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可再分散乳胶粉改善新拌砂浆和易性的作用机理
VAE 乳胶粉 可再分散乳胶粉  2020-07-29 山东戈麦斯化工有限公司

山东戈麦斯化工—羟丙基甲基纤维素、可再分散乳胶粉

可再分散乳胶粉与其他的无机胶凝材料(如水泥、熟石灰、石膏等)以及各种细骨料、细填料和其他添加剂(如甲基羟丙基纤维素醚、淀粉醚、纤维素纤维等)经物理混合配制成干粉砂浆,当将干粉砂浆加入水后进行搅拌,在亲水性的保护胶体以及机械剪切力的作用下,乳胶粉颗粒会快速的分散到水中,并足以是可再分散乳胶粉充分成膜。例如在干喷混凝土修补砂浆时,加油可再分散乳胶粉的干砂浆与水仅在喷嘴终处混合均0.1s的时间,便已喷射到施工面上,这已经足可以使可再分散乳胶粉得到充分的分散和成膜,在这早期混合阶段胶粉已经开始对砂浆的流变性以及施工性产生影响,由于胶粉的组成不同,乳胶粉本身的特性以及改性的不同,这种影响也就不同,有的有流变性的作用个,而有的则有增加触变性的作用。其影响的机理则来自多方面,有乳胶粉在分散时对水的亲和性带来的影响,有乳胶粉在分散后粘度不同而对砂浆含气量提高以及气泡分布带来的影响,有由于保护胶体带来的影响,有由于对水泥和谁带来的影响,有乳胶粉与其他添加剂的相互作用以及自身添加剂与其他添加剂相互作用带来的影响等,总之,使用不同的乳胶粉,则分别具有增加流动性,增加触变性、增加粘度等不同的作用。

一般认为,可再分散乳胶粉改善新拌砂浆和易性的机理是:乳胶粉通常是提高了砂浆含气量从而对新拌砂浆起到了润滑作用的,乳胶粉尤其是其保护胶体分散时对水的亲和以及随后的浆体粘稠度,提高哦啊了施工砂浆的内聚力,从而提高了和易性,含有乳胶粉分散液的新拌砂浆成型后,随着水分的三个层面上的减少,即基面的吸收、水硬性材料的反应消耗、面层的向空气挥发,树脂颗粒逐渐靠近,界面逐渐模糊,树脂逐渐相互融合,最终聚合成膜,最终成为连续的高分子薄膜这一过程主要是发生在砂浆的气孔以及固体的表面。

聚合物成膜的过程分为三个阶段。第一阶段,在初始乳液中聚合物颗粒以布朗运动的形式自由移动。随着水分的蒸发,颗粒的移动自然受到了越来越多的限制,水与空气的界面张力促使它们逐渐排列在一起。第二阶段,颗粒开始相互接触时,网络状的水分通过毛细管蒸发,施加于颗粒表面的高毛细张力引起乳胶球体的变形使它们融合在一起,剩余的水分填充在孔隙中,膜大致形成。第三阶段,最后阶段是聚合物分子的扩散形成真正的连续膜。在成膜过程中,孤立的可移动的乳胶颗粒固结为新的薄膜相,该薄膜具有较高的拉应力。显然,为了使可再分散乳胶粉能够再硬化沙浆内成膜 ,必须保证最低成膜温度(MFT)低于砂浆的养护温度。如果想使这一过程不可逆,即当聚合物膜再次遇水不会二次分散,可再分散乳胶粉的保护胶体——聚乙烯醇必须从聚合物膜的体系中分离出去。这在碱性的水泥砂浆体系不是难题,因为聚乙烯醇会被水泥水化生成的碱所皂化,同时石英材料的吸附作用使得聚乙烯醇逐渐从体系中分离,没有了亲水性的保护胶体,本身不溶于水的由可再分散乳胶粉一次分散所成的膜就可不但在干燥条件,也可在长期浸水的条件发挥作用。当然在非碱性体系中,如石膏或仅有填料的体系中,由于聚乙烯醇仍有部分存在于最终的聚合物膜中,影响到膜的耐水性,当这些体系不用于长期浸水的场合,以及聚合物仍然具有其特有的机械性能,可再分散乳胶粉仍可在这些体系中应用。

随着聚合物薄膜的最终形成,在固化的砂浆中形成了由无机于有机黏结剂结构的体系,即水硬性材料构成的脆硬性骨架,以及可再分散乳胶粉在间隙与固体表面成膜构成的柔性网络。由于乳胶粉形成的高分子树脂薄膜的拉伸强度得以增强、内聚力得以提高。由于聚合物的柔性,变形能力远高于水泥石刚性结构,砂浆的变形性能得以提高,分散应力的作用大幅度提高,从而提高了砂浆的抗裂能力。

随着可再分散乳胶粉掺量的提高,整个体系向塑料方向发展。在高乳胶粉掺量的情况下,固化后砂浆中的聚合物相逐渐超过无机水化产物相,砂浆将发生质的变化,变成弹性体,同时水泥的水化产物变成一种“填料”。同时,分布于界面上的可再分散乳胶粉经分散后的膜又形成了另一种关键的作用,即增加了对所接触材料的粘结性,这对于一些难粘的基面以及极低吸水或不吸水的表面(如光滑的混凝土及水泥材料的表面,钢板、铜质砖、木材或塑料等有机材料的表面)显得尤为重要,因为无机粘结剂对材料的粘结是通过机械嵌固的原理达到的,即水硬性的浆料渗透到其他材料的空隙中逐渐固化的,对上述难粘的表面,由于无法有效的渗透到材料内部形成良好的机械嵌固,使得仅有无机胶粘剂的砂浆无法达到有效的粘结效果。而聚合物的粘结机理则不同,聚合物是以分子间作用力与其他材料表面进行粘结,而不依赖于表面的空隙率(当然毛糙的基面与增大的接触面会提高粘结力),这一点在有机物基面的情况下表现得更为突出。同时,含有乙烯的可再分散乳胶粉对有机基面,尤其是同类的材料,如聚氯乙烯、聚苯乙烯等的粘结力更为突出,这更有利于聚合物改性干粉砂浆应用于聚苯乙烯板粘结与罩面。

采用可再分散乳胶粉改性后砂浆的抗拉强度、弹性、柔性和封闭性均有提高。掺和可再分散乳胶粉可使聚合物膜(乳胶膜)形成并构成孔壁的一部分,从而对砂浆的高孔隙构造起到了封闭的作用。乳胶膜具有自拉伸机制,可对其与砂浆锚接处施加拉力。通过这些内部作用力,将砂浆保持为一个整体,从而提高砂浆的内聚强度。高柔性和高弹性聚合物的存在改善了砂浆的柔性和弹性。屈服应力和破坏强度提高的机理如下:当施加作用力时,由于柔性和弹性的改善会使微裂缝推迟,直到达到更高的应力时才形成。此外,互相交织的聚合物区域对微裂缝合并为贯穿裂缝也有阻碍作用。因此,可再分散乳胶粉提升了材料的破坏应力和破坏应变。

聚合物改性砂浆中的聚合物膜对硬化砂浆具有十分重要的作用效果。分布于界面上的可再分散乳胶粉经分散、成膜又起到了另一种关键的作用,即增加了对所接触材料的黏结性。粉末聚合物改性瓷砖黏结砂浆与瓷砖界面区的微结构中,聚合物形成的膜在吸水率极低的玻化瓷砖与水泥砂浆基体之间形成了桥联。两种不同材料之间的接触区时收缩裂缝形成并导致黏结力损失的特殊高危区域。所以,乳胶膜使收缩裂缝得以愈合的能力对于瓷砖胶黏剂具有重要的作用。

可再分散乳胶粉的砂浆中的作用机理可归纳如下:
1、 可再分散乳胶粉在分散后成膜,可作为第二种粘结剂起发挥粘结增强的作用。
2、 可再分散乳胶粉在其保护胶体被砂浆体系吸收后,其成膜后的聚合物不会被水所破坏或二次分散。
3、 成膜后的聚合物树脂作为增强材料分布于整个砂浆中,从而增加了砂浆的内聚力
4、 可再分散乳胶粉在湿砂浆中的主要作用是提高施工性能,改善流动性能,增加触变与抗下垂性,改进内聚力,增强保水性。
5、 可再分散乳胶粉在砂浆固化后的主要作用是提高拉伸强度,增强抗弯折强度,减少弹性模量,提高可变性,增加材料的密实度,增进耐磨强度,提高内聚强度,降低碳化浓度,减少材料的吸水性,使材料具有憎水性。
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