CN116217179B - 一种高粘结性抗老化瓷砖胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，公开了一种高粘结性抗老化瓷砖胶及其制备方法。所述高粘结性抗老化瓷砖胶包括以下重量份数的组分：硅酸盐水泥80～120份，石英砂80～120份，硅藻土20～40份，可再分散乳胶粉10～20份，有机硅‑高级脂肪酸复合憎水剂2～10份，纤维素醚1～5份，聚羧酸减水剂1～2份。所述制备方法为：将硅酸盐水泥、石英砂和硅藻土搅拌混合均匀，然后依次加入可再分散乳胶粉、有机硅‑高级脂肪酸复合憎水剂、纤维素醚及聚羧酸减水剂搅拌混合均匀，得到高粘结性抗老化瓷砖胶干粉砂浆。本发明采用特殊的有机硅‑高级脂肪酸复合憎水剂，可显著提高瓷砖胶的粘结强度、防水性能和抗老化性能。

Description

一种高粘结性抗老化瓷砖胶及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种高粘结性抗老化瓷砖胶及其制备方法。

背景技术

传统上陶瓷墙地砖是用现场拌合的水泥砂浆胶结到墙面或地面上，这种方法既造成材料浪费和环境污染，又需要进行厚层施工而额外增加建筑物的荷载，另外传统水泥砂浆由于粘结性及抗老化性能较差容易发生脱落。近年来以干粉砂浆形式出现的瓷砖胶粘剂受到建筑行业的日益关注。与水泥砂浆比较，瓷砖胶以粘结强度较好、耐久性好、施工方便等特点被广泛用于室内、外的水泥基面或各类隔断砖底材组成的墙壁、地板中粘贴各类陶瓷砖和各类石材。

专利CN 112341123 B公开了一种抗海水腐蚀的瓷砖粘结剂，由以下重量份数原料制成：硫铝酸盐水泥熟料80-120份、高强石膏60-100份、硅酸盐水泥熟料10-40份、纳米偏高领土24-36份、煅烧凹凸棒土0.3-0.5份、石墨烯0.03-0.3份、石英砂80-150份、高效减水剂0.15-0.6份、木质纤维0.4-0.8份、膨胀剂0.1-0.5份、可再分散乳胶粉12-18份、聚硅氧烷粉末憎水剂10-15份、粒化高炉矿渣粉20-30份、疏水改性纤维素醚3-9份、硅酸钠0.6-1.2份。该发明的瓷砖粘结剂具有粘结早期强度高、耐腐蚀性能好、硬化后有微膨胀无收缩等特点，适用于海边别墅或建筑物装饰。专利CN 115010444 B公开了一种具有防水功能的陶瓷砖胶粘结剂，由35～40重量份普通硅酸盐水泥、50～60重量份石英砂或干河沙、0.2～0.5重量份纤维素醚、0.5～1.5重量份超细硅灰粉、1～2.5重量份可再分散乳胶粉、0.5～1.5重量份高级脂肪酸防水剂、0.1～0.5重量份有机硅粉末和0.05～0.1重量份淀粉醚制备而成。通过超细硅灰粉、可再分散乳胶粉、高级脂肪酸防水剂和有机硅粉末协同增强陶瓷砖胶粘结剂的粘结强度和防水性能。

上述专利技术均公开了采用有机硅粉末憎水剂以提高瓷砖胶的防水性，但常规有机硅粉末疏水性过强且与水泥等无机颗粒的相容性较差，导致其加水施工过程分散性能较差，且与水泥等无机颗粒的结合力较弱，对瓷砖胶的粘结强度和防水性能的提高作用还有进一步改善的空间。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种高粘结性抗老化瓷砖胶。

本发明的另一目的在于提供上述高粘结性抗老化瓷砖胶的制备方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种高粘结性抗老化瓷砖胶，包括以下重量份数的组分：

硅酸盐水泥80～120份，石英砂80～120份，硅藻土20～40份，可再分散乳胶粉10～20份，有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂2～10份，纤维素醚1～5份，聚羧酸减水剂1～2份；

所述有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂通过如下方法制备得到：

将含氢硅油和乙烯基硅烷偶联剂加入到有机溶剂中，然后加入氯铂酸催化剂搅拌混合均匀，氮气保护下升温至70～110℃反应，得到接枝硅烷偶联剂的聚硅氧烷溶液；然后加入高级脂肪酸搅拌溶解均匀，将混合体系真空干燥，得到有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂。

进一步地，所述含氢硅油是指数均分子量为1000～30000，含氢量为0.2～1.5％的含氢硅油。更优选数均分子量为5000～10000，含氢量为0.5～1.0％的含氢硅油。

本发明含氢硅油的分子量及含氢量对所得有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂的性能影响显著。含氢硅油分子量过低、含氢量过高其对于抗老化性能和防水性能的作用有限，且接枝的偶联基团容易过早水解交联，降低其后续的分散效果及与水泥等无机颗粒的结合效果；含氢硅油分子量过高、含氢量过低会导致溶解性较差，硅烷偶联剂的接枝量少且接枝活性降低，同样降低其后续的分散效果及与水泥等无机颗粒的结合效果。

进一步地，所述乙烯基硅烷偶联剂选自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。

进一步优选地，所述乙烯基硅烷偶联剂的加入量为含氢硅油含氢摩尔量的0.2～1.5倍。

进一步地，所述有机溶剂为乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、四氯化碳、煤油中的一种或两种以上的混合溶剂。

进一步地，所述高级脂肪酸为硬脂酸、软脂酸和珠光脂酸中的至少一种。

进一步优选地，所述高级脂肪酸的加入量为含氢硅油质量的0.5～4倍。

本发明采用高级脂肪酸与接枝硅烷偶联剂的聚硅氧烷形成物理共混结构，使其方便添加、易于分散，能够促进聚硅氧烷链上的偶联基团在后续的施工过程与水泥砂浆等无机颗粒进行偶联反应。

进一步地，所述硅酸盐水泥优选强度为42.5的普通硅酸盐水泥。

进一步地，所述石英砂的粒度为100～200目。

进一步地，所述可再分散乳胶粉选自乙烯-醋酸乙烯酯共聚胶粉、丙烯酸胶粉或丙烯酸酯-苯乙烯共聚胶粉。

进一步地，所述纤维素醚选自甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素或羟丙基甲基纤维素。

上述高粘结性抗老化瓷砖胶的制备方法，包括如下制备步骤：

将硅酸盐水泥、石英砂和硅藻土搅拌混合均匀，然后依次加入可再分散乳胶粉、有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂、纤维素醚及聚羧酸减水剂搅拌混合均匀，得到高粘结性抗老化瓷砖胶干粉砂浆。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的瓷砖胶采用特制的有机硅粉末憎水剂，相比常规有机硅粉末，其接枝有合适量的偶联基团，所得瓷砖胶干粉砂浆在后续加水施工过程中，经水解形成大量硅羟基可显著增强与水泥、石英砂等无机颗粒之间的结合力，在无机颗粒之间形成强疏水的聚硅氧烷网络，显著提高瓷砖胶的粘结强度、防水性能和抗老化性能。

(2)本发明采用高级脂肪酸与接枝硅烷偶联剂的聚硅氧烷形成物理共混结构，使其方便添加、易于分散，能够促进聚硅氧烷链上的偶联基团在后续的施工过程与水泥砂浆等无机颗粒进行偶联反应，显著提高瓷砖胶的粘结强度、防水性能和抗老化性能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例的一种高粘结性抗老化瓷砖胶，由以下重量份数的组分制备而成：

强度等级42.5的普通硅酸盐水泥100份，120目粒度石英砂100份，硅藻土30份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚胶粉15份，有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂7.5份，羟乙基纤维素3份，聚羧酸减水剂1.5份。

所述高粘结性抗老化瓷砖胶的制备方法为：按重量份称取各物料，将硅酸盐水泥、石英砂和硅藻土搅拌混合均匀，然后依次加入乙烯-醋酸乙烯酯共聚胶粉、有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂、羟乙基纤维素及聚羧酸减水剂搅拌混合均匀，得到高粘结性抗老化瓷砖胶干粉砂浆。

本实施例所述有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂通过如下方法制备得到：

将含氢硅油和乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂加入到异丙醇溶剂中，乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂的加入量为含氢硅油含氢摩尔量的0.8倍。然后加入氯铂酸的异丙醇溶液搅拌混合均匀，氮气保护下加热回流反应4h，得到接枝硅烷偶联剂的聚硅氧烷溶液；然后加入含氢硅油质量1.2倍的软脂酸搅拌溶解均匀，将混合体系真空干燥，得到有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂。

采用不同分子量及含氢量的含氢硅油(Mn＝500，H％＝1.6；Mn＝1000，H％＝1.25；Mn＝5000，H％＝0.9；Mn＝10000，H％＝0.56；Mn＝30000，H％＝0.21；Mn＝50000，H％＝0.12)分别制备得到复合憎水剂CMR-1、CMR-2、CMR-3、CMR-4、CMR-5和CMR-6。通过活性氢含量检测其硅烷偶联剂接枝率(实际反应的活性氢占理论反应活性氢的百分比)分别为91％、88％、85％、84％、79％和63％。由以上结果可以看出含氢硅油分子量越高其硅烷偶联剂接枝率越低，分子量超过30000后其接枝率显著降低，其原因在于含氢硅油分子量过高导致氢的反应活性降低，同时在溶剂中的溶解性较差，硅烷偶联剂的接枝率降低。

依据JC/T547-2017分别检测由不同复合憎水剂制备所得瓷砖胶的粘结性能、防水性能和抗老化性能，并以未加入复合憎水剂制备所得瓷砖胶作为对照组，结果如下表1所示。

表1

由表1结果可见，通过加入有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂可显著增强瓷砖胶的粘结性能、防水性能和抗老化性能。当采用低分子量高含氢硅油和高分子量低含氢硅油时，其对于粘结性能、防水性能和抗老化性能的改善效果均出现明显降低。其原因可能在于低分子量高含氢硅油由于接枝的偶联基团密度过高，容易过早产生水解自缩合交联，降低其后续的分散效果及与水泥等无机颗粒的结合效果。高分子量低含氢硅油由于偶联基团的接枝量少且接枝活性降低，同样降低其后续的分散效果及与水泥等无机颗粒的结合效果。

实施例2

本实施例的一种高粘结性抗老化瓷砖胶，由以下重量份数的组分制备而成：

强度等级42.5的普通硅酸盐水泥80份，120目粒度石英砂120份，硅藻土40份，丙烯酸胶粉20份，有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂4份，羟乙基纤维素4份，聚羧酸减水剂1份。

所述高粘结性抗老化瓷砖胶的制备方法为：按重量份称取各物料，将硅酸盐水泥、石英砂和硅藻土搅拌混合均匀，然后依次加入丙烯酸胶粉、有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂、羟乙基纤维素及聚羧酸减水剂搅拌混合均匀，得到高粘结性抗老化瓷砖胶干粉砂浆。

本实施例所述有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂通过如下方法制备得到：

将含氢硅油(Mn＝10000，H％＝0.56)和乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂加入到异丙醇溶剂中，乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂的加入量为含氢硅油含氢摩尔量的1.0倍。然后加入氯铂酸的异丙醇溶液搅拌混合均匀，氮气保护下加热回流反应4h，得到接枝硅烷偶联剂的聚硅氧烷溶液，测试硅烷偶联剂接枝率为87％；然后加入含氢硅油质量1倍的软脂酸搅拌溶解均匀，将混合体系真空干燥，得到有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂。

本实施例所得瓷砖胶的拉伸粘结原强度为1.37MPa，晾置20min拉伸粘结强度为1.35MPa，浸水后的拉伸粘结强度为1.24MPa，热老化的拉伸粘结强度为1.26MPa，冻融循环后的拉伸粘结强度为1.27MPa。

实施例3

本实施例的一种高粘结性抗老化瓷砖胶，由以下重量份数的组分制备而成：

强度等级42.5的普通硅酸盐水泥120份，120目粒度石英砂80份，硅藻土20份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚胶粉10份，有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂10份，羟乙基纤维素5份，聚羧酸减水剂2份。

所述高粘结性抗老化瓷砖胶的制备方法为：按重量份称取各物料，将硅酸盐水泥、石英砂和硅藻土搅拌混合均匀，然后依次加入乙烯-醋酸乙烯酯共聚胶粉、有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂、羟乙基纤维素及聚羧酸减水剂搅拌混合均匀，得到高粘结性抗老化瓷砖胶干粉砂浆。

本实施例所述有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂通过如下方法制备得到：

将含氢硅油(Mn＝10000，H％＝0.56)和乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂加入到异丙醇溶剂中，乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂的加入量为含氢硅油含氢摩尔量的0.5倍。然后加入氯铂酸的异丙醇溶液搅拌混合均匀，氮气保护下加热回流反应4h，得到接枝硅烷偶联剂的聚硅氧烷溶液，测试硅烷偶联剂接枝率为81％；然后加入含氢硅油质量1倍的软脂酸搅拌溶解均匀，将混合体系真空干燥，得到有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂。

本实施例所得瓷砖胶的拉伸粘结原强度为1.44MPa，晾置20min拉伸粘结强度为1.41MPa，浸水后的拉伸粘结强度为1.35MPa，热老化的拉伸粘结强度为1.31MPa，冻融循环后的拉伸粘结强度为1.30MPa。

对比例1

本对比例与实施例3相比，有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂的制备不加入乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂，其余相同。所述有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂通过如下方法制备得到：

将含氢硅油(Mn＝10000，H％＝0.56)加入到异丙醇溶剂中，然后加入含氢硅油质量1倍的软脂酸搅拌溶解均匀，将混合体系真空干燥，得到有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂。

本对比例所得瓷砖胶的拉伸粘结原强度为1.06MPa，晾置20min拉伸粘结强度为1.02MPa，浸水后的拉伸粘结强度为0.91MPa，热老化的拉伸粘结强度为0.88MPa，冻融循环后的拉伸粘结强度为0.85MPa。

对比例2

本对比例与实施例3相比，采用市购有机硅憎水剂(德国瓦克，SILRES BS 1001，硅烷/硅氧烷乳液)替代接枝硅烷偶联剂的聚硅氧烷，其余相同。所述有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂通过如下方法制备得到：

将有机硅憎水剂SILRES BS 1001加入到异丙醇溶剂中，然后加入有机硅憎水剂质量1倍的软脂酸搅拌溶解均匀，将混合体系真空干燥，得到有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂。

本对比例所得瓷砖胶的拉伸粘结原强度为1.10MPa，晾置20min拉伸粘结强度为1.06MPa，浸水后的拉伸粘结强度为0.93MPa，热老化的拉伸粘结强度为0.86MPa，冻融循环后的拉伸粘结强度为0.89MPa。

通过对比例1～2与实施例3的比较结果可以看出，通过在有机硅憎水剂主链接枝合适量的偶联基团，可以显著提高瓷砖胶的粘结强度、防水性能和抗老化性能。其原因在于偶联基团经加水施工过程中水解形成大量硅羟基可显著增强与水泥、石英砂等无机颗粒之间的结合力，在无机颗粒之间形成强疏水的聚硅氧烷网络，显著提高瓷砖胶的粘结强度、防水性能和抗老化性能。

对比例3

本对比例与实施例3相比，采用有机硅憎水剂和高级脂肪酸憎水剂分别加入替代有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂加入，具体如下：

本对比例的一种高粘结性抗老化瓷砖胶，由以下重量份数的组分制备而成：

强度等级42.5的普通硅酸盐水泥120份，120目粒度石英砂80份，硅藻土20份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚胶粉10份，有机硅憎水剂5份，软脂酸5份，羟乙基纤维素5份，聚羧酸减水剂2份。

所述高粘结性抗老化瓷砖胶的制备方法为：按重量份称取各物料，将硅酸盐水泥、石英砂和硅藻土搅拌混合均匀，然后依次加入乙烯-醋酸乙烯酯共聚胶粉、有机硅憎水剂、软脂酸、羟乙基纤维素及聚羧酸减水剂搅拌混合均匀，得到高粘结性抗老化瓷砖胶干粉砂浆。

本对比例所述有机硅憎水剂通过如下方法制备得到：

将含氢硅油(Mn＝10000，H％＝0.56)和乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂加入到异丙醇溶剂中，乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂的加入量为含氢硅油含氢摩尔量的0.5倍。然后加入氯铂酸的异丙醇溶液搅拌混合均匀，氮气保护下加热回流反应4h，得到接枝硅烷偶联剂的聚硅氧烷溶液，将溶液真空干燥去除溶剂及未反应原料，得到有机硅憎水剂。

本对比例所得瓷砖胶的拉伸粘结原强度为1.18MPa，晾置20min拉伸粘结强度为1.15MPa，浸水后的拉伸粘结强度为1.06MPa，热老化的拉伸粘结强度为1.03MPa，冻融循环后的拉伸粘结强度为1.04MPa。

通过本对比例与实施例3的比较结果可以看出，本发明采用接枝硅烷偶联剂的聚硅氧烷憎水剂与高级脂肪酸形成物理共混结构，可显著提高瓷砖胶的粘结强度、防水性能和抗老化性能。其原因在于高级脂肪酸防水剂的复合能够促进有机硅憎水剂在瓷砖胶体系中的混合分散效果，且能够起到稳定、保护接枝的硅烷偶联剂的作用，防止其过早水解交联，能够促进聚硅氧烷链上的偶联基团在后续的施工过程与水泥砂浆等无机颗粒进行偶联反应。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高粘结性抗老化瓷砖胶，其特征在于，包括以下重量份数的组分：

硅酸盐水泥80~120份，石英砂80~120份，硅藻土20~40份，可再分散乳胶粉10~20份，有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂2~10份，纤维素醚1~5份，聚羧酸减水剂1~2份；

所述有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂通过如下方法制备得到：

将含氢硅油和乙烯基硅烷偶联剂加入到有机溶剂中，然后加入氯铂酸催化剂搅拌混合均匀，氮气保护下升温至70~110℃反应，得到接枝硅烷偶联剂的聚硅氧烷溶液；然后加入高级脂肪酸搅拌溶解均匀，将混合体系真空干燥，得到有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂；

所述含氢硅油是指数均分子量为1000~30000，含氢量为0.2~1.5%的含氢硅油；所述乙烯基硅烷偶联剂选自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的一种高粘结性抗老化瓷砖胶，其特征在于，所述乙烯基硅烷偶联剂的加入量为含氢硅油含氢摩尔量的0.2~1.5倍。

3.根据权利要求1所述的一种高粘结性抗老化瓷砖胶，其特征在于，所述有机溶剂为乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、四氯化碳、煤油中的一种或两种以上的混合溶剂。

4.根据权利要求1所述的一种高粘结性抗老化瓷砖胶，其特征在于，所述高级脂肪酸为硬脂酸、软脂酸和珠光脂酸中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的一种高粘结性抗老化瓷砖胶，其特征在于，所述高级脂肪酸的加入量为含氢硅油质量的0.5~4倍。

6.根据权利要求1所述的一种高粘结性抗老化瓷砖胶，其特征在于，所述石英砂的粒度为100~200目。

7.根据权利要求1所述的一种高粘结性抗老化瓷砖胶，其特征在于，所述可再分散乳胶粉选自乙烯-醋酸乙烯酯共聚胶粉、丙烯酸胶粉或丙烯酸酯-苯乙烯共聚胶粉。

8.根据权利要求1所述的一种高粘结性抗老化瓷砖胶，其特征在于，所述纤维素醚选自甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素或羟丙基甲基纤维素。

9.权利要求1~8任一项所述的一种高粘结性抗老化瓷砖胶的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：

将硅酸盐水泥、石英砂和硅藻土搅拌混合均匀，然后依次加入可再分散乳胶粉、有机硅-高级脂肪酸复合憎水剂、纤维素醚及聚羧酸减水剂搅拌混合均匀，得到高粘结性抗老化瓷砖胶干粉砂浆。