可再分散乳膠粉對瓷磚粘結(jié)劑粘附性能的影響

許林峰　鐘保民

摘 要：可再分散乳膠粉具有極突出的粘結(jié)強度，可提高砂漿的柔韌性，賦予砂漿優(yōu)良的耐堿性、防水性、可塑性、耐磨性和施工性。本文研究了可再分散乳膠粉對水泥砂漿拉拔強度、熱循環(huán)后拉拔強度、凍融循環(huán)后拉拔強度、浸水后拉拔強度以及破壞方式的影響。結(jié)果表明：可再分散乳膠粉對水泥砂漿在不同處理條件下的拉伸強度和粘附強度有明顯的改善效果。

關鍵詞：瓷磚粘結(jié)劑；乳膠粉；拉拔強度；粘附強度

1 引言

陶瓷磚作為一種建筑表面裝飾材料，在家裝和工程裝飾方面具有廣泛的應用。但是，隨著陶瓷磚的瓷化程度越來越高，對膠粘材料的性能要求也越來越高。而傳統(tǒng)的普通水泥砂漿，粘附能力不夠強，容易在瓷磚和砂漿的界面出現(xiàn)空鼓剝離現(xiàn)象，導致瓷磚脫落[1， 2]。因此，開發(fā)價格便宜、操作簡便的瓷磚粘結(jié)劑具有重要的實用意義。

目前廣泛應用的瓷磚粘結(jié)材料依然是高分子聚合物改性的水泥基復合材料。這種材料既保留了水泥砂漿穩(wěn)定的物化性能，又具有優(yōu)異的粘附性、施工性、保水性、抗熱耐凍等性能。以有機聚合物為添加劑的水泥基瓷磚膠產(chǎn)品在市場上有很多，其中有不少知名品牌。但是，即使采用瓷磚膠對瓷磚進行鋪貼，如果型號選擇不合適，依然存在脫落的風險。因為對于一些瓷化程度很高（吸水率< 0.1%）、規(guī)格較大的瓷磚，一般的瓷磚膠還是無法完全滿足粘貼要求。關于采用有機聚合物改善水泥砂漿性能的文獻報道也有不少，但很少有人對其進行系統(tǒng)的研究[3-7]。

本文系統(tǒng)探究了可再分散乳膠粉對水泥砂漿性能的影響，從而對可再分散乳膠粉的作用有一個系統(tǒng)的認識。本研究對瓷磚粘結(jié)砂漿生產(chǎn)過程中成本和性能的優(yōu)化設計具有重要的指導意義。

2 實驗內(nèi)容

2.1 實驗原料

本實驗所用原料如下：

（1） 水泥：海螺牌 32.5R水泥；

（2） 石英砂：99.8%，全部通過40 目篩；

（3） 羥丙基甲基纖維素（HPMC）：河南天禾新型建筑材料有限公司；

（4） 可再分散乳膠粉：德國瓦克5044N可再分散乳膠粉；

（5） 淀粉醚：河南天禾新型建筑材料有限公司；

（6） 減水劑：自配復合減水劑；

（7） 木質(zhì)短纖維：上海臣啟化工科技有限公司。

2.2 樣品制備及測試

（1）原料配比

1）基料配比：水泥40%，石英砂60%；

2）添加劑：HPMC 0.4%、膠粉0～4%、淀粉醚0.1%、減水劑0.5%、木質(zhì)短纖維：0.3%，均按基料計算；

3）水：28%，按基料計算。

（2）瓷磚樣品制備

將正常生產(chǎn)的600 mm×600 mm瓷磚切割成10 mm×10 mm的小樣備用，樣品的吸水率< 0.1%。砂漿涂覆前需將瓷磚小片粘貼表面的水或灰塵用濕抹布擦干凈。

（3）砂漿制備

將水泥、石英砂、HPMC、膠粉、淀粉醚、減水劑和木質(zhì)短纖維按比例均勻混合，然后加入水，均勻攪拌，靜置

10 min待用。

（4）砂漿涂覆

將砂漿均勻涂覆在切割好的瓷磚上，厚度控制在4 mm左右。然后將涂覆好的樣品在室內(nèi)條件下養(yǎng)護24天。

（5）熱循環(huán)、凍融循環(huán)、浸水處理

熱循環(huán)：將在室內(nèi)條件下養(yǎng)護24天的樣品，置于

80 ℃烘箱中4 h。然后冷卻到室溫，接著繼續(xù)于80 ℃處理4 h，如此循環(huán)5次。

凍融循環(huán)：將在室內(nèi)條件下養(yǎng)護24天的樣品，置于

-18 ℃凍箱中4 h。然后自然升溫到室溫，接著于-18 ℃繼續(xù)處理4 h，如此循環(huán)5次。

浸水處理：將在室內(nèi)條件下養(yǎng)護24天的樣品，浸沒在水中7天。然后將樣品擦干，置于50 ℃烘箱中干燥24 h。

2.3 樣品測試

采用拉拔儀（PosiTest AT-M Manual Adhesion Tester）分別對養(yǎng)護24天后的樣品，以及經(jīng)熱循環(huán)、凍融循環(huán)、浸水處理的樣品進行測試。測試過程如下：

（1）在水泥砂漿表面切出一個圓圈，需徹底切開，深入到瓷磚表面；

（2）將拉拔圓盤用云石膠固定在切開的圓圈砂漿表面，將樣品置于50 ℃烘箱中固化10 min；

（3）用拉拔儀將圓盤緩慢拔起，記錄數(shù)據(jù)，每種試樣測試10個樣品。

2.4 數(shù)據(jù)處理

計算10個數(shù)據(jù)的平均值，舍去超過平均值±20%的數(shù)據(jù)。若剩余的數(shù)據(jù)超過5個，則求剩余數(shù)據(jù)的平均值。若剩余的數(shù)據(jù)少于5個，則重新試驗。

3 實驗結(jié)果

3.1 膠粉添加量對拉拔強度的影響

圖1為膠粉添加量對樣品拉拔強度的影響。從圖1可以看出，添加膠粉的樣品，拉拔強度有明顯提高，強度提高超過10%。但是，隨著膠粉添加量的增加，拉拔強度沒有顯著的變化。

圖2為膠粉添加量對樣品熱循環(huán)后拉拔強度的影響。從圖2可以看出，未添加膠粉的樣品，經(jīng)歷熱循環(huán)后，其拉拔強度相比于原拉拔強度降低了約30%（對比圖1可知）。而添加膠粉的樣品，在經(jīng)歷熱循環(huán)后，拉拔強度沒有明顯的降低，甚至出現(xiàn)增加的現(xiàn)象。同時，隨著膠粉添加量的增加，拉拔強度沒有明顯地變化。

圖3為膠粉添加量對樣品凍融循環(huán)后拉拔強度的影響。從圖3可以看出，未添加膠粉的樣品，經(jīng)歷凍融循環(huán)后，其拉拔強度相比原拉拔強度降低了約10%。而添加膠粉的樣品，在經(jīng)歷凍融循環(huán)后，拉拔強度也有明顯的下降。有些樣品的拉拔強度比未添加膠粉的樣品下降的幅度還大。甚至隨著膠粉添加量的增加，出現(xiàn)輕微下降的趨勢。

圖4為膠粉添加量對樣品浸水后拉拔強度的影響。從圖4可以看出，未添加膠粉的樣品浸水后，其拉拔強度相比于原拉拔強度變化不大。對于添加膠粉的樣品，當膠粉添加量較少時，拉拔強度相比于原拉拔強度有所下降。而當添加量超過1%時，拉拔強度出現(xiàn)顯著的增加。且隨著膠粉添加量的增加，拉拔強度增加的幅度越來越大。

3.2 膠粉添加量對粘附性能的影響

實際上，拉拔強度的測試數(shù)據(jù)并不能真實地反映瓷磚粘結(jié)劑的粘附性能。因為本研究中拉拔強度的數(shù)據(jù)來源于兩個方面：一是瓷磚粘結(jié)劑的拉伸強度，與粘結(jié)劑材料本身的強度有關；二是瓷磚粘結(jié)劑的粘附強度，與材料的粘附性能有關。如果瓷磚粘結(jié)劑的粘附強度高于拉伸強度，那么測試樣品的破壞方式為表面或中間斷裂，如圖5（a）所示。如果瓷磚粘結(jié)劑的拉伸強度高于粘附強度，那么測試樣品的破壞方式為整體剝離，如圖5（b）所示。所以在考察瓷磚粘結(jié)劑的粘附性能時，應綜合考慮拉拔強度和破壞方式。

表1統(tǒng)計了不同膠粉添加量樣品經(jīng)拉拔后的破壞方式。由表1可知，在未經(jīng)處理的條件下，未添加膠粉的樣品，有50%發(fā)生剝離破壞。而添加膠粉的樣品，從添加量0.1%～4%，全部發(fā)生表面斷裂。說明在拉拔強度相近的情況下，添加膠粉的樣品，其粘附性能比未添加膠粉的樣品要好。

經(jīng)凍融循環(huán)5次后，未添加膠粉的樣品有10%發(fā)生剝離破壞。而添加膠粉的樣品，從添加量0.1%～4%，全部發(fā)生表面斷裂。未添加膠粉的樣品，經(jīng)凍融處理后，發(fā)生剝離破壞的概率下降了。出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因為經(jīng)過凍融處理后，瓷磚粘結(jié)劑的拉伸強度下降了，導致容易發(fā)生表面斷裂。

經(jīng)熱循環(huán)5次后，未添加膠粉的樣品，100%發(fā)生剝離破壞，說明熱循環(huán)對瓷磚粘結(jié)劑的粘附性能有顯著的影響；而添加膠粉的樣品，經(jīng)歷熱循環(huán)后，也會發(fā)生剝離破壞。但是，發(fā)生剝離的概率隨著膠粉添加量的增加而減小，說明添加膠粉可以改善瓷磚粘結(jié)劑的耐熱性能。

浸水7天后，未添加膠粉的樣品，30%發(fā)生剝離破壞。而添加膠粉的樣品，當添加量為0.1%和0.3%時，10%發(fā)生剝離破壞。繼續(xù)增加膠粉的用量，發(fā)生表面斷裂破壞。但是，當膠粉的添加量大于1%時，樣品又開始出現(xiàn)剝離破壞。并且當膠粉添加量超過2%時，樣品發(fā)生剝離破壞的概率超過50%。說明經(jīng)過浸水處理后，樣品的拉伸強度超過其粘附強度。

4 分析與討論

由實驗結(jié)果可知，未經(jīng)處理的樣品，以及經(jīng)熱循環(huán)和凍融循環(huán)的樣品，添加膠粉對樣品的拉拔強度都有一定的改善。但是，隨著膠粉添加量增加，樣品的拉拔強度并沒有出現(xiàn)顯著的增加。對于經(jīng)凍融循環(huán)的樣品，拉拔強度甚至出現(xiàn)輕微的下降。如果只根據(jù)這個結(jié)果來分析，通過添加膠粉改善瓷磚粘結(jié)劑的粘附性能，似乎意義不大。但是，結(jié)合樣品的破壞方式可以看出，未添加膠粉的樣品，主要發(fā)生的是剝離破壞。這種情況下，粘附強度等于拉拔強度；而添加膠粉的樣品，主要發(fā)生的是表面斷裂破壞。這種情況下，粘附強度要高于拉拔強度。說明添加膠粉后，樣品的粘附性能大大提高了。而樣品發(fā)生表面斷裂主要是由于水泥的拉伸強度太低，而粘附強度較高引起的。

對于浸水處理的樣品，發(fā)生破壞的方式與其它的樣品明顯不同。當膠粉的添加量小于1%時，破壞方式的變化趨勢與其它的樣品相同。但是當膠粉的添加量超過1%時，樣品發(fā)生剝離破壞的趨勢大大增加。這個現(xiàn)象并不能說明膠粉的添加量增加后，樣品的粘附能力下降了。結(jié)合圖4的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，膠粉的添加量增加后，拉拔強度增加，并且隨著膠粉添加量的增加，拉拔強度的增加幅度很顯著。這說明隨著膠粉添加量的增加，樣品的粘附強度增加。樣品之所以發(fā)生剝離，是因為此時瓷磚粘結(jié)劑的拉伸強度高于粘附強度。同時也可以說明，添加膠粉的瓷磚粘結(jié)劑經(jīng)浸水后，拉伸強度有顯著的提高。

5 結(jié)論

（1）膠粉的添加量不小于0.1%時，就可以有效地改善水泥基瓷磚粘結(jié)劑的原粘附強度，尤其是經(jīng)過熱循環(huán)處理的樣品，粘附強度有較明顯增加；

（2）經(jīng)浸水處理的樣品，添加膠粉后，粘附強度大大增加，而拉伸強度的增加幅度更大；

（3）對于經(jīng)凍融循環(huán)的樣品，膠粉對拉拔強度的增加沒有明顯的改善效果，但是樣品的粘附強度均高于拉伸強度。

參考文獻

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