单组分高强度耐水腻子的研制
摘要 : 优选可再分散聚合物胶粉、水泥、填料、多功能助剂，制得了单组分高强度耐水腻子，可作为高性能外墙涂料的配套产品。讨论了影响腻子性能的各种因素。
关键词 : 单组分腻子 ; 耐水腻子 ; 高强度腻子 ; 高性能外墙涂料
0 引言
建筑涂料在涂料工业中占有很重要的地位，近年来，获得了迅速的发展，其品种不断增多，产量逐年增大。目前，我国建筑涂料已被列人国家“新型建筑材料”的范畴，每年有 109 时以上的工业及民用建筑的基建规模和大量的维修工程。随着人们对建筑涂料优势的认识的不断深化，外墙涂料的需求量将会剧增。但目前我国的建筑涂料经常出现起泡、脱皮等弊病，严重影响了涂料对建筑物的保护和装饰性能乙"，。造成涂膜破坏的主要原因有 2 个 : 一是涂料的质量问题 ; 二是底材处理不当。实践表明， 70% 以上的涂装失败与底材处理不当有关。腻子作为一种待涂装表面预处理的材料已经得到广泛应用，其不仅可平整、修补建筑物表面，而且质量优良的腻子还会大大增强涂料对建筑物的保护和装饰性，延长涂层的使用寿命，是高性能建筑涂料，尤其是外墙涂料不可缺少的配套产品〔 2l 。因此，不仅应该重视高性能涂料的研制，也应该重视其配套腻子的开发，尤其要加强高性能外墙涂料用腻子的研发和推广应用。
腻子是以有机高分子聚合物或无机高分子物质为粘结剂，加人触变剂、消泡剂、颜填料等配制而成的 [3", 。根据包装方式，腻子可分为单组分和双组分 2 种类型。单组分腻子既可以是干粉形式的，也可以是湿态的 ; 而双组分腻子则由粉料和液料组成，在使用前混合。单组分干粉腻子在生产、运输、贮存、施工等方面具有明显的经济、技术和环保上的优势，已成为人们最为青睐的一种腻子。本文研究影响腻子性能的各种因素，制备一种可与高性能外墙涂料配合使用的单组分高强度耐水腻子，以增强涂料对建筑物的保护和装饰性，延长涂料的耐久性。
1 实验部分
1.1 原材料
可再分散乳胶粉 : 罗门哈斯公司的 Drycryl DP - 2904 , Rovace DP 一 87; 威凯化学品公司的 RE 5010N 、 RI 551 Z 、 RI 554Z,
膨润土 : 浙江丰虹化工有限公司的 SM 一 HV; 德 国南方化学公司的 Optibent 602; 华特集团的 BP - 188 。
石英砂 : 广州新余化工有限公司产品。
水泥 : 广西桂荣矿业公司及广州水泥厂产品。
1.2 实验配方
水泥 ( 白水泥和普通水泥 ):425 号或 525 号， 20% 一 50%;
石英砂 :100 一 325 目， 20% 一 40%;
重质碳酸钙 :15 。一 200 目， 20% 一 50%;
增稠剂 : 工业品，固体粉末， 0.1% 一 0.5%;
触变剂 : 工业品， 0.1% 一 0.6%;
消泡剂 : 工业品，固体粉末， 0.1% 一 0.3%;
多功能助剂 : 工业品 ,0. 1% 一 0.8%;
可再分散聚合物胶粉 : 工业品， 1.0% 一 8.0% 。
1.3 制备及施工
在混合搅拌机中先加人用量较大的原料，后加入用量较少的原料，混合搅拌 30 一 60 min ，直至各种原料混合均匀，然后包装，即得腻子产品。
在施工前，按粉料 : 水 =3 - 4:1 的比例，先在容器中注人清水，再加人粉料腻子，然后用机械搅拌器将其搅拌成均匀的糊膏状物，即可使用。
施工前，应除去墙体表面油渍、污垢、粉尘及松动物质，确保表面洁净和牢固。然后用刮刀等刮涂工具用力将调制好的腻子刮涂在墙面上。一般刮涂 2 道，待第一道刮涂后 4h ，再批刮第二道。刮涂的厚度控制在 0.7 一 1. 6 mm 。施工 24 h 后可打磨。一般至少要 48 h 后方可涂刷各种涂料。
1.4 性能检测
根据“建筑室内用腻子” ( JC/T 3049-1998) 标准，检验腻子的耐水性、耐碱性、打磨性、粘结强度、收缩性等性能;
触变比的测定 : 采用美国 Brookfield Engineering Laboratories 公司的 BROOKFIELD 一 11 型流变仪测定 ( 4" 转子， 25"C ); 触变比定义为转速 6 r/min 时的粘度与转速 60 r/min 时的粘度的比值。
干燥时间的测定 : 腻子刮涂厚度为 1. 2 mm; 干燥温度 2590 ，相对湿度 55% 。
研制的腻子性能检测结果见表 to
表 1 研制的腻子性能检测结果
检测项日技术指标检测结果
在容器中状态无结块，均匀无结块，均匀
施工性刮涂无障碍刮涂无障碍
表干时间 /h 0.50 1.20
浸水后 >0.30 0.91
2 结果与讨论
2.1 可再分散聚合物胶粉的影响
可再分散聚合物胶粉是聚合物乳液经喷雾于燥所得的分散体。在干态下，它与组成腻子的其他粉末组分 (如颜填料、各种助剂等) 在机械力的作用下，形成均匀的混合体 ; 在调制腻子浆料时，这些胶粉会分散到水中形成稳定的乳液，且其物理和化学性质与原来的乳液相同，其主要作用是粘结颜填料及底材，赋予腻子理想的粘结强度。不同用量的聚合物胶粉 A,C 对腻子粘结强度的影响见图 。
I 一聚合物胶粉 A;2- 聚合物胶粉 C
图 1 可再分散聚合物胶粉对腻子粘结强度的影响
由图 1 可见，随着聚合物胶粉 A,C 用量的增大， 腻子的粘结强度呈现增大的趋势，当其用量超过 3.5% 时，腻子粘结强度的增幅减小，而且随着胶粉用量的增加，腻子的成本增大，施工性也变差。聚合物 胶粉的用量以 3.5% 为宜。
2.2 水泥的影响
水泥是单组分腻子的重要组分，是赋予腻子高粘 结强度的重要原料。在水的作用下，水泥通过碱骨料 反应形成具有网状结构的涂层〔 41 。在其他条件不变的情况下，不同型号和用量的水泥对腻子性能的影响见图 20
20 25 30 35 40 45 50
水泥用量 /%
1-525 号水泥 ;2-425 号水泥 ;3 一白水泥
图 2 水泥对腻子性能的影响
由图 2 可见，随着水泥用量的增加，腻子的粘结强度呈现增大的趋势 ; 在相同的用量下，白水泥比普通水泥的粘结强度低 ;425 号水泥比 525 号水泥的粘结强度小 ; 当水泥用量超过 35% 时，腻子的粘结强度增大趋慢， 525 号水泥甚至出现下降的趋势。此外，如果水泥用量过大，则所得腻子对底材的附着力降低，且涂层易开裂。综合考虑各种因素，选取用量为35% 的 525 号水泥。
2.3 填料的影响
填料是腻子的重要组成部分。常用的填料有石英砂和重质碳酸钙等。重钙价廉，性能稳定，填充性好，可增加腻子的体质，且其吸油量较小，只需较少的聚合物用量就可获得粘结强度适宜的腻子，是使用最为广泛的一种填料。但单独采用重钙作为填料所得的腻子硬度不够理想，耐水性和耐候性也有待提高。
石英砂具有耐候性优良、硬度高、耐水性好、吸油量低等特点，如果将其与重钙配用，则可获得质优价廉的腻子产品。固定其他条件，考察不同的重钙 / 石英砂 (150 目 ) 配比对腻子性能的影响，见表 20
表 2 重钙 / 石英砂配比对腻子性能的影响
重钙 / 石英砂配比
检测项目—
50/20 40/20 30/30 20/30 20/40
施工性优良良良一般
耐候性较差一般良优优
耐水性良优优优优
粘结强度较低一般高高高
由表 2 可见，重钙 / 石英砂配比大时，调制后腻子的施工性好，刮涂容易，不拉毛，但腻子的耐候性差，粘结强度低 ; 随着重钙 / 石英砂配比降低，腻子的耐候性及粘结强度均有所提高，但填充性及施工性变差。综合考虑腻子的各项性能，重钙 / 石英砂配比以 30/30 为宜。
2.4 多功能助剂的影响
试验用的多功能助剂 DF 一 1 对腻子的粘结强度、收缩性、表干时间及触变性等性能的影响见表 30
由表 3 可见，随着 DF 一 1 用量的增大，腻子的粘结强度增大，触变比增大，收缩性降低，但腻子的干燥时间延长，施工不便。此外，使用 DF 一 1 的腻子层具有优良的抗开裂性，这对较厚的腻子层尤为重要。 DF 一 1 的性能与它的组成及结构有关
F 一 1 是一种粉末状的纤维素醚，不溶于水，但分散在水中后，能够借助于其聚合物链上的经基而形成氢键，构成特有的三维网状结构，水分能够较长时间“陷人”其中而不易挥发。因此使用 DF 一 1 的腻子抗开裂性强、收缩性低、粘结性强，但如果 DF 一 1 用量过大，涂层的干燥性能变差。本试验确定的 DF 一 1 用量为 0.35%0
表 3 多功能助剂 DF 一 1 对腻子性能的影响
DF 一 1 用量 /%
检验性能—
0.1 0.2 0.4 0.6 0.8
粘结强度 /MPa 1.18 1.25 1.36 1.40 1.42
收缩性 /%0.23 0.20 0.15 0.12 0.10
触变比 2.9 3.3 4.8 5.1 5.3
表干时间 /h 3.2 3.5 4.6 5.4 5.9
3 结语
可再分散聚合物胶粉、水泥、多功能助剂及填料等均对腻子的性能，如粘结强度、耐水性、耐碱性、施工性等产生影响。通过优化，确定这些组分的类型及用量，制得单组分高强度耐水腻子。本腻子的耐水性、耐碱性优良，在标准状态下的粘接强度大于1. 2 MPa ，浸水后的粘接强度大于 0. 9 MPa ，涂层收缩 J 性小，抗开裂性强，可有效地解决传统腻子的易起皮、开裂、不耐水、耐候性差等缺陷，是高性能外墙涂料的理想配套产品。 inx"
摘要 : 优选可再分散聚合物胶粉、水泥、填料、多功能助剂，制得了单组分高强度耐水腻子，可作为高性能外墙涂料的配套产品。讨论了影响腻子性能的各种因素。
关键词 : 单组分腻子 ; 耐水腻子 ; 高强度腻子 ; 高性能外墙涂料
0 引言
建筑涂料在涂料工业中占有很重要的地位，近年来，获得了迅速的发展，其品种不断增多，产量逐年增大。目前，我国建筑涂料已被列人国家“新型建筑材料”的范畴，每年有 109 时以上的工业及民用建筑的基建规模和大量的维修工程。随着人们对建筑涂料优势的认识的不断深化，外墙涂料的需求量将会剧增。但目前我国的建筑涂料经常出现起泡、脱皮等弊病，严重影响了涂料对建筑物的保护和装饰性能乙"，。造成涂膜破坏的主要原因有 2 个 : 一是涂料的质量问题 ; 二是底材处理不当。实践表明， 70% 以上的涂装失败与底材处理不当有关。腻子作为一种待涂装表面预处理的材料已经得到广泛应用，其不仅可平整、修补建筑物表面，而且质量优良的腻子还会大大增强涂料对建筑物的保护和装饰性，延长涂层的使用寿命，是高性能建筑涂料，尤其是外墙涂料不可缺少的配套产品〔 2l 。因此，不仅应该重视高性能涂料的研制，也应该重视其配套腻子的开发，尤其要加强高性能外墙涂料用腻子的研发和推广应用。
腻子是以有机高分子聚合物或无机高分子物质为粘结剂，加人触变剂、消泡剂、颜填料等配制而成的 [3", 。根据包装方式，腻子可分为单组分和双组分 2 种类型。单组分腻子既可以是干粉形式的，也可以是湿态的 ; 而双组分腻子则由粉料和液料组成，在使用前混合。单组分干粉腻子在生产、运输、贮存、施工等方面具有明显的经济、技术和环保上的优势，已成为人们最为青睐的一种腻子。本文研究影响腻子性能的各种因素，制备一种可与高性能外墙涂料配合使用的单组分高强度耐水腻子，以增强涂料对建筑物的保护和装饰性，延长涂料的耐久性。
1 实验部分
1.1 原材料
可再分散乳胶粉 : 罗门哈斯公司的 Drycryl DP - 2904 , Rovace DP 一 87; 威凯化学品公司的 RE 5010N 、 RI 551 Z 、 RI 554Z,
膨润土 : 浙江丰虹化工有限公司的 SM 一 HV; 德 国南方化学公司的 Optibent 602; 华特集团的 BP - 188 。
石英砂 : 广州新余化工有限公司产品。
水泥 : 广西桂荣矿业公司及广州水泥厂产品。
1.2 实验配方
水泥 ( 白水泥和普通水泥 ):425 号或 525 号， 20% 一 50%;
石英砂 :100 一 325 目， 20% 一 40%;
重质碳酸钙 :15 。一 200 目， 20% 一 50%;
增稠剂 : 工业品，固体粉末， 0.1% 一 0.5%;
触变剂 : 工业品， 0.1% 一 0.6%;
消泡剂 : 工业品，固体粉末， 0.1% 一 0.3%;
多功能助剂 : 工业品 ,0. 1% 一 0.8%;
可再分散聚合物胶粉 : 工业品， 1.0% 一 8.0% 。
1.3 制备及施工
在混合搅拌机中先加人用量较大的原料，后加入用量较少的原料，混合搅拌 30 一 60 min ，直至各种原料混合均匀，然后包装，即得腻子产品。
在施工前，按粉料 : 水 =3 - 4:1 的比例，先在容器中注人清水，再加人粉料腻子，然后用机械搅拌器将其搅拌成均匀的糊膏状物，即可使用。
施工前，应除去墙体表面油渍、污垢、粉尘及松动物质，确保表面洁净和牢固。然后用刮刀等刮涂工具用力将调制好的腻子刮涂在墙面上。一般刮涂 2 道，待第一道刮涂后 4h ，再批刮第二道。刮涂的厚度控制在 0.7 一 1. 6 mm 。施工 24 h 后可打磨。一般至少要 48 h 后方可涂刷各种涂料。
1.4 性能检测
根据“建筑室内用腻子” ( JC/T 3049-1998) 标准，检验腻子的耐水性、耐碱性、打磨性、粘结强度、收缩性等性能;
触变比的测定 : 采用美国 Brookfield Engineering Laboratories 公司的 BROOKFIELD 一 11 型流变仪测定 ( 4" 转子， 25"C ); 触变比定义为转速 6 r/min 时的粘度与转速 60 r/min 时的粘度的比值。
干燥时间的测定 : 腻子刮涂厚度为 1. 2 mm; 干燥温度 2590 ，相对湿度 55% 。
研制的腻子性能检测结果见表 to
表 1 研制的腻子性能检测结果
检测项日技术指标检测结果
在容器中状态无结块，均匀无结块，均匀
施工性刮涂无障碍刮涂无障碍
表干时间 /h 0.50 1.20
浸水后 >0.30 0.91
2 结果与讨论
2.1 可再分散聚合物胶粉的影响
可再分散聚合物胶粉是聚合物乳液经喷雾于燥所得的分散体。在干态下，它与组成腻子的其他粉末组分 (如颜填料、各种助剂等) 在机械力的作用下，形成均匀的混合体 ; 在调制腻子浆料时，这些胶粉会分散到水中形成稳定的乳液，且其物理和化学性质与原来的乳液相同，其主要作用是粘结颜填料及底材，赋予腻子理想的粘结强度。不同用量的聚合物胶粉 A,C 对腻子粘结强度的影响见图 。
I 一聚合物胶粉 A;2- 聚合物胶粉 C
图 1 可再分散聚合物胶粉对腻子粘结强度的影响
由图 1 可见，随着聚合物胶粉 A,C 用量的增大， 腻子的粘结强度呈现增大的趋势，当其用量超过 3.5% 时，腻子粘结强度的增幅减小，而且随着胶粉用量的增加，腻子的成本增大，施工性也变差。聚合物 胶粉的用量以 3.5% 为宜。
2.2 水泥的影响
水泥是单组分腻子的重要组分，是赋予腻子高粘 结强度的重要原料。在水的作用下，水泥通过碱骨料 反应形成具有网状结构的涂层〔 41 。在其他条件不变的情况下，不同型号和用量的水泥对腻子性能的影响见图 20
20 25 30 35 40 45 50
水泥用量 /%
1-525 号水泥 ;2-425 号水泥 ;3 一白水泥
图 2 水泥对腻子性能的影响
由图 2 可见，随着水泥用量的增加，腻子的粘结强度呈现增大的趋势 ; 在相同的用量下，白水泥比普通水泥的粘结强度低 ;425 号水泥比 525 号水泥的粘结强度小 ; 当水泥用量超过 35% 时，腻子的粘结强度增大趋慢， 525 号水泥甚至出现下降的趋势。此外，如果水泥用量过大，则所得腻子对底材的附着力降低，且涂层易开裂。综合考虑各种因素，选取用量为35% 的 525 号水泥。
2.3 填料的影响
填料是腻子的重要组成部分。常用的填料有石英砂和重质碳酸钙等。重钙价廉，性能稳定，填充性好，可增加腻子的体质，且其吸油量较小，只需较少的聚合物用量就可获得粘结强度适宜的腻子，是使用最为广泛的一种填料。但单独采用重钙作为填料所得的腻子硬度不够理想，耐水性和耐候性也有待提高。
石英砂具有耐候性优良、硬度高、耐水性好、吸油量低等特点，如果将其与重钙配用，则可获得质优价廉的腻子产品。固定其他条件，考察不同的重钙 / 石英砂 (150 目 ) 配比对腻子性能的影响，见表 20
表 2 重钙 / 石英砂配比对腻子性能的影响
重钙 / 石英砂配比
检测项目—
50/20 40/20 30/30 20/30 20/40
施工性优良良良一般
耐候性较差一般良优优
耐水性良优优优优
粘结强度较低一般高高高
由表 2 可见，重钙 / 石英砂配比大时，调制后腻子的施工性好，刮涂容易，不拉毛，但腻子的耐候性差，粘结强度低 ; 随着重钙 / 石英砂配比降低，腻子的耐候性及粘结强度均有所提高，但填充性及施工性变差。综合考虑腻子的各项性能，重钙 / 石英砂配比以 30/30 为宜。
2.4 多功能助剂的影响
试验用的多功能助剂 DF 一 1 对腻子的粘结强度、收缩性、表干时间及触变性等性能的影响见表 30
由表 3 可见，随着 DF 一 1 用量的增大，腻子的粘结强度增大，触变比增大，收缩性降低，但腻子的干燥时间延长，施工不便。此外，使用 DF 一 1 的腻子层具有优良的抗开裂性，这对较厚的腻子层尤为重要。 DF 一 1 的性能与它的组成及结构有关
F 一 1 是一种粉末状的纤维素醚，不溶于水，但分散在水中后，能够借助于其聚合物链上的经基而形成氢键，构成特有的三维网状结构，水分能够较长时间“陷人”其中而不易挥发。因此使用 DF 一 1 的腻子抗开裂性强、收缩性低、粘结性强，但如果 DF 一 1 用量过大，涂层的干燥性能变差。本试验确定的 DF 一 1 用量为 0.35%0表 3 多功能助剂 DF 一 1 对腻子性能的影响
DF 一 1 用量 /%
检验性能—
0.1 0.2 0.4 0.6 0.8
粘结强度 /MPa 1.18 1.25 1.36 1.40 1.42
收缩性 /%0.23 0.20 0.15 0.12 0.10
触变比 2.9 3.3 4.8 5.1 5.3
表干时间 /h 3.2 3.5 4.6 5.4 5.9
3 结语
可再分散聚合物胶粉、水泥、多功能助剂及填料等均对腻子的性能，如粘结强度、耐水性、耐碱性、施工性等产生影响。通过优化，确定这些组分的类型及用量，制得单组分高强度耐水腻子。本腻子的耐水性、耐碱性优良，在标准状态下的粘接强度大于1. 2 MPa ，浸水后的粘接强度大于 0. 9 MPa ，涂层收缩 J 性小，抗开裂性强，可有效地解决传统腻子的易起皮、开裂、不耐水、耐候性差等缺陷，是高性能外墙涂料的理想配套产品。 inx"
