以VAE乳液－707為主要原料，利用噴霧干燥設(shè)備制備了可再分散乳膠粉。用激光粒度分析儀對(duì)可再分散乳膠粉的再分散性進(jìn)行了研究，并用綜合熱分析儀進(jìn)行了差熱分析，證明噴霧干燥不會(huì)破壞VAE的分子結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)證明，可再分散乳膠粉對(duì)砂漿的力學(xué)性能和耐久性能都有顯著的改善。

0 前言

    可再分散乳膠粉的研究始于1934年德國(guó)的聚醋酸乙烯（pVAC）類可再分散乳膠粉和二戰(zhàn)中日本的粉末乳膠。但由于可再分散乳膠粉的可再分散性、zui低成膜溫度、耐水性和耐堿性等性能的局限，其使用受到了較大限制。直到20世紀(jì)60年代，zui低成膜溫度為0℃、有較好耐水性和耐堿性的可再分散乳膠粉被開(kāi)發(fā)成功后，才使其獲得廣泛應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)對(duì)可再分散乳膠粉的研發(fā)總體上還處于起步階段，市場(chǎng)上的可再分散乳膠粉基本上依賴國(guó)外進(jìn)口，而且價(jià)格較高，影響了可再分散乳膠粉的推廣與應(yīng)用。我們采用噴霧干燥法制備了醋酸乙烯酯－乙烯共聚物（VAE）類可再分散乳膠粉并已經(jīng)中試生產(chǎn)，產(chǎn)品在工程中應(yīng)用取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

1 試驗(yàn)

    1.1 噴霧試驗(yàn)原材料及設(shè)備

    原料：VAE乳液－707；抗粘結(jié)劑，如碳酸鈣、黏土、二氧化硅、*、硅灰石粉、高嶺土等，以上原材料均為市售工業(yè)品，無(wú)其它特殊要求；保護(hù)膠體：非*類，實(shí)驗(yàn)室合成。噴霧干燥設(shè)備：濟(jì)南奧諾能源科技有限公司生產(chǎn)的小型噴霧干燥機(jī)，為二流體氣流式噴嘴，適用于小試和中試階段物料的直接干燥。

    1.2 砂漿性能試驗(yàn)原材料

    水泥：p?O32.5水泥、基準(zhǔn)水泥；標(biāo)準(zhǔn)砂：符合GB/T17671-1999要求；中黃砂：細(xì)度模數(shù)2.36，符合JGJ52-92要求；水：自來(lái)水。

    1.3 可再分散乳膠粉的制備

    噴霧乳液的組成為：VAE乳液50%-60%，保護(hù)膠體10%-20%，抗粘結(jié)劑4%-6%，加入水?dāng)嚢杌旌暇鶆颍毯靠刂圃?0%。利用噴霧干燥試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行噴霧干燥，控制熱風(fēng)進(jìn)口溫度為150-190℃，出口溫度為50-60℃。當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，開(kāi)始進(jìn)料，進(jìn)料速度必須由低到高逐步調(diào)節(jié)，流量調(diào)節(jié)適當(dāng)，一直調(diào)節(jié)到出口溫度符合要求、穩(wěn)定為止。噴出的產(chǎn)品即為NC－V可再分散乳膠粉。

2 可再分散乳膠粉的性能

    2.1 再分散性

    乳液分散體中乳膠粒子的直徑在數(shù)微米左右，在噴霧干燥過(guò)程中，乳膠粒子會(huì)凝聚，因此通常可再分散乳膠粉的粒徑為10-500um。可再分散乳膠粉再分散后，再分散液的乳膠粒子粒徑分布是可再分散乳膠粉的主要質(zhì)量指標(biāo)之一，它決定了可再分散乳膠粉的黏合能力和作為添加劑的各種效果。因而，要選用適當(dāng)?shù)姆稚⒑透稍锓椒ǎM量使再分散液的粒子粒徑與原來(lái)乳液的粒子粒徑有相同的分布，以保證再分散液與原來(lái)乳液的性質(zhì)相近。用JＬ9200型高分辨率激光粒度分析儀，分別測(cè)試VAE乳液、可再分散乳膠粉再分散液、抗粘結(jié)劑的粒徑分布，結(jié)果見(jiàn)圖1和圖2。

    由圖1和圖2可以看出，可再分散乳膠粉再分散液的粒徑分布主要受抗粘結(jié)劑的粒徑分布的影響。在噴霧干燥過(guò)程中，用平均粒徑為13.5um的抗粘結(jié)劑生產(chǎn)的可再分散乳膠粉，溶于水后的平均粒徑為14.2um；用平均粒徑為1.9um的抗粘結(jié)劑生產(chǎn)的可再分散乳膠粉，溶于水后的平均粒徑為2.0um，其再分散液的粒徑分布與VAE乳液的粒徑分布相近。由此可見(jiàn)，在噴霧干燥工藝中基本沒(méi)有引起分散液乳膠粒子的二次團(tuán)聚，從而使得制備的乳膠粉具有較好的粒徑還原性。因此，在生產(chǎn)中，要盡量選用粒徑小的抗粘結(jié)劑，這樣，可再分散乳膠粉在水中再分散后，再分散液的粒徑分布更接近于原來(lái)的乳液，以保證可再分散乳膠粉與原來(lái)乳液的性質(zhì)相近。
    由圖3可以看出，可再分散乳膠粉與VAE乳液的DTA和TG曲線線形相近。在230℃以下基本上沒(méi)有質(zhì)量損失，在570℃左右有一個(gè)明顯的氧化分解放熱峰。由此可見(jiàn)，在生產(chǎn)可再分散乳膠粉時(shí)，進(jìn)風(fēng)溫度控制在150-190℃，不會(huì)造成VAE的分解或化學(xué)變化。

    2.3可再分散乳膠粉的物理性能（見(jiàn)表1）

    由表1可以看出，與國(guó)外同類產(chǎn)品相比，NC－V可再分散乳膠粉的物理性能，如堆積密度、含水率、灰分、pH值和細(xì)度等都相差不多。

3 可再分散乳膠粉改性砂漿的性能

    可再分散乳膠粉摻入水泥砂漿中，具有一定的減水作用，減水率隨著聚灰比的增大而增大。而且由于聚合物與水泥形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)了骨料之間的粘結(jié)，堵塞了砂漿內(nèi)的部分孔隙，所以硬化后的聚合物改性砂漿的各項(xiàng)性能都比普通砂漿好。

    3.1 抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)按GB/T17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》（ISO法）進(jìn)行，聚灰比為0-0.1，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。
 由表2可以看出，在固定膠砂流動(dòng)度條件下，由于可再分散乳膠粉的減水作用，隨著聚灰比的增大，水膠比減小，抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度都呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。

    3.2 粘結(jié)強(qiáng)度可再分散乳膠粉對(duì)改性砂漿粘結(jié)強(qiáng)度的影響見(jiàn)表3。試驗(yàn)選用p?O32.5水泥、河砂，m（水泥）∶m（砂）∶m（水）＝1∶2∶0.4

    表3可再分散乳膠粉對(duì)改性砂漿粘結(jié)強(qiáng)度的影響

    可再分散乳膠粉對(duì)改性砂漿粘結(jié)強(qiáng)度的影響

    由表3可以看出，只要在入少量的可再分散乳膠粉，就可以明顯改善砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度。在聚灰比為0.01時(shí)，7D的粘結(jié)強(qiáng)度比空白砂漿28D的粘結(jié)強(qiáng)度還要高。隨著聚灰比的增加和齡期的增長(zhǎng)，粘結(jié)強(qiáng)度持續(xù)增長(zhǎng)。而且，在VAE乳液摻量為聚灰比0.073（折合成固體含量為0.04）時(shí)，與可再分散乳膠粉摻量為聚灰比0.04的砂漿相比，粘結(jié)強(qiáng)度接近；而且由于選擇了合適的保護(hù)膠體，雖然可再分散乳膠粉中VAE的有效含量降低，但是與VAE乳液相比，粘結(jié)強(qiáng)度并沒(méi)有降低。

    3.3 其它力學(xué)性能（見(jiàn)表4）

    表4可再分散乳膠粉改性砂漿的其它性能

    可再分散乳膠粉改性砂漿的其它性能

    由表4可見(jiàn)：（1）與基準(zhǔn)砂漿相比，可再分散乳膠粉改性砂漿的48H吸水量比大大降低，透水壓力比顯著提高。聚灰比為0.06時(shí)，可達(dá)到JC474-1999《砂漿、混凝土防水劑》一等品的要求。（2）可再分散乳膠粉可以顯著改善砂漿的抗氯離子滲透性能，聚灰比為0.06時(shí)，與空白砂漿相比，7D氯離子擴(kuò)散系數(shù)降低了72.4%，28D氯離子擴(kuò)散系數(shù)降低了72.9%，而且隨著聚灰比的增大和齡期的增長(zhǎng)，氯離子擴(kuò)散系數(shù)呈降低的趨勢(shì)。（3）可再分散乳膠粉可以顯著改善砂漿的抗凍融循環(huán)性能，而且隨著聚灰比的增大，抗凍融循環(huán)性能逐漸提高。基準(zhǔn)砂漿凍融循環(huán)150次，相對(duì)動(dòng)彈性模量損失已經(jīng)達(dá)到55.46%；而聚灰比大于0.04的改性砂漿，凍融循環(huán)可達(dá)300次以上。

    3.4 對(duì)硬化水泥漿體孔結(jié)構(gòu)的影響

    壓汞法是研究硬化水泥漿體孔隙率及孔徑分布的主要方法。我們用壓汞法測(cè)試未摻可再分散乳膠粉的空白試樣和聚灰比分別為0.04、0.08的對(duì)比試樣，結(jié)果見(jiàn)圖4。試驗(yàn)所用水泥為基準(zhǔn)水泥，水膠比為0.3。從圖4可以看出，隨著聚灰比的增大，總孔隙率增大，空白試樣的總孔隙率為12.1%，聚灰比為0.04試樣的總孔隙率為14.7%，聚灰比為0.08試樣的總孔隙率為19.1%。加入可再分散乳膠粉后，明顯改變了水泥凈漿的孔徑分布。雖然隨著可再分散乳膠粉摻量的增加，總孔隙率提高，但是增加的孔主要是10-30Nm的細(xì)孔，所以砂漿宏觀的物理性能表現(xiàn)為改性砂漿的抗?jié)B性能、抗氯離子滲透性能和抗凍融循環(huán)性能得到明顯改善，吸水量也大大降低。

4 工程應(yīng)用

    用普通混凝土或砂漿作為修補(bǔ)材料時(shí)，與舊混凝土的粘結(jié)性能差，通常不能滿足要求，所以聚合物改性砂漿和混凝土在混凝土結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)中成為一種非常重要的材料。用NC－V可再分散乳膠粉配制的聚合物改性修補(bǔ)砂漿在臨沂天元混凝土工程有限公司修補(bǔ)路面的工程中應(yīng)用，施工配合比為m（水泥）∶m（砂）∶m（NC－V可再分散乳膠粉）∶m（水）＝1∶2∶0.04∶0.4。養(yǎng)護(hù)7D后，對(duì)修補(bǔ)砂漿進(jìn)行鑿除檢查，結(jié)果鑿除的砂漿普遍能粘下舊混凝土，這說(shuō)明用NC－V可再分散乳膠粉配制的改性砂漿粘結(jié)性能非常好。至今工程狀況良好，沒(méi)有出現(xiàn)砂漿脫落和裂縫現(xiàn)象。

5 結(jié)語(yǔ)

    通過(guò)試驗(yàn)確定了生產(chǎn)可再分散乳膠粉的配比及工藝參數(shù)：VAE乳液50%-60%，保護(hù)膠體為10%-20%，抗粘結(jié)劑4%-6%，加入水?dāng)嚢杌旌暇鶆颍毯靠刂圃?0%。熱風(fēng)進(jìn)口溫度為150-190℃，出口溫度為50-60℃。生產(chǎn)出的NC－V可再分散乳膠粉性能與國(guó)外同類產(chǎn)品相近。

    通過(guò)對(duì)VAE乳液和可再分散乳膠粉進(jìn)行差熱分析，發(fā)現(xiàn)它們的DTA和TG曲線線形相近，在230℃以下基本上沒(méi)有質(zhì)量損失，在570℃左右有一個(gè)明顯的氧化分解放熱峰。由此可見(jiàn)，在生產(chǎn)可再分散乳膠粉時(shí)，不會(huì)造成聚合物的分解或化學(xué)變化。

    在保持膠砂流動(dòng)度不變的條件下，由于可再分散乳膠粉的減水作用，隨著聚灰比的增加，水膠比降低，抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。可再分散乳膠粉可明顯改善水泥凈漿的孔結(jié)構(gòu)，雖然隨著聚灰比的增大，總孔隙率提高，但是增加的孔主要是直徑為10-30Nm的細(xì)孔，所以砂漿的抗?jié)B性能和抗凍性能明顯提高。與不摻可再分散乳膠粉的基準(zhǔn)砂漿相比，可再分散乳膠粉改性砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度要高得多，而且抗?jié)B性、抗氯離子滲透性能、抗凍融循環(huán)性能等耐久性能也得到明顯的改善。

    工程應(yīng)用表明，生產(chǎn)的NC－V可再分散乳膠粉的再分散性和粘結(jié)性能良好，今后將進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

可再分散乳膠粉的實(shí)驗(yàn)研究及工程應(yīng)用