CN107265914A - 一种用于大尺寸玻化砖的高强型瓷砖胶粘剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于大尺寸玻化砖的高强型瓷砖胶粘剂，以重量份计，包括以下组分：矿粉40‑55份，炉渣17‑33份，淡化海砂50‑90份，保水剂3‑7份，其他助剂1‑3份，聚合物乳液4‑11份，该聚合物乳液为以聚丙烯酸酯为壳，以改性碳纳米管为壳的核壳型乳液粒子，其固含量为57％。该瓷砖胶粘剂粘性能好，稳定性好，耐热、耐水、耐候性能优异，成本低，可用于混凝土、加气混凝土砌块、灰砂砖、粘土砖基材上的铺贴。

Description

一种用于大尺寸玻化砖的高强型瓷砖胶粘剂及其应用
技术领域：
本发明涉及建筑材料领域，具体的涉及一种用于大尺寸玻化砖的高强型瓷砖胶粘剂。
背景技术：
瓷砖作为建筑行业重要的覆面材料，能够装饰美化建筑物、保护结构构件，并容易清洗、耐水、表面坚硬、耐久性强。在过去的二十年里，得益于房地产的飞速发展，中国的瓷砖产量稳居世界第一，同时质量越来越高。瓷砖发展的趋势是高密度全秞化、大尺寸。高密度瓷砖的吸水率越来越小，甚至不吸水，仅仅依靠传统的水泥砂浆难以让瓷砖牢固粘结。传统上将水泥、砂子、水按照一定比例拌和，按照15～30mm的厚度铺贴，依靠渗入瓷砖背面的水泥水化产物产生的机械咬合力发挥作用，这种厚层铺贴方法比较适用于吸水率大的瓷砖。而使用这种粘贴方式在当前的瓷砖中出现了很多问题，如空鼓、脱落、开裂。问题出现的施工原因固然有，但瓷砖本身与粘结材料之间无法形成牢固的粘结体系才是关键。从国外传入的瓷砖胶粘剂可以较好地解决这些问题，经过20多年的推广，已经为部分人所接受，但是在施工方法、产品种类、原材料生产等方面仍存在较多问题，表现为厚层铺贴、种类较少、瓷砖胶生产成本高市场难以接受，国产品种价格较低产品性能满足不了铺贴要求等等。
瓷砖胶粘剂的基本组分是水泥、砂集料、保水剂、聚合物(粉状也称“乳胶粉”)，在由聚合物形成的机械和化学作用包括机械咬合力、氢键、弱化的范德华力合成下，瓷砖-粘结砂浆-基层组成的体系能够牢固而稳定地保持。然而，由于我国瓷砖胶粘剂起步晚、研究不充分，自行研制的瓷砖胶粘剂在使用中还是不能发挥应有的粘结性能，难以铺贴大尺寸、釉化玻化砖，耐热性、耐水性、耐候性也较弱，也无法适应多样化的瓷砖使用环境，满足JC/T547-2005的产品不到国内总产量的10％。
中国专利(CN201110332087.9)公开了一种高强型瓷砖胶粘剂，各组分重量百分比范围分别为：普通硅酸盐水泥40.00％-50.00％；填料45.00％-55.00％；纤维素醚0.30％-0.60％；胶粘剂3.00％-8.00％；木质素纤维0.05％-0.50％；触变剂0.10％-0.30％；减水剂0.05％-0.20％。该瓷砖胶粘剂粘结对于普通瓷砖不仅具有粘结牢固，不掉砖特点，对于面积比较大的瓷砖也有这样的特点，但是其采用大量的普通硅酸盐水泥作为胶凝材料，使得制备的胶粘剂成本较大。
中国专利(CN201510630543.6)公开了一种无水泥瓷砖胶粘剂，采用的技术方案是：该胶粘剂由无水泥砂浆木料和添加剂组成；所述无水泥砂浆母料由以下组分按照质量百分比组成：超细粉煤灰10-40％、砂子50-87％、石灰2-10％和石膏0-3％；所述添加剂包括可再分散乳胶粉、纤维素醚、减水剂、憎水剂和早强剂；该胶粘剂性能优良，但是其用于大尺寸、釉化玻化砖效果不是很好，且应用范围窄。
发明内容：
本发明的目的是提供一种一种用于大尺寸玻化砖的高强型瓷砖胶粘剂，该胶粘剂性能好，成本低，该胶粘剂适用于混凝土、加气混凝土砌块、灰砂砖、粘土砖等基材上的铺贴。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于大尺寸玻化砖的高强型瓷砖胶粘剂，以重量份计，包括以下组分：
矿粉40-55份，炉渣17-33份，
淡化海砂50-90份，保水剂3-7份，
其他助剂1-3份，聚合物乳液4-11份；
其中，所述聚合物乳液的制备方法为：
(1)将碳纳米管在硝酸溶液中搅拌处理1-3.5h，处理结束后过滤，固体用去离子水洗涤至滤液呈中性，干燥，得到羧基化碳纳米管；
(2)将上述制得的羧基化碳纳米管和去离子水混合搅拌，得到羧基化碳纳米管分散液，然后向分散液中加入二甲基甲酰胺，超声波处理，转移至水热釜中80℃恒温处理5-12h，处理结束后冷却至室温，反应液过滤，过滤得到的固体依次用无水乙醇、去离子水洗涤，干燥，得到改性碳纳米管；
(3)将丙烯酸酯类单体、乳化剂和去离子水混合搅拌，制得丙烯酸酯类单体乳液；将引发剂和去离子水混合搅拌得到引发剂水溶液；将上述制得的改性碳纳米管和去离子水混合搅拌均匀，然后转移至带有冷凝管的三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入1/3的丙烯酸酯类单体乳液，边搅拌边升温至80-90℃，恒温搅拌30min；然后向三口烧瓶中缓慢加入1/2引发剂水溶液，滴加完毕后，搅拌回流反应4-7h，向三口烧瓶中加入剩余的丙烯酸酯类单体乳液以及剩余的引发剂水溶液，继续反应3h，反应结束后冷却至室温，得到聚合物乳液。
一种用于大尺寸玻化砖的高强型瓷砖胶粘剂，以重量份计，包括以下组分：
矿粉43份，炉渣27份，
淡化海砂72份，保水剂5份，
其他助剂2份，聚合物乳液10份。
作为上述技术方案的优选，所述矿粉1-3μm，炉渣的粒径大小为1-5μm。
作为上述技术方案的优选，所述保水剂为羟丙基甲基纤维素醚。
作为上述技术方案的优选，所述其他助剂为有机硅消泡剂、钠基膨润土的混合物，二者质量比为1:1。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，碳纳米管与硝酸溶液的质量比为1：(3-5)。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述羧基化碳纳米管、二甲基甲酰胺的质量比为1：(4-8)。
作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述丙烯酸酯类单体为丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸中的一种或多种混合。
作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述丙烯酸酯类单体、乳化剂、引发剂和改性碳纳米管的质量比为5：(0.1-0.4)：0.5:1。
作为上述技术方案的优选，该胶粘剂可用于混凝土、加气混凝土砌块、灰砂砖、粘土砖基材上的铺贴。
本发明具有以下有益效果：
本发明以碳纳米管作为核，制备聚丙烯酸酯/碳纳米管核壳型乳液，为了提高聚丙烯酸酯在碳纳米管表面包覆的均匀性，本发明首先在碳纳米管表面进行羧基化，然后将其与二甲基甲酰胺混合，并在一定温度下处理，使得碳纳米管表面包覆一层二甲基甲酰胺，从而使得改性后的碳纳米管可以与丙烯酸酯类单体充分接触；提高了聚丙烯酸酯包覆的均匀性；
在包覆的过程中，本发明采用两步聚合的方法，并采用单体溶液与引发剂的用量比，制得的聚丙烯酸/碳纳米管核壳乳液，稳定性好，用于胶粘剂的制备中，有效改善了胶粘剂的力学性能以及耐水、耐候性能；
本发明采用矿粉、炉渣等成本低的原料代替水泥作为胶凝材料，有效降低了胶粘剂的制备成本，本发明通过合理调节各组分的用量，制得的胶粘剂稳定性好，可用于大尺寸、釉化的玻化砖。
具体实施方式：
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
一种用于大尺寸玻化砖的高强型瓷砖胶粘剂，以重量份计，包括以下组分：
矿粉40份，炉渣17份，
淡化海砂50份，保水剂3份，
其他助剂1份，聚合物乳液4份；
其中，所述聚合物乳液的制备方法为：
(1)将碳纳米管在硝酸溶液中搅拌处理1h，处理结束后过滤，固体用去离子水洗涤至滤液呈中性，干燥，得到羧基化碳纳米管；其中，碳纳米管与硝酸溶液的质量比为1：3；
(2)将上述制得的羧基化碳纳米管和去离子水混合搅拌，得到羧基化碳纳米管分散液，然后向分散液中加入二甲基甲酰胺，超声波处理，转移至水热釜中80℃恒温处理5h，处理结束后冷却至室温，反应液过滤，过滤得到的固体依次用无水乙醇、去离子水洗涤，干燥，得到改性碳纳米管；其中，羧基化碳纳米管、二甲基甲酰胺的质量比为1：4；
(3)将丙烯酸酯类单体、乳化剂和去离子水混合搅拌，制得丙烯酸酯类单体乳液；将引发剂和去离子水混合搅拌得到引发剂水溶液；将上述制得的改性碳纳米管和去离子水混合搅拌均匀，然后转移至带有冷凝管的三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入1/3的丙烯酸酯类单体乳液，边搅拌边升温至80-90℃，恒温搅拌30min；然后向三口烧瓶中缓慢加入1/2引发剂水溶液，滴加完毕后，搅拌回流反应4h，向三口烧瓶中加入剩余的丙烯酸酯类单体乳液以及剩余的引发剂水溶液，继续反应3h，反应结束后冷却至室温，得到聚合物乳液；其中，所述丙烯酸酯类单体、乳化剂、引发剂和改性碳纳米管的质量比为5：0.1：0.5:1。
实施例2
一种用于大尺寸玻化砖的高强型瓷砖胶粘剂，以重量份计，包括以下组分：
矿粉55份，炉渣33份，
淡化海砂90份，保水剂7份，
其他助剂3份，聚合物乳液11份；
其中，所述聚合物乳液的制备方法为：
(1)将碳纳米管在硝酸溶液中搅拌处理3.5h，处理结束后过滤，固体用去离子水洗涤至滤液呈中性，干燥，得到羧基化碳纳米管；其中，碳纳米管与硝酸溶液的质量比为1：5；
(2)将上述制得的羧基化碳纳米管和去离子水混合搅拌，得到羧基化碳纳米管分散液，然后向分散液中加入二甲基甲酰胺，超声波处理，转移至水热釜中80℃恒温处理12h，处理结束后冷却至室温，反应液过滤，过滤得到的固体依次用无水乙醇、去离子水洗涤，干燥，得到改性碳纳米管；其中，羧基化碳纳米管、二甲基甲酰胺的质量比为1：8；
(3)将丙烯酸酯类单体、乳化剂和去离子水混合搅拌，制得丙烯酸酯类单体乳液；将引发剂和去离子水混合搅拌得到引发剂水溶液；将上述制得的改性碳纳米管和去离子水混合搅拌均匀，然后转移至带有冷凝管的三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入1/3的丙烯酸酯类单体乳液，边搅拌边升温至80-90℃，恒温搅拌30min；然后向三口烧瓶中缓慢加入1/2引发剂水溶液，滴加完毕后，搅拌回流反应7h，向三口烧瓶中加入剩余的丙烯酸酯类单体乳液以及剩余的引发剂水溶液，继续反应3h，反应结束后冷却至室温，得到聚合物乳液；其中，所述丙烯酸酯类单体、乳化剂、引发剂和改性碳纳米管的质量比为5：0.4：0.5:1。
实施例3
一种用于大尺寸玻化砖的高强型瓷砖胶粘剂，以重量份计，包括以下组分：
矿粉44份，炉渣21份，
淡化海砂60份，保水剂4份，
其他助剂1.3份，聚合物乳液7份；
其中，所述聚合物乳液的制备方法为：
(1)将碳纳米管在硝酸溶液中搅拌处理2h，处理结束后过滤，固体用去离子水洗涤至滤液呈中性，干燥，得到羧基化碳纳米管；其中，碳纳米管与硝酸溶液的质量比为1：3.5；
(2)将上述制得的羧基化碳纳米管和去离子水混合搅拌，得到羧基化碳纳米管分散液，然后向分散液中加入二甲基甲酰胺，超声波处理，转移至水热釜中80℃恒温处理7h，处理结束后冷却至室温，反应液过滤，过滤得到的固体依次用无水乙醇、去离子水洗涤，干燥，得到改性碳纳米管；其中，羧基化碳纳米管、二甲基甲酰胺的质量比为1：5；
(3)将丙烯酸酯类单体、乳化剂和去离子水混合搅拌，制得丙烯酸酯类单体乳液；将引发剂和去离子水混合搅拌得到引发剂水溶液；将上述制得的改性碳纳米管和去离子水混合搅拌均匀，然后转移至带有冷凝管的三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入1/3的丙烯酸酯类单体乳液，边搅拌边升温至80-90℃，恒温搅拌30min；然后向三口烧瓶中缓慢加入1/2引发剂水溶液，滴加完毕后，搅拌回流反应5h，向三口烧瓶中加入剩余的丙烯酸酯类单体乳液以及剩余的引发剂水溶液，继续反应3h，反应结束后冷却至室温，得到聚合物乳液；其中，所述丙烯酸酯类单体、乳化剂、引发剂和改性碳纳米管的质量比为5：0.2：0.5:1。
实施例4
一种用于大尺寸玻化砖的高强型瓷砖胶粘剂，以重量份计，包括以下组分：
矿粉46份，炉渣24份，
淡化海砂70份，保水剂5份，
其他助剂2份，聚合物乳液9份；
其中，所述聚合物乳液的制备方法为：
(1)将碳纳米管在硝酸溶液中搅拌处理2.5h，处理结束后过滤，固体用去离子水洗涤至滤液呈中性，干燥，得到羧基化碳纳米管；其中，碳纳米管与硝酸溶液的质量比为1：4；
(2)将上述制得的羧基化碳纳米管和去离子水混合搅拌，得到羧基化碳纳米管分散液，然后向分散液中加入二甲基甲酰胺，超声波处理，转移至水热釜中80℃恒温处理9h，处理结束后冷却至室温，反应液过滤，过滤得到的固体依次用无水乙醇、去离子水洗涤，干燥，得到改性碳纳米管；其中，羧基化碳纳米管、二甲基甲酰胺的质量比为1：6；
(3)将丙烯酸酯类单体、乳化剂和去离子水混合搅拌，制得丙烯酸酯类单体乳液；将引发剂和去离子水混合搅拌得到引发剂水溶液；将上述制得的改性碳纳米管和去离子水混合搅拌均匀，然后转移至带有冷凝管的三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入1/3的丙烯酸酯类单体乳液，边搅拌边升温至80-90℃，恒温搅拌30min；然后向三口烧瓶中缓慢加入1/2引发剂水溶液，滴加完毕后，搅拌回流反应6h，向三口烧瓶中加入剩余的丙烯酸酯类单体乳液以及剩余的引发剂水溶液，继续反应3h，反应结束后冷却至室温，得到聚合物乳液；其中，所述丙烯酸酯类单体、乳化剂、引发剂和改性碳纳米管的质量比为5：0.2：0.5:1。
实施例5
一种用于大尺寸玻化砖的高强型瓷砖胶粘剂，以重量份计，包括以下组分：
矿粉51份，炉渣30份，
淡化海砂80份，保水剂6份，
其他助剂2.5份，聚合物乳液10份；
其中，所述聚合物乳液的制备方法为：
(1)将碳纳米管在硝酸溶液中搅拌处理3h，处理结束后过滤，固体用去离子水洗涤至滤液呈中性，干燥，得到羧基化碳纳米管；其中，碳纳米管与硝酸溶液的质量比为1：4.5；
(2)将上述制得的羧基化碳纳米管和去离子水混合搅拌，得到羧基化碳纳米管分散液，然后向分散液中加入二甲基甲酰胺，超声波处理，转移至水热釜中80℃恒温处理11h，处理结束后冷却至室温，反应液过滤，过滤得到的固体依次用无水乙醇、去离子水洗涤，干燥，得到改性碳纳米管；其中，羧基化碳纳米管、二甲基甲酰胺的质量比为1：7；
(3)将丙烯酸酯类单体、乳化剂和去离子水混合搅拌，制得丙烯酸酯类单体乳液；将引发剂和去离子水混合搅拌得到引发剂水溶液；将上述制得的改性碳纳米管和去离子水混合搅拌均匀，然后转移至带有冷凝管的三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入1/3的丙烯酸酯类单体乳液，边搅拌边升温至80-90℃，恒温搅拌30min；然后向三口烧瓶中缓慢加入1/2引发剂水溶液，滴加完毕后，搅拌回流反应6.5h，向三口烧瓶中加入剩余的丙烯酸酯类单体乳液以及剩余的引发剂水溶液，继续反应3h，反应结束后冷却至室温，得到聚合物乳液；其中，所述丙烯酸酯类单体、乳化剂、引发剂和改性碳纳米管的质量比为5：0.35：0.5:1。
经检测，上述制得的胶粘剂的的拉伸胶粘原强度为3.5-4.5MPa，浸水后的拉伸胶粘强度为3.1-4.0MPa；热老化后的拉伸胶粘强度为2.7-3.3MPa，冻融循环后的拉伸胶粘强度为2.3-2.8MPa，晾置时间，20min拉伸胶粘强度为2.5-3.0MPa。

Claims (10)

1.一种用于大尺寸玻化砖的高强型瓷砖胶粘剂，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：
矿粉40-55份，炉渣17-33份，
淡化海砂50-90份，保水剂3-7份，
其他助剂1-3份，聚合物乳液4-11份；
其中，所述聚合物乳液的制备方法为：
(1)将碳纳米管在硝酸溶液中搅拌处理1-3.5h，处理结束后过滤，固体用去离子水洗涤至滤液呈中性，干燥，得到羧基化碳纳米管；
(2)将上述制得的羧基化碳纳米管和去离子水混合搅拌，得到羧基化碳纳米管分散液，然后向分散液中加入二甲基甲酰胺，超声波处理，转移至水热釜中80℃恒温处理5-12h，处理结束后冷却至室温，反应液过滤，过滤得到的固体依次用无水乙醇、去离子水洗涤，干燥，得到改性碳纳米管；
(3)将丙烯酸酯类单体、乳化剂和去离子水混合搅拌，制得丙烯酸酯类单体乳液；将引发剂和去离子水混合搅拌得到引发剂水溶液；将上述制得的改性碳纳米管和去离子水混合搅拌均匀，然后转移至带有冷凝管的三口烧瓶中，向三口烧瓶中加入1/3的丙烯酸酯类单体乳液，边搅拌边升温至80-90℃，恒温搅拌30min；然后向三口烧瓶中缓慢加入1/2引发剂水溶液，滴加完毕后，搅拌回流反应4-7h，向三口烧瓶中加入剩余的丙烯酸酯类单体乳液以及剩余的引发剂水溶液，继续反应3h，反应结束后冷却至室温，得到聚合物乳液。
2.如权利要求1所述的一种用于大尺寸玻化砖的高强型瓷砖胶粘剂，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：
矿粉43份，炉渣27份，
淡化海砂72份，保水剂5份，
其他助剂2份，聚合物乳液10份。
3.如权利要求1所述的一种用于大尺寸玻化砖的高强型瓷砖胶粘剂，其特征在于，所述矿粉1-3μm，炉渣的粒径大小为1-5μm。
4.如权利要求1所述的一种用于大尺寸玻化砖的高强型瓷砖胶粘剂，其特征在于，所述保水剂为羟丙基甲基纤维素醚。
5.如权利要求1所述的一种用于大尺寸玻化砖的高强型瓷砖胶粘剂，其特征在于，所述其他助剂为有机硅消泡剂、钠基膨润土的混合物，二者质量比为1:1。
6.如权利要求1所述的一种用于大尺寸玻化砖的高强型瓷砖胶粘剂，其特征在于，步骤(1)中，碳纳米管与硝酸溶液的质量比为1：(3-5)。
7.如权利要求1所述的一种用于大尺寸玻化砖的高强型瓷砖胶粘剂，其特征在于，步骤(2)中，所述羧基化碳纳米管、二甲基甲酰胺的质量比为1：(4-8)。
8.如权利要求1所述的一种用于大尺寸玻化砖的高强型瓷砖胶粘剂，其特征在于，步骤(3)中，所述丙烯酸酯类单体为丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸中的一种或多种混合。
9.如权利要求1所述的一种用于大尺寸玻化砖的高强型瓷砖胶粘剂，其特征在于，步骤(3)中，所述丙烯酸酯类单体、乳化剂、引发剂和改性碳纳米管的质量比为5：(0.1-0.4)：0.5:1。
10.如权利要求1至9任一所述的一种用于大尺寸玻化砖的高强型瓷砖胶粘剂的应用，其特征在于，该胶粘剂可用于混凝土、加气混凝土砌块、灰砂砖、粘土砖基材上的铺贴。
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