VAE 型可再分散乳胶粉的制备与性能研究

文/李春雏 王大莲（安徽皖维花山新材料有限责任公司）

可再分散乳胶粉是指由聚合物乳液加入其他物质改性后经喷雾干燥而成，以水作为分散介质可再分散成乳液，具有可再分散性的聚合物粉末[1]。VAE 型可再分散乳胶粉是指以乙酸乙烯—乙烯共聚乳液为主要原材料生产的可再分散乳胶粉。它通常与水泥等无机粘结剂配合使用，可显著提高砂浆的粘结力和内聚力，降低弹性模量、吸水率，增强抗折强度等。皖维公司生产的VAE 型可再分散乳胶粉可与水泥、填充料等按照一定的配比在工厂预拌、包装成干混砂浆产品，现场加水拌和即可使用，目前广泛应用于各种建筑粘合剂、建筑腻子、墙体外保温及饰面系统、墙体抹平胶、粉末涂料等[2]。

一、 试验部分

1.实验原料

喷雾干燥试验原料：聚乙烯醇（PVA0488），工业品，安徽皖维公司；乙酸乙烯—乙烯共聚乳液(VAE)，工业品，广西皖维公司；超细碳酸钙粉，工业品，市售；二氧化硅粉，工业品，市售。

应用性能试验原料：水泥，P·O 42.5 皖维水泥；标准砂，符合GB/T 17671—1999 要求；石英砂，40～140 目，符合JGJ 52—92 要求；纤维素醚，40000cp；木质纤维；重质碳酸钙，150 目。

2.实验设备及仪器

喷雾干燥设备：江苏无锡机械厂，适用于中试。

性能检测仪器：DMP-Ⅱ型堆积密度测定仪，郑州磨料磨具磨削研究所；HB43-S 型卤素水分测定仪，梅特勒—托利多；SX2-2.5-10 箱式电阻炉，上海圣科；F120 型pH 计，梅特勒—托利多；LS-C（Ⅱ）激光粒度仪，珠海欧美克；桌上型电脑式伺服材料试验机，东莞市力显仪器公司。

3.可再分散乳胶粉的制备

（1）喷雾液制备。将溶解好的PVA0488 水溶液加入到调配釜中，开启搅拌，加入VAE 乳液混合搅拌30min，得一定固含量和粘度的喷雾液。

（2）喷雾干燥。将喷雾液缓慢升温至60℃，进行喷雾干燥。首先进行系统空运转，开启引风机、排风机、雾化器、布袋收尘系统、气锤系统等，保持干燥塔负压-0.1MPa；然后加热进风，当干燥塔进风温度达到150℃时开始水运转，使出口温度保持在85℃左右；温度稳定后，开启分散助剂添加系统、进料系统，进料速率由低至高逐步调节；喷雾干燥颗粒与分散助剂在干燥塔内充分混合，再经布袋收尘、冷却去湿后，即制得可再分散乳胶粉。

4.VAE 型可再分散乳胶粉作用机理

（1）成膜过程。VAE 乳液是水分散体系，在使用过程中要形成均匀致密的薄膜[3]。为保证致密性和粘结性能，施工温度必须高于其最低成膜温度。可再分散乳胶粉在应用时同样要考虑其成膜性能，调整合适的最低成膜温度对选择用于改性水泥基材料的VAE 十分重要[4]。当施工温度高于乳液的最低成膜温度时，可再分散乳胶粉再分散乳液的成膜过程是：乳液或可再分散乳胶粉在水分散体干燥的后期，聚合物颗粒开始相互接触；进一步干燥引发了毛细管张力并使乳胶颗粒变形，结果形成了紧密堆积的多面体颗粒构造；在理想的薄膜中，聚合物通过迁移越过初始颗粒的边界。

（2）改性机理。水泥硬化过程中内部会产生很多空腔，水分很容易聚集在这些空腔内部[5]。随着水泥的固化干燥，这些空腔成了水泥基体的最薄弱部位，在加入可再分散聚合物乳胶粉后，“自润滑作用”使乳胶粉自行再分散到整个砂浆中，在水中良好的可再分散性使其迅速分散并形成乳液，充满于原先被水占据的空腔。随着干燥过程的进行，乳液再次脱水形成聚合物薄膜，并连续分布在水泥固化时所产生的空腔四周，这些附在空壁上的连续的聚合物薄膜能有效地吸收来自外界的应力，提高砂浆的综合性能。

二、结果与讨论

1.产品技术指标

依照GB/T 29594—2013《可再分散性乳胶粉》[6]对产品进行检测，结果见表1。根据检测结果，产品技术指标符合国标要求。

2.产品应用性能

依据GB/T 29906—2013《模塑聚苯板薄抹灰外墙保温系统材料》[7]，对VAE 型可再分散性乳胶粉产品进行了应用性能测试，结果见表2。粘结砂浆配方：42.5 普硅水泥350g、石英砂530g、重质碳酸钙90g、纤维素醚2g、木质纤维3g、VAE 型胶粉40g、水200g。

表1 VAE 型可再分散性乳胶粉的技术指标比较表

表2 胶粉改性砂浆拉伸粘结强度比较表（单位：MPa）

为评价胶粉质量对拉伸粘结强度的影响，对配方进行调整，将胶粉由40g 逐步降到35g、30g、25g、20g 进行测试，结果见表3。结果表明，VAE 型胶粉改性砂浆满足标准要求，但随着胶粉掺量的逐步下降，其拉伸粘结强度呈下降趋势。

表3 不同胶粉掺量对改性砂浆拉伸粘结强度影响对比表（单位：MPa）

3.干燥系统进出口温度对胶粉成品的表观和应用性能影响

干燥塔的进出口温度是整个生产工艺稳定和产品质量的重点[8]，将干燥塔出风温度保持85℃不变，进风温度从130℃逐步提高到220℃；将进风温度保持150℃不变，出风温度从70℃逐步提高到120℃，分别取对应点的胶粉做拉伸粘结强度测试并观察干燥效果，结果见表4。

从结果可见，进出口温度过高或过低都会影响产品质量，导致产品拉伸粘结强度降低。进出口温度加大在一定范围内对胶粉干燥影响不大，但是空气和热能损耗相应提高。为此，工业化生产中将进出口温度与干燥速率相结合，适当提高进料温度，通过调整进出口温度、风量来达到提高产量的目的。合理的进口温度范围为150～200℃，出口温度为80～90℃。

表4 进出口温度对产品的影响

4.抗结块剂添加对稳定性的影响

将抗结块剂添加量从4%逐步提高到20%进行抗结块性能测试。实验结果表明，抗结块剂含量大于10%时，抗结块剂已能充分阻隔胶粉分子，起到抗结块作用。抗结块剂添加量越多，越不易结块。

三、结论

所生产的VAE 型胶粉完全可以满足GB/T 29594—2013《可再分散性乳胶粉》的技术要求；VAE 型胶粉改性砂浆可以满足GB/T29906—2013《模塑聚苯板薄抹灰外墙保温系统材料》中对胶粘剂的拉伸粘结强度的要求，但当胶粉掺量从4%逐步下降到2%时，其拉伸粘结强度呈下降趋势；干燥塔合理的进口温度为150～200℃，出口温度为80～90℃，在这一温度范围内，VAE 胶粉颗粒的特性和分散性可以得到有效保证，这一温度范围为有效温度范围；适当地添加抗结块剂能够有效保证胶粉的抗结块性能，当抗结块剂添加量大于10%时，胶粉抗结块性能即可得到有效保障。