韓菲菲，孫洪明，許紅升，曹楊

（山東建筑科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250031）

GPES硬質(zhì)泡沫復(fù)合塑料保溫板專(zhuān)用界面劑的研制

韓菲菲，孫洪明，許紅升，曹楊

（山東建筑科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250031）

采用預(yù)乳化半連續(xù)種子乳液聚合方法合成了GPES保溫板專(zhuān)用界面劑有機(jī)硅改性丙烯酸乳液。通過(guò)引入丙烯酸異辛酯（2-EHA）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、苯乙烯（St）和功能性單體丙烯酸（AA）和硅烷偶聯(lián)劑（A-174、A-151），提高GPES保溫板的粘結(jié)強(qiáng)度。研究了軟硬單體比例、丙烯酸用量、硅烷偶聯(lián)劑用量及配比對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響。測(cè)試結(jié)果表明，合成的專(zhuān)用界面劑能顯著提高GPES保溫板與砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度。

GPES保溫板；界面劑；有機(jī)硅改性丙烯酸乳液；粘結(jié)強(qiáng)度

0 前言

GPES保溫板是由多種高分子聚合物與改性納米石墨顆?；鞜?，高壓注入超臨界二氧化碳流體，經(jīng)低溫高壓釋放壓制成型的新型高效保溫材料，具有低導(dǎo)熱系數(shù)、低吸水率、優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性和力學(xué)性能等特點(diǎn)。由于GPES為完全閉孔結(jié)構(gòu)，表面光滑呈高疏水性，與砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度較低，容易出現(xiàn)保溫板脫落、粘結(jié)不牢等現(xiàn)象。常用于保溫板界面處理的純丙烯酸乳液和通用型的界面劑，能在一定程度上改善GPES保溫板與砂漿的粘結(jié)效果，但效果并不很理想。為更好地發(fā)揮GPES保溫板的使用效果，根據(jù)GPES保溫板表面特征，研制出GPES保溫板專(zhuān)用界面劑。GPES保溫板經(jīng)專(zhuān)用界面劑處理后，具有更加優(yōu)異的附著力、耐水性和耐凍融性，與砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度大幅提高，滿(mǎn)足GPES硬質(zhì)泡沫復(fù)合塑料保溫板外墻外保溫系統(tǒng)的整體要求。本文采用預(yù)乳化半連續(xù)種子乳液聚合方法制備GPES保溫板專(zhuān)用界面劑。

1 GPES保溫板

GPES泡沫保溫材料不采用四氟乙烷、戊烷以及氟利昂等發(fā)泡劑，而是采用含二氧化碳的復(fù)合發(fā)泡劑超臨界流體發(fā)泡、改性材料及多種高分子聚合物與連續(xù)顆粒級(jí)配的納米材料混煉而成，見(jiàn)圖1。

圖1 GPES板材及其微觀形貌

與現(xiàn)有的保溫板相比，該新型GPES保溫板具有導(dǎo)熱系數(shù)更低，能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定在0.026 W/（m·K）以下，密度小于36 kg/m3。具有較高的壓縮強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、吸水率小、抗?jié)裥院?、尺寸穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，燃燒性能為B級(jí)，同樣節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)下，其厚度可比EPS板、XPS板薄30%左右，與聚氨酯保溫板相當(dāng)，同時(shí)具備經(jīng)濟(jì)性，價(jià)格僅為聚氨酯保溫板的1/3。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 原材料

丙烯酸異辛酯（2-EHA）、苯乙烯（St），工業(yè)級(jí)，上海新大化工廠；甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸（AA），化學(xué)純，上海高橋丙烯酸廠；過(guò)硫酸銨（APS）、辛基苯酚聚氧乙烯醚（OP-10），工業(yè)級(jí)，北京化學(xué)試劑公司；硅烷偶聯(lián)劑（A-174、A-151），工業(yè)級(jí)，南京曙光化工集團(tuán)；去離子水，工業(yè)級(jí)；GPES保溫板，光面，表觀密度32kg/m3，厚50mm；粘結(jié)砂漿、抹面砂漿，自制。

2.2 GPES保溫板

垂直板面抗拉強(qiáng)度是衡量保溫板力學(xué)性能的主要指標(biāo)，是保證建筑外保溫工程正常使用功能的必要條件之一。

GPES保溫板陳化28d后按照GB/T30595—2014《擠塑聚苯板（XPS）薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)材料》進(jìn)行垂直于板面方向的抗拉強(qiáng)度測(cè)試。帶表皮和不帶表皮保溫板測(cè)試結(jié)果分別為0.61 MPa和0.64 MPa，說(shuō)明板材本身抗拉性能十分優(yōu)異?？紤]到GPES保溫板表面光滑，且呈高疏水性，在實(shí)際采用砂漿粘結(jié)時(shí)會(huì)存在界面結(jié)合不牢等問(wèn)題。因此，研制GPES保溫板專(zhuān)用界面劑非常必要。

2.3 界面劑的合成

按比例將部分單體、乳化劑和水混合攪拌預(yù)乳化0.5 h備用。將剩余復(fù)合乳化劑和單體、水依次加入反應(yīng)容器中，溫度控制在70℃左右，攪拌速度為220 r/min。待反應(yīng)一段時(shí)間，同時(shí)緩慢滴加上述預(yù)乳化液和引發(fā)劑，當(dāng)預(yù)乳化液剩下1/3時(shí)開(kāi)始滴加硅烷偶聯(lián)劑單體，滴加結(jié)束后補(bǔ)加引發(fā)劑，3 h滴加完畢，再保溫1 h，待降至室溫，用濾網(wǎng)過(guò)濾后得到乳液。界面劑的合成配方見(jiàn)表1。

表1 GPES保溫板專(zhuān)用界面劑配方

3 結(jié)果與討論

3.1 軟硬單體選擇與配比

本實(shí)驗(yàn)硬單體選擇苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯，軟單體選擇丙烯酸異辛酯。乳液的玻璃化溫度的調(diào)整是通過(guò)在配方中調(diào)整軟硬單體的比例，設(shè)定乳液的玻璃化溫度[1]為18℃。參考半經(jīng)驗(yàn)Fox公式和前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果，把硬單體MMA與St的質(zhì)量比設(shè)為1∶2，通過(guò)調(diào)整軟硬單體的比例，考察其對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 軟硬單體質(zhì)量比對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響

由表2可見(jiàn)，軟硬單體質(zhì)量比為50∶50時(shí)，拉伸粘結(jié)原強(qiáng)度和耐水拉伸粘結(jié)強(qiáng)度最高，且破壞斷面在GPES保溫板內(nèi)。因此，軟硬單體合適的配比為：m（2-EHA）∶m（MMA）∶m（St）= 50∶16.7∶33.3。

3.2 交聯(lián)單體丙烯酸對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響

丙烯酸聚合反應(yīng)時(shí)可以使聚合物鏈產(chǎn)生交聯(lián)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)界面劑的剛性。在成膜時(shí)極性基團(tuán)與GPES板表面的極性基團(tuán)相互作用，增強(qiáng)界面劑的附著力。本文研究了丙烯酸用量對(duì)GPES保溫板與砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明，當(dāng)丙烯酸用量為單體總量的1.5%時(shí)，拉伸粘結(jié)原強(qiáng)度和耐水拉伸粘結(jié)強(qiáng)度均最高，AA用量繼續(xù)增大，強(qiáng)度反而會(huì)降低。這可能與丙烯酸量的增加使得反應(yīng)體系黏度增大，影響體系轉(zhuǎn)化率有關(guān)。因此，選擇丙烯酸用量為1.5%。

3.3 硅烷偶聯(lián)劑對(duì)耐水粘結(jié)強(qiáng)度的影響

硅烷偶聯(lián)劑的不飽和雙鍵在引發(fā)劑的作用下與丙烯酸酯類(lèi)不飽和雙鍵聚合[3]，另一端Si—O長(zhǎng)鍵則伸展到乳液表面形成緊密的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，水分子很難滲透到聚合物內(nèi)部，可以顯著改善界面劑的耐水性。因此，重點(diǎn)考察硅烷偶聯(lián)劑總量和m（A-151）∶m（A-174）配比對(duì)耐水拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

從圖2可以看出，A-174比例的增加可以提高界面劑的耐水性和粘結(jié)強(qiáng)度，當(dāng)m（A-151）∶m（A-174）=1∶2時(shí)，耐水拉伸粘結(jié)強(qiáng)度明顯高于其它2個(gè)配比，且當(dāng)硅烷偶聯(lián)劑總量為4%時(shí)，耐水拉伸粘結(jié)強(qiáng)度最大。因此選擇硅烷偶聯(lián)劑總量為4%，m（A-151）∶m（A-174）=1∶2。

圖2 硅烷偶聯(lián)劑用量和m（A-151）∶m（A-174）比例對(duì)耐水拉伸粘結(jié)強(qiáng)度影響

3.4 與粘結(jié)砂漿拉伸粘結(jié)強(qiáng)度

按上述配方制得的界面劑穩(wěn)定性良好。在相同條件下，將專(zhuān)用界面劑、純丙烯酸乳液和通用型界面劑分別用于GPES保溫板，測(cè)試其與粘結(jié)砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度（見(jiàn)表3）。

表3 GPES保溫板與粘結(jié)砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度

由表3可見(jiàn)，使用純丙烯酸乳液的試樣粘結(jié)強(qiáng)度不能符合GB/T 30595—2014要求，且試樣均在界面處破壞；采用通用型界面劑的試樣剛能符合GB/T 30595—2014要求。采用專(zhuān)用界面劑的試樣28 d拉伸粘結(jié)原強(qiáng)度為0.64 MPa，已達(dá)到板材本身的垂直板面抗拉強(qiáng)度，耐水48 h粘結(jié)強(qiáng)度更是達(dá)到0.50 MPa以上，且所有試樣均在GPES板內(nèi)破壞，具有很高的工程應(yīng)用價(jià)值。

3.5 與抹面砂漿拉伸粘結(jié)強(qiáng)度

在相同條件下，將上述3種界面劑分別用于GPES保溫板界面處理，測(cè)試與抹面砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度（見(jiàn)表4）。

由表4可見(jiàn)，采用專(zhuān)用界面劑的GPES保溫板與抹面砂漿28 d拉伸粘結(jié)原強(qiáng)度分別比采用純丙烯酸乳液和通用型界面劑的高218%、133%，其耐水、耐凍融拉伸粘結(jié)強(qiáng)度更是提高2～4倍。表明采用專(zhuān)用界面劑可以使GPES保溫板外墻外保溫系統(tǒng)更安全。

表4 GPES保溫板與抹面砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)高效保溫材料GPES保溫板的特點(diǎn)，采用預(yù)乳化半連續(xù)種子乳液聚合方法合成了一種有機(jī)硅改性丙烯酸乳液型專(zhuān)用界面劑，軟硬單體比例為：m（2-EHA）∶m（MMA）∶m（St）= 50∶16.7∶33.3，丙烯酸用量為單體總質(zhì)量的1.5%，硅烷偶聯(lián)劑用量為4%，m（A-151）∶m（A-174）=1∶2。經(jīng)該界面劑處理的GPES保溫板與砂漿拉伸粘結(jié)原強(qiáng)度可達(dá)0.60 MPa以上，耐水、耐凍融拉伸粘結(jié)強(qiáng)度均能達(dá)到0.50 MPa，均優(yōu)于GB/T 30595—2014的要求，該專(zhuān)用界面劑能夠顯著提高GPES保溫板與砂漿的界面結(jié)合強(qiáng)度，在GPES保溫板外墻外保溫系統(tǒng)中可以取消部分錨栓，減少施工工序，降低工程造價(jià)，具有很高的工程應(yīng)用價(jià)值和推廣應(yīng)用前景。

[1]鄧惠萍，候友軍，曾幸榮.乙烯基有機(jī)硅乳液的合成研究[J].化學(xué)與黏合，2006，28（3）：149-152.

[2]HE WEI-Dong.PAN CAI-YUAN.Influence of reaction between SecondmonomerandvinylgroupofseedPolysiloxaneon seeded emulsion Polymerization[J].Journal of APPlied Polymer Seienee，2001，80（14）：2752-2758.

[3]劉貴.有機(jī)硅改性丙烯酸乳液及其水性防腐涂料的研制[D].上海：華東理工大學(xué)，2012.

Development of exclusive interface agent for GPES rigid foam composite plastic insulation boards

HAN Feifei，SUN Hongming，XU Hongsheng，CAO Yang
（Shandong Academy of Science Building Research，Jinan 250031，China）

Organo-siloxane modified polyacrylic emulsion was synthesized by pre-emulsified and semi-continuous seed emulsion polymerization for GPES insulation boards exclusive interface agent.Acrylate（2-EHA），methyl methacrylate（MMA），styrene（St）and functional monomer such as acrylic acid（AA）and organo-siloxane（A-174，A-151），was respectively introduced to the latex to improve tensile adhesion strength on GPES.The effects of the ratio of soft or hard monomers and the amount and ratio of silicone modified agent on the bond strength are discussed.Test results show that synthesized exclusive interface agent can significantly improve the tensile bond strength of GPES insulation boards and mortars.

GPES insulation board，exclusive interface agent，organo-siloxane modified polyacrylic emulsion，bond strength

TU532+.4

A

1001-702X（2016）12-0040-03

住房城鄉(xiāng)建設(shè)部2015年科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目計(jì)劃（2015-K1-002）

2016-06-12

韓菲菲，女，1984年生，山東濟(jì)南人，工程師，碩士，主要從事建筑節(jié)能與新材料研究工作。