“增粘剂”对纤维素醚在砂浆中应用性能的影响初探-山东戈麦斯化工有限公司

纤维素醚，特别是羟丙基甲基纤维素醚（HPMC）是商品砂浆中的重要组分。对于纤维素醚，其粘度是砂浆生产企业关注的重要指标，高粘度几乎成了砂浆行业的基本需求。对于国产纤维素醚生产企业，由于其技术、工艺和设备的影响，纤维素醚产品的高粘度很难长期保证。

引言

从 2003 年国产纤维素醚进入砂浆行业起，纤维素醚特别是羟丙基甲基纤维素醚（HPMC）的粘度就成为绕不开的问题，一方面从国产纤维素醚进入砂浆行业之初，在应用性能理解、产品稳定性、产品附加功能上无法与进口产品竞争，除了价格，唯一可宣传的亮点就是高粘度；另一方面，国产纤维素主要用精制棉作为原材料，在原材料聚合度上有先天优势，相对于国外的以木浆为原材料的产品也容易达到相对较高的粘度。虽然从砂浆应用技术角度来讲，高粘度对应用上没多少正面的帮助，但这个被国产纤维素醚生产企业倡导的概念已经在了干粉砂浆应用技术上留下了深深的印记，很难改变。纤维素醚的粘度成为砂浆企业关注的第一指标，需要高粘度也成为国内砂浆企业的基本要求。然而由于生产设备、工艺流程、生产技术上的先天不足，国产纤维素醚企业很难确保长期稳定地生产出高粘度的产品，而绝大多数的砂浆生产企业只想要高粘度产品，在此形势下，纤维素醚生产企业千方百计提高产品的粘度，于是“增粘剂”或称“提粘剂”应市而生。“增粘剂”或称“提粘剂”其实是一种交联剂，原理上是将纤维素醚的直链分子结构交联成网状，提高了纤维素醚水溶液中的空间位阻，从而使得纤维素醚水溶液测试时显示出高粘度，而其实际上是一种假粘度。

纤维素醚是作为保水剂、增稠剂和粘结剂用于砂浆产品中，对于砂浆体系的操作性能、湿粘性、可操作时间和砂浆的可施工方式都有着重要的影响。这些功能主要是通过纤维素醚分子与水分子形成氢键及纤维素醚分子的缠绕作用来完成的，而提粘剂的加入，实际上是占用了纤维素醚分子链上的部分氢键并减弱了纤维素醚分子缠绕作用，对于纤维素醚的保水作用和润湿能力是削弱的。砂浆厂家大多时是感觉不到这点，一方面国内的砂浆产品还比较粗糙，还没到仔细关注操作性能的阶段，另一方面是我们所选用的粘度远远高于技术上所需的粘度，这部分也补偿了保水能力上的损失，但在润湿性能上是有明显的损伤。生产工艺中含有提粘剂的纤维素醚对于砂浆的最终性能是有影响的，本文通过试验验证了正常工艺条件下的纤维素产品和生产工艺中添加增粘剂的纤维素醚产品应用于瓷砖胶中，经过不同条件养护后拉伸胶粘强度上的差异。

试验

1.1 原材料及仪器设备1.1.1 原材料

（1）水泥：山东山水水泥集团生产的山水牌 42.5 级普通硅酸盐水泥，其基本性能如表 1 所示。

（2）砂：山东本地河砂，2 种河砂（30～50 目中砂与 50～140目细砂）的粒径分布见图 1。

（3）纤维素醚：选用同一厂家生产的，取代度在同一范围、粘度为 130 Pa·s 左右的羟丙基甲基纤维素醚，生产过程中未添加增粘剂的样品与添加增粘剂的样品各 16 个样品。样品的主要技术指标如表 2 所示。

注：①粘度测试采用 Brookfield DV-II 型，测试指针为 7 号转速6 r/min；测试环境温度为 20℃。

1.1.2 主要仪器设备

拉伸胶粘强度采用天京天誉科技有限公司 LBY－Ⅵ型拉拔试验机进行测试，拉拔加荷速度为恒定的 250 N/s；凝结时间采用德国 FORM-TEST 自动维卡仪进行测试。

1.2 试验方法

1.2.1 试验方案

参考选用目前市场上典型的、最基本的瓷砖胶配方，为减少影响因素，不添加乳胶粉，保持其它组分及比例不变，仅变化纤维素醚种类，以对比纤维素醚对水泥基瓷砖胶拉伸胶粘强度的影响。配方各组分的具体配比见表 3。

1.2.2 性能测试方法

参照 JC/T 547—2005《陶瓷墙地砖胶粘剂》规定的相关方法进行试件的成型、养护和测试，以满足较好的工作性能为基础来确定拌和水量，加水拌和。本试验中，综合各方面条件，设置 23%的水量进行搅拌，在标准试验室条件（[ 23±2）℃，相对湿度（50±5）%]下成型。

测试瓷砖胶试件在不同养护条件下拉伸强度，包括拉伸胶粘原强度（28 d 标准条件养护），浸水后拉伸胶粘强度（7 d标准条件养护＋21 d 水养），20 min 开放时间拉伸胶粘强度和2 d 标准养护条件下的拉伸胶粘强度。

试验结果与分析

2．1 对早强性能的影响混凝土板基面上的拉伸胶粘强度，养护条件为标准实验室条件养护 48 h，这是对应粘结材料强度发展速度。实际使用中，使用方对于早期强度比较关注。

将 2 大类纤维素醚，各 16 个样品用按表 3 所列瓷砖胶配比成型试件，测试拉伸胶粘强度。将同类纤维素醚的拉伸胶粘测试数据放在一起，从统计学的角度来对比在混凝土基面上，生产工艺中有添加增粘剂与未添加增粘剂的纤维素醚对瓷砖胶早期拉伸胶粘强度的影响，试验结果见图 2。

从图 2 可见，生产工艺中添加增粘剂与未添加增粘剂的纤维素醚对于瓷砖胶早期拉伸胶粘强度的影响相差不大，均值上仅相差 5%左右，生产工艺中未添加增粘剂的纤维素醚表现略好，可以认为添加增粘剂的纤维素醚对瓷砖胶的早期拉伸胶粘强度影响较小。

2．2 对拉伸胶粘原强度的影响

将 2 大类纤维素醚，各 16 个样品按表 3 瓷砖胶配比成型试件，在标准实验室条件下养护 28 d，测试其在混凝土基面上的拉伸胶粘强度，将同类纤维素醚的拉伸胶粘强度的测试数据放在一起，从统计学的角度来对比生产工艺中有添加增粘剂与无添加增粘剂的纤维素醚对瓷砖胶 28 d 拉伸胶粘强度的影响，试验结果见图 3。

从图 3 可见，生产工艺中添加增粘剂与未添加增粘剂的纤维素醚对于瓷砖胶拉伸胶粘原强度的影响相差较大，采用生产工艺中添加增粘剂的纤维素醚瓷砖胶在 28 d 养护后的拉伸粘结强度比采用生产工艺中未添加增粘剂的纤维素醚的瓷砖胶高出 15%左右，工艺中添加增粘剂的纤维素醚，用于瓷砖胶中，拉伸胶粘强度高于生产工艺中未添加增粘剂生产的纤维素醚产品。初步分析，可能的影响因素为：生产工艺中添加了增粘剂纤维素醚在砂浆中更容易在砂浆表面成膜，形成的膜的韧性也会好于正常工艺条件下产品，相对来讲有更多的水分留在砂浆在表层，水泥的水化率相对较高，拉伸胶粘强度会相对较高。

2．3 对浸水后拉伸胶粘强度的影响

将 2 大类纤维素醚，各 16 个样品按表 3 所列瓷砖胶配比成型试件，养护条件为 7 d 标准实验室养护，然后在（20±2） ℃的水中养护 21 d，测试其在混凝土板基面上的拉伸强度。将同类纤维素醚的拉伸胶粘强度的测试数据放在一起，从统计学的角度来对比生产工艺中有添加增粘剂与无添加增粘剂的纤维素醚对瓷砖胶浸水后拉伸胶粘强度的影响，试验结果见图 4。

从图 4 可见，应用生产工艺中添加增粘剂的纤维素醚的瓷砖胶，浸水后的拉伸胶粘强度的影响比较大，从均值上相差15%左右；应用生产工艺中未添加增粘剂纤维素醚的瓷砖胶产品，其耐水强度明显好于生产工艺中添加增粘剂纤维素醚。可以认为正常生产工艺下的纤维素醚产品更有利于保证瓷砖胶的耐水拉伸胶粘强度。

2．4 对晾置 20 min 拉伸胶粘强度的影响

按表 3 瓷砖胶配比及 JC/T 547—2005 规定的方法成型测试晾置时间的试件，晾置时间为 20 min，试件在标准养护条件下养护 28d，测试其在混凝基面上的拉伸胶粘强度。将同类纤维素醚的拉伸胶粘强度的测试数据放在一起，从统计学的角度来对比生产工艺中添加增粘剂与未添加增粘剂的纤维素醚对瓷砖胶 20 min 晾置时间条件下的胶粘强度的影响，试验结果见图 5。

从图 5 可见，生产工艺中添加增粘剂与未添加增粘剂的纤维素醚对于瓷砖胶开放时间有较大的影响，从均值上相差了 50%左右，应用生产工艺中添加增粘剂纤维素醚的瓷砖胶，开放时间明显变差。从原理上分析，可能的影响因素为：生产工艺中添加了增粘剂纤维素醚，由于增粘剂的交联作用，由长链状分子变成网格状结构，使得其在砂浆中更容易在砂浆表面成膜，形成的膜的韧性也会好于正常工艺条件下产品，砂浆更快封皮，开放时间变差。

2．5 对凝结时间的影响

将 2 大类纤维素醚，各 16 个样品按表 3 瓷砖胶配比，固定加水量，用自动维卡仪测试瓷砖胶样品的凝结时间，试验结果见图 6。

从图 6 可见，生产工艺中添加增粘剂与未添加增粘剂的纤维素醚对于瓷砖胶的初凝和终凝时间都有延长。生产工艺中添加增粘剂的纤维素醚的缓凝作用强于正常工艺条件下未添加增粘剂的产品。

结语

增粘剂是部分纤维素醚厂家刻意在生产工艺中添加的材料，以弥补其生产技术、工艺和设备上的不足，砂浆行业对纤维素醚粘度过于关注给予的负面推动。增粘剂的存在，使得纤维素醚的长链状分子之间产生部分交联，变成网状，影响了纤维素醚成膜的速度与膜的状态，从而对纤维素醚在砂浆中的作用产生影响，最直观的影响是：各养护条件下的拉伸胶粘强度发生了变化；砂浆的凝结时间延长。（1）在标准养护条件下，生产工艺中添加增粘剂与未添加增粘剂的纤维素醚对瓷砖胶的拉伸胶粘强度有一定的影响，生产工艺中添加增粘剂的产品有相对较高的拉伸胶粘强度。

（2）耐水强度方面，采用生产工艺中添加增粘剂的纤维素醚，瓷砖胶的拉伸胶粘强度明显比正常生产工艺下未添加增粘剂的产品差，含增粘剂的纤维素醚影响瓷砖胶的耐水强度。

（3）晾置时间方面，生产工艺中有添加增粘剂的纤维素醚，用于瓷砖胶中，其拉伸胶粘强度明显差于正常生产工艺下未添加增粘剂的产品，开放时间缩短。

（4）凝结时间方面，选用正常生产工艺下未添加增粘剂的纤维素醚瓷砖胶有更快的固化速度。

综上，增粘剂的存在，其交联作用使得纤维素醚水溶液有更高空间位阻，这个在测试中表现为较高的粘度，但是增粘剂的存在影响了纤维素醚的很多重要的应用性能，如耐水强度、开放时间、润湿性能等。实际上，粘度只是纤维素醚性能指标中的一个，粘度对于纤维素醚的综合性能来讲不是最重要的指标，基团的种类、含量反而是砂浆厂家更应关注的重点。也是因为砂浆厂家过于关注粘度，促使部分纤维素醚生产企业通过外加材料来增粘，以迎合砂浆厂家的要求，而这类产品仅有一个较高的表观粘度，其综合性能是值得使用者关注的，而且，通过增粘形成的表观高粘也无法实现砂浆厂家期望的、但实际上不存在的“高粘度低掺量”理论。追求高质量、稳定质量的砂浆生产企业在选择砂浆中最重要的原材料———纤维素醚，需要了解一些背后的信息，这将有利于厂家开发高性能产品、保证产品稳定的质量。