聚醋酸乙烯-乙烯乳液的玻璃化温度与可再分散性乳胶粉的性能研究

文/王大莲（安徽皖维花山新材料有限责任公司）

一、引言

可再分散性乳胶粉是指能够再分散的聚合物乳液粉末，其乳液需经过喷雾干燥，再加入填料所得，其性能主要由聚合物乳液决定。可再分散性乳胶粉（以下简称乳胶粉）在国内应用已有十多年，作为新型环保建材添加剂，已成为中国建筑砂浆添加剂不可或缺的材料，主要应用于建筑外墙保温砂浆、腻子、瓷砖胶、自流平等。乳胶粉主要是指保护胶体和聚合物乳液混合后，经喷雾干燥，加入改性添加剂，加水溶解后可再形成乳液的聚合物粉末。聚合物乳液在乳胶粉中占比最大，也是直接影响其性能的主要原料。生产乳胶粉的乳液以醋酸乙烯-乙烯乳液、叔碳酸乳液、丙烯酸乳液等为主，不同乳液生产的胶粉应用方向不同，本文主要研究乙酸乙烯-乙烯共聚乳液生产的乳胶粉与乳液的玻璃化温度的关系。

玻璃化温度是指高聚物由高弹态转变为玻璃态的温度，指无定型聚合物（包括结晶型聚合物中的非结晶部分）由玻璃态向高弹态或者由后者向前者的转变温度。乳液的玻璃化温度主要由聚合物组分决定，单体的比例不同，玻璃化温度差别较大。测定玻璃化温度的方法、条件也直接影响其数值。本文采用由低温（-60℃）到高温（130℃）逐渐升温的办法，测定其数值。在聚醋酸乙烯-乙烯乳液中，可根据其数值简单推断乳液的柔韧性。本文研究VAE聚合物乳液的玻璃化温度与乳胶粉的性能之间的关系。

二、实验过程

1.实验仪器

喷雾干燥塔：无锡林头，适用于中试试验；天平：梅特勒-托利多ML6002T；砂浆混合机：V型；方孔筛，符合JC/T2189-2013；水泥胶砂搅拌机：JJ-5；流动度测定仪：无锡建仪仪器有限公司；LBY-Ⅳ黏结强度拉拔试验仪：建筑材料认证中心；DSC热温度仪：梅特勒-托利多；电脑伺服材料试验机：HZ-1003A，东莞力显仪器有限公司。

2.实验材料

水泥42.5：皖维牌；标准砂；VAE1、VAE2、VAE3、VAE4乳液，广西皖维生物质科技有限公司；纯水。

3.实验步骤

乳液玻璃化温度测试：分别称取4种乳液各2g，在105℃的烘箱中干燥，取干燥后的乳液膜8mg，放入DSC热温度仪进行检测，仪器设定的温度范围为-60～130℃。检测结果各乳液玻璃化温度依次为-5℃、2℃、8℃、15℃。

喷雾干燥：将VAE乳液和已溶解好的聚乙烯醇溶液混合，制取喷雾液，控制喷雾液温度为50℃，泵送进入干燥塔喷雾干燥。首先打开系统预热30min，控制塔内温度在130～160℃，控制干燥塔负压，系统稳定后开始水运转，控制进料口、出料口温度，使出料口温度保持在70～80℃；温度稳定后，开始喷雾液进料，进料速度根据实际情况，由小到大缓慢调节，同时开启添加剂加入系统；喷雾干燥颗粒与添加剂充分混合后，经收尘、冷却、去湿后，即可制得可再分散乳胶粉。按VAE乳液的编号，制得乳胶粉1（VAE1）、乳胶粉2（VAE2）、乳胶粉3（VAE3）和乳胶粉4（VAE4）。

成型测膜：称取100g乳胶粉于烧杯中，加入100g蒸馏水，用玻璃棒缓慢搅拌至均匀，静置至无气泡，用湿膜制备器将制备好的乳胶粉乳液成型于玻璃板上，7天后测膜的性能。

预拌成型：按水泥42.5450份、标准砂1350份、乳胶粉45份的比例预混好砂浆，乳胶粉1为1#，乳胶粉2为2#，乳胶粉3为3#，乳胶粉4为4#，水灰比1∶0.25搅拌成型。

三、结果与讨论

根据电脑伺服材料试验机测得的乳胶粉膜的拉伸强度、断裂伸长率，按行业标准要求配制成砂浆，分别测量所配制的砂浆与聚苯板及混凝土的拉伸黏结原强度和拉伸黏结耐水强度，结果见表1。

由表1可以看出，随乳液的玻璃化温度的升高，所得乳胶粉膜的拉伸强度相应增大，乳胶粉的断裂伸长率则由517%下降至321%。乳胶粉膜的断裂伸长率反映其膜的柔韧性，应用在砂浆里，与其抗裂、柔韧性相关。

从试验数据还可以看出，砂浆的拉伸黏结原强度和拉伸黏结耐水强度随乳液的玻璃化温度升高而增大，但砂浆与聚苯板的耐水黏结强度增长幅度较缓。这是因为乳胶粉能改善砂浆的黏结强度，其机理是乳胶粉溶于水后，在砂浆的不同位置形成胶膜，能提高水泥砂浆的内聚力，增加砂浆与基层的粘附力，改善砂浆的柔韧性。而VAE乳液是一种水溶性液体，成膜后浸水会使其膜溶胀、破损，会降低其对砂浆的黏结力。砂浆与混凝土板的黏结强度的变化趋势与聚苯板相似，但能看出，不同乳液对混凝土板的强度数值影响小于聚苯板，这是由于受到砂浆中水泥本身强度的影响。总的趋势是，乳液玻璃化温度越高，砂浆与基层板材（聚苯板、混凝土板）的黏结强度越高。

表1 各型号乳胶粉及其所配置砂浆的检测结果

四、复合优化

在砂浆中添加乳胶粉，主要是为了改善砂浆的操作性、抗垂性，提高砂浆对基层的黏结力，增强砂浆的抗折抗压强度，柔性胶粉能大幅度提高砂浆的抗弯折能力。应用不同玻璃化温度的乳液生产出的胶粉改善砂浆的性能不同，为使乳胶粉发挥最大作用，改善砂浆性能，拟采取乳液复配的方式生产出复合型乳胶粉，观察其性能。

根据上述检测数据，现采用以下复配方式：一类按VAE1∶VAE4=2∶8，二类按VAE1∶VAE4=1∶1，三类按VAE1∶VAE4=8∶2，将三类复配乳液生产成对应的复合型乳胶粉，成膜，测试其性能，结果见表2。

表2 复配后的乳胶粉检测结果

从检测结果看，复配的乳液所生产的乳胶粉成膜后，其在拉伸强度、断裂伸长率上均综合了两种乳液的优点，一类乳胶粉根据其测试数据，推荐使用在外保温砂浆等；二类乳胶粉推荐使用在腻子、瓷砖黏结砂浆等；三类乳胶粉推荐使用在抗裂砂浆、自流平等。相较单一乳液生产的乳胶粉，复配后的乳胶粉从性能、成本上均占有优势，给用户提供了更多的参考性。

五、结语

乳胶粉的性能主要受所用聚醋酸乙烯-乙烯性能的影响，随其玻璃化温度的上升，其拉伸强度逐渐提高；乳胶粉的性能可以大幅度改善砂浆的性能，乳胶粉膜的拉伸强度与其混合砂浆的拉伸黏结强度变化趋势一致；考虑不同玻璃化温度的乳液所得胶粉性能差异，将乳液复配所得胶粉的综合性能，优于其单一乳液性能；醋酸乙烯-乙烯乳液所得胶粉，在水养条件下，与基材的黏结强度较标准条件呈下降趋势。