CN110922082B

CN110922082B - 一种瓷砖胶粘剂的耐候纳米改性材料及其应用

Info

Publication number: CN110922082B
Application number: CN201911159450.4A
Authority: CN
Inventors: 范敦城; 熊卫锋; 吴应林; 刘晓斌; 王宏斌; 韩朝辉; 庞家琪; 张宁
Original assignee: Dongfang Yuhong Civil Building Materials Co ltd
Current assignee: Dongfang Yuhong Civil Building Materials Co ltd
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2022-05-24
Anticipated expiration: 2039-11-22
Also published as: CN110922082A

Abstract

本发明公开了一种瓷砖胶粘剂的耐候纳米改性材料及其应用，以所述耐候纳米改性材料的总重量计，该耐候纳米改性材料包括：超细矿粉30‑80wt％，偏高岭土20‑50wt％，粉煤灰5‑15wt％，硅灰0‑10wt％，脱硫石膏0‑8wt％和硫酸盐类添加剂2‑10wt％。本发明的瓷砖胶粘剂的耐候纳米改性材料，加入到普通瓷砖胶中，能够使其耐候性能得到大幅度的提升，具体体现在浸水拉伸粘结强度提升20％‑90％、冻融后的拉伸粘结强度提升20％‑80％和热老化后的拉伸粘结强度提升20％‑90％。

Description

一种瓷砖胶粘剂的耐候纳米改性材料及其应用

技术领域

本发明属于瓷砖胶添加剂技术领域，更具体地，涉及一种瓷砖胶粘剂的耐候纳米改性材料及其应用。

背景技术

瓷砖胶粘剂主要由无机胶凝材料、有机聚合物、砂与特种添加剂组成，与传统水泥和沙子组成的砂浆相比，在粘结力、耐候性方面有很大提升，施工更加方便。随着我国经济的快速发展，不同种类的瓷砖胶粘剂产品应运而生，以此解决建筑中瓷砖铺设的各种难题。

目前，尽管市场上有许多种瓷砖胶粘剂在售，但是由于传统的水泥沙子价格低，国内的大多数瓷砖胶粘剂生产厂家为了降低生产成本，采用质量不好或不稳定的原材料，导致多数瓷砖胶粘剂难以达到瓷砖胶粘剂行业标准JC/T 547-2017的标准要求，主要表现在耐水粘结强度与冻融粘结强度方面。而在厨房、浴室、卫生间、游泳池等潮湿环境的饰面装饰场所，为防止渗水漏水现象的发生，需要采用耐水性能较好的瓷砖胶粘剂，这就需要瓷砖胶粘剂具有良好的耐水粘结强度。

用于瓷砖胶粘剂的可再分散乳胶粉主要有乙烯/醋酸乙烯酯的共聚物、醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物等，该类胶粉应用十分广泛，但也存在耐水性能不佳的缺陷。在《瓷砖胶浸水拉伸胶粘强度影响因素的研究》一文提到掺和料(二级粉煤灰)一定程度降低了浸水拉伸胶粘强度，可再分散乳胶粉可大幅改善瓷砖胶粘剂的浸水拉伸胶粘强度。但是，可再分散乳胶粉价格较高，增加其用量无疑显著提高了瓷砖胶粘剂的成本，并且过多的添加可再分散乳胶粉，还会影响瓷砖胶粘剂的耐水性。综上，有必要研究一种用于瓷砖胶粘剂的耐候添加剂，以改善现有瓷砖胶粘剂的耐水、耐高低温等耐候性问题，使得瓷砖胶粘剂具有良好的耐水粘结强度与冻融粘结强度。

发明内容

本发明的目的是提供一种瓷砖胶粘剂的耐候纳米改性材料，通过在瓷砖胶粘剂中添加该耐候纳米改性材料，能够提高瓷砖胶粘剂的耐候性，使得瓷砖胶粘剂具有良好的耐水粘结强度与冻融粘结强度。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供一种瓷砖胶粘剂的耐候纳米改性材料，以所述耐候纳米改性材料的总重量计，该耐候纳米改性材料包括：超细矿粉30-80wt％，偏高岭土20-50wt％，粉煤灰5-15wt％，硅灰0-10wt％，脱硫石膏0-8wt％和硫酸盐类添加剂2-10wt％。

本发明的另一方面提供上述耐候纳米改性材料作为瓷砖胶粘剂的耐候性添加剂的应用。

本发明的技术方案具有如下有益效果：

本发明的瓷砖胶粘剂的耐候纳米改性材料，加入到普通瓷砖胶中，能够使其耐候性能得到大幅度的提升，具体体现在浸水拉伸粘结强度提升20％-90％、冻融后的拉伸粘结强度提升20％-80％和热老化后的拉伸粘结强度提升20％-90％。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明的一方面提供一种瓷砖胶粘剂的耐候纳米改性材料，以所述耐候纳米改性材料的总重量计，该耐候纳米改性材料包括：超细矿粉30-80wt％，偏高岭土20-50wt％，粉煤灰5-15wt％，硅灰0-10wt％，脱硫石膏0-8wt％和硫酸盐类添加剂2-10wt％。

本发明中，所述超细矿粉优选为40-70wt％，所述硅灰优选为3-8wt％。

本发明中，发明人研究发现普通瓷砖胶的耐水性与耐冻融性能不好，主要由两个方面造成的。一方面是为保证较好的施工性加入超过水化所需的水，结果瓷砖胶硬化后会留下大量未参与水化的自由水。这些水在后期瓷砖胶逐渐干燥过程中挥发而留下大量毛细孔或微孔，这些毛细孔或微孔会成为外部水进入内部的通道，从而影响瓷砖胶耐水性与耐冻融性。另一方面是乙烯/醋酸乙烯酯的共聚物、醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物等这些可再分散乳胶粉在碱的水解作用下释放出乙酸盐基团，该基团与浆体内的钙离子发生反应，生成有机盐乙酸钙和聚乙烯醇(PVA)。乙酸钙是一种强吸湿性的盐，而聚乙烯醇则是水溶性的，所以聚合物改性水泥砂浆(瓷砖胶粘剂)浸泡在水中时，其性能会显著降低。

基于上述原因，发明人设计了本发明的耐候纳米改性材料，该耐候纳米改性材料是基于纳米改性活化原理，由超细矿粉、偏高岭土、粉煤灰、硫酸盐类添加剂以及任选的硅灰和脱硫石膏组成，根据最紧密堆积原理科学地控制每种物料的粒径分布，利用不同物料的反应活性及活化特性充分发挥它们之间的协同作用。依靠“粒级与活性的双重协同优化”，充分发挥材料的小尺寸效应、表面和界面效应、微晶成核效应，可以显著改善瓷砖胶粘剂的耐候性能，尤其是大幅提高其浸水拉伸粘结强度与冻融后的拉伸粘结强度。本发明的耐候纳米改性材料中的活性微粒(超细矿粉、偏高岭土、粉煤灰和硅灰)与水泥水化产生的Ca(OH)₂、硫酸盐类添加剂和任选的脱硫石膏提供的硫酸根离子的作用下，发生水化反应，生成C-S-H凝胶与钙矾石微晶，有效的提高了材料的密实度，减少有机聚合物网络体系的“溶胀”破坏。同时，未来得及水化的微细颗粒可以起到堵塞孔逢，与有机聚合物嵌套成膜还可以起到阻隔聚合物与碱性水的直接接触的作用。

根据本发明，优选地，所述超细矿粉的细度为D90≥15μm，1天活性指数≥100％。

本发明中，超细矿粉为水淬高炉矿渣经烘干、粉磨(先立磨后球磨)、风选分选后得到的超细部分。

根据本发明，优选地，所述偏高岭土的细度为D90≥15μm，1天活性指数≥100％。

本发明中，细度为D90≥15μm是指通过15μm孔径的物料占物料总量的90％以上。

根据本发明，优选地，所述粉煤灰为一级粉煤灰和/或二级粉煤灰。

本发明中，一级粉煤灰和二级粉煤灰是按照GB/T1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》标准划分的一级和二级。

根据本发明，优选地，所述粉煤灰的强度活性指标≥70％，所述粉煤灰的烧失量≤8.0wt％，所述粉煤灰的游离氧化钙的含量≤4.0wt％。

本发明中，所述粉煤灰为燃煤电厂从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰。

根据本发明，优选地，所述硅灰的平均粒径为50-500nm；优选为50-200nm。

本发明中，所述硅灰是冶金电炉在高温时产生的SiO₂和Si气体与空气中的氧气迅速氧化并冷凝而形成的一种超细硅质粉体材料。

根据本发明，优选地，所述脱硫石膏的三氧化硫含量≥35wt％，45μm方孔筛筛余量≤20％。

本发明中，脱硫石膏为燃煤企业在治理烟气中的二氧化硫后而得到的工业副产石膏。

根据本发明，优选地，所述硫酸盐类添加剂为硫酸钠、硫代硫酸钠、硫酸钙、硫酸铝和硫酸铝钾中的至少一种。

作为优选方案，本发明的耐候纳米改性材料的制备方法为：将超细矿粉，偏高岭土，粉煤灰，硫酸盐类添加剂以及任选的硅灰和脱硫石膏混合均匀，得到所述耐候纳米改性材料。

根据本发明，优选地，以所述瓷砖胶的总重量计，所述耐候性添加剂的添加量为1.5-10wt％。

本发明中，所述以所述瓷砖胶的总重量计中的瓷砖胶不包括耐候性添加剂。

以下通过实施例进一步说明本发明：

以下各实施例所用的超细矿粉的细度为D90≥15μm，1天活性指数为110％；偏高岭土的细度为D90≥15μm，1天活性指数为105％；二级粉煤灰(所用的粉煤灰为燃煤电厂从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰)的强度活性指标为73％，烧失量为3wt％，游离氧化钙的含量为2wt％；硅灰的平均粒径为100nm；脱硫石膏的三氧化硫含量为41wt％，45μm方孔筛筛余量为15％。

以下各对比例和应用实例所用的瓷砖胶中：MGH12纤维素醚购自上海惠广精细化工有限公司，5010N胶粉购自瓦克化学(中国)有限公司，DA1100胶粉购自大连化学工业股份有限公司。

以下表1至表3中的加水量的百分比是指以瓷砖胶的总重量计。

实施例1

本实施例提供一种瓷砖胶粘剂的耐候纳米改性材料，以所述耐候纳米改性材料的总重量计，该耐候纳米改性材料由如下组分组成：超细矿粉45wt％，偏高岭土31wt％，二级粉煤灰10wt％，硅灰4wt％，脱硫石膏5wt％和硫酸盐类添加剂5wt％；其中，所述硫酸盐类添加剂为硫酸铝钾。

具体制备方法为：将超细矿粉，偏高岭土，二级粉煤灰，硅灰，脱硫石膏和硫酸盐类添加剂混合均匀，得到所述耐候纳米改性材料。

对比例1和应用实例1-3所用的瓷砖胶配方(所述瓷砖胶配方不包括耐候纳米改性材料)见表1：其中，对比例1中不添加实施例1制备的耐候纳米改性材料，应用实例1-3分别添加了20kg、40kg和60kg的实施例1制备的耐候纳米改性材料；按照JC/T 547-2017《陶瓷墙地砖胶粘剂》要求检测其浸水拉伸粘结强度、冻融循环后的拉伸粘结强度与热老化后的拉伸粘结强度，具体检测结果见表1。

表1

实施例2

本实施例提供一种瓷砖胶粘剂的耐候纳米改性材料，以所述耐候纳米改性材料的总重量计，该耐候纳米改性材料由如下组分组成：超细矿粉47wt％，偏高岭土33wt％，二级粉煤灰10wt％，脱硫石膏5wt％和硫酸盐类添加剂5wt％；其中，所述硫酸盐类添加剂为硫酸铝和硫代硫酸钠，所述硫酸铝和硫代硫酸钠的质量比为2：1。

具体制备方法为：将超细矿粉，偏高岭土，二级粉煤灰，脱硫石膏和硫酸盐类添加剂混合均匀，得到所述耐候纳米改性材料。

对比例2和应用实例4-6所用的瓷砖胶配方(所述瓷砖胶配方不包括耐候纳米改性材料)见表2：其中，对比例2中不添加实施例1制备的耐候纳米改性材料，应用实例4-6分别添加了30kg、50kg和70kg的实施例2制备的耐候纳米改性材料；按照JC/T 547-2017《陶瓷墙地砖胶粘剂》要求检测其浸水拉伸粘结强度、冻融循环后的拉伸粘结强度与热老化后的拉伸粘结强度，具体检测结果见表2。

表2

实施例3

本实施例提供一种瓷砖胶粘剂的耐候纳米改性材料，以所述耐候纳米改性材料的总重量计，该耐候纳米改性材料由如下组分组成：超细矿粉53wt％，偏高岭土26wt％，二级粉煤灰8wt％，硅灰5wt％和硫酸盐类添加剂8wt％；其中，所述硫酸盐类添加剂为硫酸钠和硫酸铝，所述硫酸钠和硫酸铝的质量比为2：1。

具体制备方法为：将超细矿粉，偏高岭土，二级粉煤灰，硅灰和硫酸盐类添加剂混合均匀，得到所述耐候纳米改性材料。

对比例3和应用实例7-9所用的瓷砖胶配方(所述瓷砖胶配方不包括耐候纳米改性材料)见表3：其中，对比例3中不添加实施例3制备的耐候纳米改性材料，应用实例7-9分别添加了20kg、40kg和60kg的实施例3制备的耐候纳米改性材料；按照JC/T 547-2017《陶瓷墙地砖胶粘剂》要求检测其浸水拉伸粘结强度、冻融循环后的拉伸粘结强度与热老化后的拉伸粘结强度，具体检测结果见表3。

表3

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims

1.耐候纳米改性材料作为瓷砖胶粘剂的耐候性添加剂的应用，其特征在于，以所述瓷砖胶的总重量计，所述耐候性添加剂的添加量为1.5-10wt%；

以所述耐候纳米改性材料的总重量计，该耐候纳米改性材料由如下组分组成：超细矿粉 30-80wt%，偏高岭土 20-50 wt%，粉煤灰 5-15wt%，硅灰4-10 wt%，脱硫石膏5-8wt%和硫酸盐类添加剂 2-10wt%；

所述超细矿粉的细度为D90≥15μm，1天活性指数≥100%；

所述偏高岭土的细度为D90≥15μm，1天活性指数≥100%；

所述粉煤灰为一级粉煤灰和/或二级粉煤灰，所述粉煤灰的强度活性指标≥70%；

所述硅灰的平均粒径为50-500nm；

所述脱硫石膏的45μm方孔筛筛余量≤20%。

2.根据权利要求1所述的应用，其中，所述粉煤灰的烧失量≤8.0wt%，所述粉煤灰的游离氧化钙的含量≤4.0wt%。

3.根据权利要求1所述的应用，其中，所述脱硫石膏的三氧化硫含量≥35wt%。

4.根据权利要求1所述的应用，其中，所述硫酸盐类添加剂为硫酸钠、硫代硫酸钠、硫酸钙、硫酸铝和硫酸铝钾中的至少一种。