及10 min和20 min晾置时间后的拉伸粘结强度测试结果如图5所示，瓷砖胶在几种不同养护条件下的拉伸粘结强度测试结果如图6所示。

表4　不同促凝剂和缓凝剂掺量的测试参考配方

图5　促凝剂和缓凝剂对瓷砖胶拉伸粘结强度和可操作时间的影响

由图5和图6可以看出：

（1）当促凝剂碳酸锂的掺量从0.08%增加到0.12%时，瓷砖胶的可操作时间略有增加，20 min晾置时间的拉伸粘结强度明显提高；瓷砖胶在标养和热养后的拉伸粘结强度变化不明显，水养后的拉伸粘结强度有所提高。

图6　促凝剂和缓凝剂对不同养护条件下瓷砖胶拉伸粘结强度的影响

（2）当缓凝剂酒石酸的掺量从0.08%增加到0.12%时，瓷砖胶的6 h拉伸粘结强度明显降低，可操作时间和20 min晾置时间后的拉伸粘结强度明显提高；瓷砖胶在热养后的拉伸粘结强度明显提高，水养后的拉伸粘结强度变化不明显。在研究的掺量变化范围内，缓凝剂掺量的变化对6 h拉伸粘结强度和可操作时间影响较明显。

2.4纤维素醚的影响

为研究不同纤维素醚对瓷砖胶性能的影响，分别选择了几款进口和国产的纤维素醚进行对比试验，共计10个牌号。试验用不同纤维素醚的性能参数如表5所示。

表5　对比试验用不同纤维素醚的性能参数

不同纤维素醚对瓷砖胶性能影响测试参考配方如表6所示，本组测试配方的用水量均为粉料质量的22%。但由于不同纤维素醚的保水性和对砂浆用水量的影响不同，个别纤维素醚如国产品牌D2配方的瓷砖胶施工性较差。

不同纤维素醚瓷砖胶测试配方的可操作时间、6 h拉伸粘结强度以及10 min和20 min晾置时间后的拉伸粘结强度测试结果如图7所示，瓷砖胶测试配方在几种不同养护条件下的拉伸粘结强度测试结果如图8所示。

表6　不同纤维素醚对比的瓷砖胶测试参考配方

图7　不同纤维素醚对瓷砖胶拉伸粘结强度和可操作时间的影响

图8　不同纤维素醚对不同养护条件下瓷砖胶拉伸粘结强度的影响

图7和图8中，前5个试样采用HEMC（羟乙基甲基纤维素醚），后5个试样采用HPMC（羟丙基甲基纤维素醚），对比HEMC和HPMC的测试结果，2种纤维素醚之间并未表现出明显的差异。

本测试对品牌A、B和D，均选择了同一化学类型的2个产品进行测试，对比同一品牌下不同黏度的2个纤维素醚可以看出，高黏度纤维素醚配制的瓷砖胶6 h拉伸粘结强度高于低黏度的，而可操作时间和20 min晾置时间后的拉伸粘结强度均比低黏度的要低；国产品牌D2的可操作时间比D1长的原因可能是因为D2是改性产品［5］。

从图7和图8可以看出，不同纤维素醚对瓷砖胶的性能指标影响各不相同，由于笔者对各个品牌纤维素醚的具体基团含量以及改性方法、改性程度了解有限，无法进一步进行分析比较。

2.5不同牌号胶粉的影响

从之前几组的测试结果看，所有瓷砖胶测试配方20 min晾置时间后的拉伸粘结强度均达不到0.5 MPa，而且很多配方浸水养护后的拉伸粘结强度也达不到0.5 MPa。结合前面几种不同原材料对瓷砖胶性能的影响，尤其是对20 min晾置时间后的拉伸粘结强度，笔者在优化配方的基础上，增加了VINNAPAS 8620E的测试。测试参考配方如表7所示。

表7　不同牌号胶粉的瓷砖胶测试配方

瓷砖胶测试配方的可操作时间、6 h拉伸粘结强度以及10 min和20 min晾置时间后的拉伸粘结强度测试结果如图9所示，瓷砖胶在几种不同养护条件下的拉伸粘结强度测试结果如图10所示。

由图9和图10可以看出，掺有VINNAPAS 8620E的瓷砖胶配方在可操作时间、20 min晾置时间后的拉伸粘结强度及浸水养护后的拉伸粘结强度均有明显提高，其中，含有VINNAPAS 8620E的F2配方均达到0.5 MPa，能符合新标准中C1F（6 h）等级快硬型瓷砖胶的要求。

图9　不同牌号胶粉配方瓷砖胶的拉伸粘结强度和可操作时间

图10　不同牌号胶粉配方瓷砖胶在不同养护条件下的拉伸粘结强度

VINNAPAS 8620E是瓦克化学推荐用于C2等级瓷砖胶的三元共聚可再分散乳胶粉，在传统VAE的基础上引入了VC（氯乙烯）基团，其特点是具有更好的水养和晾置时间后的拉伸粘结强度。本文的测试结果表明，在快硬型瓷砖胶中，VINNAPAS 8620E同样具有较好的提高水养和晾置时间后拉伸粘结强度的作用。

3　结语

（1）瓷砖胶的6 h拉伸粘结强度和可操作时间是矛盾的2项性能指标，绝大多数配方如果具有较长的可操作时间，总是相应具有较低的6 h拉伸粘结强度。

（2）相比于硬石膏和β-半水石膏，三元体系中铝酸盐水泥的含量对6 h拉伸粘结强度和可操作时间的影响更为显著一些。

（3）在相同的掺量变化范围内，缓凝剂对于可操作时间和6 h拉伸粘结强度的影响要比促凝剂显著，在本试验研究的掺量变化范围内，提高促凝剂掺量可以同时适当提高20 min晾置时间后的拉伸粘结强度和可操作时间。

（4）同一品牌的产品，低黏度的纤维素醚具有较长的可操作时间和20 min晾置时间后的拉伸粘结强度。

（5）VINNAPAS 8620E是一种三元共聚的可再分散乳胶粉，可以提高瓷砖胶水养和晾置时间后的拉伸粘结强度，本试验使用VINNAPAS 8620E得到了可以同时满足6 h拉伸粘结强度和20 min晾置时间后拉伸粘结强度达到0.5 MPa要求，且可操作时间达40 min以上的快硬型瓷砖胶。

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Development and study on fast setting CTA

ZHANG Zhiliang，DUAN Yufang
［Wacker Chemicals（China）Co.Ltd.，Shanghai 200233，China］

This paper first studies the 6 h TAS（Tensile Adhesion Strength）and pot life of binary system and ternary system，and screens a fast setting CTA（Ceramic Tile Adhesive）reference formula with 6 h TAS reach 0.5 MPa and pot life above 40 min. Then the influences of kind of raw materials and VINNAPAS Dispersible Polymer Powder（DPP）to the performance of fast setting CTA are also studied，the results show that VINNAPAS 8620E can improve the TAS after 20 min open time and TAS under water condition of fast setting CTA.

fast setting CTA，6 h TAS，Dispersible Polymer Powder

TU58+1.3

A

1001-702X（2016）06-0044-06

2016-01-04；

2016-03-28

张志亮，男，1983年生，河南陕县人，硕士，研究方向：干混砂浆产品的开发与应用。地址：上海市徐汇区漕河泾开发区虹梅路1535号3号楼，E-mail：jerry.zhang@wacker.com。