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乳化剂在可再分散性乳胶粉中的应用

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本文分别考察了低分子乳化剂、高分子乳化剂和反应型乳化剂对可再分散性乳胶粉制备和性能的影响,并研究了不同乳化剂制备的乳胶粉的砂浆性能。

1 引言

可再分散性乳胶粉是由聚合物乳液经过喷雾干燥而成,其制备过程主要分为两部分:母体乳液的制备和粉体的喷雾干燥。乳液聚合配方及合成工艺的选择决定了产品的最终性能,并是乳液能否进行喷雾干燥的主要影响因素之一。影响乳液喷雾干燥工艺的因素非常多,如:喷雾干燥进出口温度,乳液的玻璃化转变温度和成膜温度等等,目前国内外大部分研究认为乳液的玻璃化转变温度是影响喷雾干燥最重要的因素。乳化剂是乳液聚合工艺中最重要的因素,而乳化剂对喷雾干燥工艺的影响,在国内外刊物上还未见报道。

基于以上原因,本文选取醋酸乙烯酯,叔碳酸乙烯酯和丙烯酸正丁酯作为聚合单体,研究三种不同类型乳化剂对乳液喷雾干燥性能的影响,并考察了不同乳化剂制备的乳胶粉的砂浆性能。

2 原材料和实验方法

2.1 实验原材料

2.2 乳液聚合

将一部分的乳化剂、去离子水和保护性胶体加入到反应釜中,搅拌,并升温至80±2℃,滴加提前预乳化好的单体和过硫酸钾溶液,反应4-6h。反应结束,保温1h,降温至室温后过滤并出料。

2.3 可再分散乳胶粉的制备

将制备好的乳液,加入到一定浓度的保护性胶体水溶液中。设置干燥器的喷雾干燥进风温度为180±10℃,出风温度为80±10℃,在此条件下,喷雾干燥乳液经过雾化器雾化成微小的液滴,并与热风进行快速的热交换,蒸发掉料液中的水分,即得到可再分散性乳胶粉。

3 结果与讨论

3.1 不同乳化剂制备的乳液与可再分散性乳胶粉性能

3种不同乳化剂制备的乳液均采用相同的聚合工艺,从表1的实验结果看,这三种乳化剂制备的乳液稳定性好,凝胶率低和固含量高,只是在粒径的大小有差别。

从表2的实验结果可以看到,在相同的喷雾干燥条件下,低分子乳化剂制备的乳胶粉,胶粉外观呈团聚状态,而且在喷雾干燥干燥过程中,塔壁吸附大量絮状物质,乳胶粉含水率比较高。高分子和反应型乳化剂制备的乳胶粉,外观细腻呈粉末状态,在喷雾干燥过程中,乳液非常容易脱水,直接掉入塔底,塔壁上仅吸附少量的粉末状物质,乳胶粉含水率低。

低分子乳化剂制备的乳液在雾化器高速离心和塔内高温的条件下,容易失去稳定性,发生变性粘连,导致乳胶粉颗粒之间团聚成块。由于高分子乳化剂与反应型乳化剂与乳胶颗粒之间有很强的物理吸附力和化学键合力,两种乳化剂制备的乳液在高速离心和塔内高温的条件下不发生变性粘连,能保持稳定性,从而得到白色细腻粉状乳胶粉。

3.2 可再分散性乳胶粉的砂浆性能

可再分散性乳胶粉加入到砂浆中,水泥浆体的水化与乳胶粉脱水成膜过程同时进行,形成了聚合物与水泥的两相互穿网络结构,这种结构对砂浆的新拌性能和力学性能影响很大。

3.2.1 砂浆新拌性能

表3中的数据表明,砂浆掺入高分子乳化剂或反应型乳化剂制备的乳胶粉后,流动性比未掺乳胶粉的空白砂浆的流动性高。这是由于高分子乳化剂和反应型乳化剂以游离状态和吸附状态分散于乳胶粉中,对水泥颗粒起到分散作用,同时两种乳化剂可以有效降低乳胶粉的粒径,在砂浆中起到类似“滚珠”效应的作用,从而导致乳胶粉改性砂浆的流动性增加。

3.2.2 砂浆力学性能

图1表明,空白砂浆的7天和28天抗压强度,均高于乳胶粉改性砂浆。这主要是因为聚合物膜阻碍了水泥的水化,及聚合物膜较低的弹性模量所致。高分子乳化剂和反应型乳化剂制备的可再分散乳胶粉,砂浆的抗压强度均高于低分子乳化剂制备的可再分散乳胶粉改性砂浆。这是由于低分子乳化剂与乳胶粒及水泥颗粒之间的吸附力和键合力较弱,降低了乳液成膜物的强度及聚合物膜与水泥颗粒之间界面性能,从而导致砂浆的抗压强度下降。

图2的结果表明,高分子乳化剂和反应型乳化剂制备的乳胶粉改性砂浆,7天和28天抗折强度,均高于空白砂浆和低分子乳化剂制备的乳胶粉改性砂浆,这主要是由于聚合物膜的柔性增强了砂浆的韧性。低分子乳化剂不能够稳定乳胶颗粒,使乳胶颗粒在水泥砂浆的碱性环境中絮凝,导致了聚合物不能在砂浆中形成完整而连续的网络结构,所以低分子乳化剂制备的乳胶粉改性砂浆的抗折强度降低。

4 结论

1.高分子乳化剂和反应型乳化剂对乳胶粒具有很强的物理吸附力和化学键合力,可顺利通过喷雾干燥制备可再分散性乳胶粉。

2.在相同乳化剂掺量的情况下,反应型乳化剂制备的乳胶粉改性砂浆的流动度和容重最大,这是由于反应型乳化剂作为可聚合单体,以更强的化学键合力与乳胶粒结合,对水泥颗粒的分散作用更强,并且能有效降低乳胶粉的粒径,起到类似“滚珠”效应的作用。

3.高分子乳化剂和反应型乳化剂制备的乳胶粉改性砂浆,抗压强度和抗折强度均优于低分子乳化剂制备的乳胶粉改性砂浆。

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