可再乳化粉状树脂,亦称可再分散粉状树脂,是一种加水分散后能重新生成树脂乳液的粉状数脂,它是由合成树脂乳液通过喷雾干燥的方法而制备的。
1 可再乳化粉状树脂的制备
粉状树脂应具备下述基本性能:
(1)应易于在水中和/或碱性水泥砂浆中重新分散,其性能与母体乳液基本相同。
(2)粉状树脂还应有较好的贮存稳定性,在常规贮存条件下,树脂不应粘连,仍应保持良好的流动性。
要达到这一目的,需对乳液合成体系及喷雾干燥工艺进行严格的控制。
1. 1.1 母体乳液的合成
丙烯酸系可再乳化粉状树脂的母体乳液可由常规乳液的聚合的方法制得。
1.1,1 合成乳液所用试剂
苯乙烯、丙烯酸、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酪、丙烯酸丁酪、过硫酸铵、巯基乙醇、碳酸氢钠,均为化学纯。
1.1.2 合成乳液的步骤及操作
丙烯酸乙酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酪、丙烯酸等单体经减压蒸馏后,低温密闭储存备用。过硫酸铵经重结晶、真空干燥至恒重,冷藏备用。
在通风橱中,将搅拌器、四口瓶、回流冷凝管、调压器、电热套、冷凝管、恒压滴液漏斗、温度计等安装连接,使各部分在运转中平稳、无阻力。
将适量的水,复合乳化剂投入四口瓶中,搅拌使其溶解,将部分混合单体和引发剂投入四口瓶中,升温至70℃反应30分钟后,将余下的单体组成混合单体,经恒压滴液漏斗控速滴加,240分钟滴完,保温反应l小时后,升温至900C,补进余下的引发剂,保温反应30分钟,降温出料。
1.1.3 乳液合成条件的讨论
(1)乳化剂的选择 对于采用阴离子表面活性剂的乳液来说,钙镁离子对乳液的稳定性会产生不良的影响。由于水泥中含有大量的镁钙离子,它能引起乳液破乳,因此我们采用阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂组成的复合乳化体系。
(2)树脂玻璃化温度(Tg)的选择 通常用于表面涂层及砂浆的聚合物的玻璃化温度(Tg)大都小于500C,而用喷雾干燥生产含水率为5%以下的普通干燥度的粉体时需把粉体“出口温度定为450C以上,但从所使用的乳液树脂的物理性质上看,粉体出口温度比乳液树脂的7g提高300C时,树脂粉体会相互间发生粘连,提高400C以上时,树脂会生成块状物,因此需把乳液树脂的7g定为5℃以上。这样的乳液树脂才可以被粉化。
然而,采用不同7g的乳液来改性水泥砂浆,其效果也有一定的差异,改性结果见表l。
由上述的试验结果可以看出,Tg高的树脂,对水泥砂浆的改性效果不很理想。而从喷雾干燥工艺的要求来看,树脂的Tg太低对喷雾不利。因此,必须通过调整软硬单体的比例来设计适宜的玻璃化温度。
(3)水溶性单体用量的选择 制备一种理想的可再分散聚合物粉末的最大困难是需在聚合物中掺入一定量的水敏性单体,使其具有亲水性和/或对碱 的敏感性,从而也就改善了可再分散性。然而,大量的水溶性单体的存在,会降低其成膜后的耐水性,而且在与水泥拌和使用时,会抑制水泥水化,影响水泥的正常凝结。因此,水溶性单体的用量对粉状树脂的性能有着关键性作用。
1.1.4 母体乳液主要性能
外观 乳白色,略带蓝光,无粗颗粒、凝块 ,
固含量 48.9%
pH值 3.24
密度 1.037g/cm3
粘度 25.0 CP
1.2 粉状树脂的制备
1.2.1 喷雾干燥试验操作步骤
聚合物母体乳液,掺加规定量的保护胶体和抗结块剂后,通过控制雾化干燥塔的入口温度范围为80一150 0C,出口温度范围为40?/FONT>900C,将混合物喷雾干燥成细微的可自由流动的粉末。其加料速度由雾化干燥塔的出口温度决定。
1.2.2 喷雾干燥配方及工艺参数的确定
由于分散体系中聚合物的Tg低于50℃,所以需要加入粉状矿物分散助剂(以下简称抗结块剂),使其附着在经喷雾干燥形成的树脂颗粒上,阻止颗粒相互粘连,从而保证颗粒的可再乳化性及储存稳定性。
此外,在粉状树脂再分散于水中的时候,以水溶性高分子作为保护胶体,对提高粉状树脂的再分散性有一定的帮助。
对于雾化干燥塔的进出口温度的确定,我们经过了大量的试验,发现当进口温度超过2000C时,会导致喷嘴处的物料因为迅速失水而在喷嘴处聚集,使物料进料不畅;当温度低于80℃时,由于风量的关系,会导致雾化干燥塔的出口温度过低,造成得到的粉料含水率过高。因此,我们确定的进口温度范围为90?/FONT>l 900C。对于出口温度,它的大小与聚合物的Tg直接有关,同时又和粉料的含水率要求有关,我们确定的温度范围为40一90 0C。
1.2.3 粉状树脂的性能
外观 无粗颗粒、异物、凝块
挥发分 1.11%
高温残余 12.0%
表观密度 0.336g/cm2
该粉状树脂平均粒径为20?/FONT>100 um,粉料储存稳定,能自由流动,将粉状树脂与水混合搅拌,能迅速形成平均粒径与乳液粒子径类似(1/um左右)的丙烯酸乳液。
2 母体现液和可再乳化粉状树脂改性水泥砂桨的研究
可再乳化粉状树脂,主要用来改性水泥砂浆,因此首先进行了母体乳液对水泥砂浆的改性效果的研究,然后采用可再乳化粉状树脂进行了砂浆试验,并参考了日本JISA6203?/FONT>96的标准及试验方法,对可再乳化粉状树脂的各项性能进行了测试。
2.1 自制乳液与其他同类乳液及普通砂浆性能的比较(见表2)
由上述试验结果可以看出,经过喷雾干燥后,得到的粉状树脂仍保持了母体乳液对水泥砂浆的优良的改性作用,从而证明了粉状树脂起到了乳液中的聚合物所应起到的作用。
由上面的试验可知,我们自行合成的乳液较之其他同类乳液,对水泥砂浆的改性作用效果明显,在抗压强度基本不降低的前提下,大幅度地提高砂浆的抗析强度,提高了砂浆的韧性.
2.2 粉状树脂与母体乳液的性能比较(见表3).
2.3 自制粉状树脂与其他同类粉状树脂的性能比较
2.3.1 可再分散性及耐水性
我们参照特开平7一l 57565中评价可再乳化粉状树脂的方法,对我们自制的粉状树脂与进口同类树脂及国产同类乳液经喷雾干燥得到的树脂(BS树脂)进行了比较评价。
再分散性:在水中添加粉状树脂,进行搅拌,观察再分散液状态。
◎:短时(3分钟)即得白色均匀的乳化液
O:充分搅拌后(20分钟),即得白色均匀的乳化液
×:无再分散性
涂膜的耐水性:把再分散液经干燥制成覆膜后,浸渍于水中,观察覆膜状态.
◎:不溶于水
O:部分溶胀
×:溶于水
评价结果见表4:
由以上的试验可以看出,普通乳液经喷雾干燥也可以得到粉状树脂,但并不具有再乳化性,自制的可再乳化粉状树脂其耐水性与进口树脂相当,而再乳化性能要优于进口树脂。
2.3.2对水泥砂浆的改性作用(见表5)
由上面的试验结果我们不难得出这样的结论,即自制的粉状树脂较之进口树脂相比,对水泥砂浆的改性效果更加明显,完全能够替代进口产品。
3 粉状树脂性能测试
由于国内尚无聚合物改性水泥砂浆的国家标准,于是我们参照了日本标准JISA 6203?/FONT>96《用于水泥改性的聚合物分散体及可再乳化粉状树脂》中对于可再乳化粉状树脂改性水泥砂浆的标准及试验方法进行了测试试验,其试验结果见表6。
4 结论
(1)可再乳化粉状树脂母体乳液合成稳定,可操作性强,合成试验重复性好,产物匀质性好,性能稳定。
(2)母体乳液对水泥砂浆的改性效果明显。
(3)粉状树脂与母体乳液的性能相当,对水泥砂浆有明显的改性增强作用,其主要性能指标优于进口产品,且各项指标均大大高于JISA 6203?/FONT>96中可再乳化粉状树脂的标准,是具有实用价值的水泥改性剂,而价格仅为进口产品的30%,其市场前景极为广阔。