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建筑外墙保温用胶粘剂种类及制备方法的研究

来源:中国胶粘剂网 作者: 发布时间:2011-07-22

       摘要:简述建筑外墙保温技术;介绍建筑外墙保温用胶粘剂的特点、种类及制备方法;对我国建筑外墙保温用胶粘剂的发展提出一些看法。

  关键词:建筑;外墙保温;胶粘剂

  1 前言

  节能是目前世界面临的重大课题,我国作为发展中的能源消费大国尤为重视。2008年国务院发布实施《民用建筑节能条例》(国务院令第530号),把建筑节能作为我国的一项重要国策,还提出以20世纪80年代初建筑能耗为基准实现建筑节能50%的目标。建设部已陆续制定了《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》(JGJ26—95)、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ134—2001)、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》(JGJ75—2003);《公共建筑节能设计标准》(GB50189—2005),已作为国家标准实施。这些标准都把改善建筑围护结构的保温隔热性能作为节能的重要措施,而围护结构中面积最大、热损失也最大的是外墙。这就是说,我国从北方到南方的绝大部分地区,凡是需要采暖和空调的建筑外墙都应该采取保温隔热措施,不仅新建筑要执行,现有不符合标准的建筑也要逐步改造。这是一项庞大的任务,也是一个巨大的市场,不仅需要先进的外墙保温设计和施工技术,还需要大量的、性能优良的保温隔热材料和配套的辅助材料。其中,胶粘剂是外墙保温工程中重要的配套材料之一。

  2 外墙保温技术

  外墙保温有3种方式:外墙内保温、墙体自保温、外墙外保温。多年实践表明,外墙外保温效果较好,如隔热性能优良,能保护主体结构,不占用室内建筑面积,不影响室内装修,可以把保温和外装修结合起来施工,便于今后维修翻新等。这种保温方式是目前我国建设部建议推广的技术,也是欧美普遍采用的技术。欧美在二次世界大战后便发展建筑外墙保温装饰技术,并已发展成完备的系统工程,称为外墙保温装饰系统(ExterierInsulationandFinishSystem,简称EIFS)。出现了一些专门从事外墙保温装饰工程的大公司,如DryvitSystem、STOCorp.,他们在我国的分公司,分别译为专威特公司和申德欧公司。他们不仅提供成熟的外墙保温装饰设计和施工方案,还提供全部配套材料进行施工。近年来,我国出现了类似的专业公司,但一般是采用或参考国际知名公司的技术,并全部或部分使用其材料。

  外墙外保温系统目前主要有下列5种:

  (1)膨胀聚苯(简称EPS)板薄抹灰外墙外保温系统

  这是目前国内外采用最多的外墙保温系统。其保温材料是泡沫聚苯乙烯,可以预成型为符合要求的板材,粘贴或机械固定在外墙上,也可以在施工现场喷涂或浇注发泡。

  聚苯乙烯泡沫的外表面都要用胶浆抹平,并粘贴或嵌入玻璃纤维网加强,然后进行装饰。

  我国建设部已制定该系统的行业标准,即《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》(JG149—2003)。其中粘贴法目前应用较多,其保温结构见图1。

  (2)胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统

  用胶粉、EPS颗粒及填料、助剂配成水基保温胶浆,采用涂覆或喷涂的方法粘接在基层墙体上,其保温层结构与图1相似,只是将EPS板换成EPS颗粒保温胶浆。为了保证保温胶浆与墙体粘接牢固,在墙面要先涂一层界面层,再涂覆保温胶浆。这一保温系统使用的高聚物粘合剂更多。建设部也已制定了行业标准,标准号为JGJ158—2004。

  (3)挤塑发泡聚苯乙烯(简称XPS)薄抹灰保温系统

  XPS比EPS密度大,机械强度高,作为保温层能承受更大的风压和冲击力,但是其自重也大,表面较难粘接,对胶粘剂的要求更高。一般粘接EPS的胶粘剂不能用,需要专用胶粘剂。

  (4)硬泡聚氨酯外墙外保温系统

  在目前的外墙保温材料中硬泡聚氨酯的保温效果最好,但价格也最高。其保温层结构和施工方法与(1)基本相同。需要使用与之配套的胶粘剂、底胶和抹面砂浆。这是我国目前正在推广的外墙保温技术,2007年建设部聚氨脂建筑节能应用推广工作组已制定《聚氨脂硬泡外墙外保温工程技术导则》。

  (5)无机类外墙外保温系统

  使用岩棉、玻璃棉毡作为保温材料,用有机聚合物胶粘剂,或无机粘合剂将其粘贴在外墙上。其优点是防火等级高、原料丰富,但吸水性强,保温效果较差。

  以上保温系统各有优缺点,可以根据具体情况和对建筑物的要求选用。我国地域辽阔,各地温度、湿度差别很大,除了选择保温方案,还要对配套材料慎重选择,特别是胶粘剂和抹面胶浆是决定保温工程质量的关键材料之一。本文所述胶粘剂主要指粘贴用胶和抹面胶浆,有时使用抗裂砂浆和界面砂浆。

  3 外墙保温用胶粘剂

  3.1 特点及性能要求

  外墙保温用胶粘剂作为在建筑现场大量使用的胶粘剂有以下特点:

  (1)有良好的耐水性、耐大气老化性能,按我国目前外墙保温规范要求,应能保证使用25年以上。

  (2)粘接强度不一定太高,但对无机材料、有机材料,即对亲水表面和疏水表面都要有良好的粘接性。

  (3)使用方便,易于现场配制和施工,有较长的适用期。

  (4)成本不能太高,价格能被建筑行业所接受。根据相关标准和技术规范,对外墙保温用胶粘剂的性能要求列于表1。

  表1中与膨胀保温板的拉伸粘接强度指用胶粘剂粘接EPS板和硬泡聚氨酯板,其干燥状态和浸水48h后的拉伸粘接强度均不得小于0.1MPa,并且应是EPS板和硬泡聚氨酯板破坏。

  抹面胶浆除要求与胶粘剂有相同的粘接强度和适用期外,还要求有更好的柔韧性。对水泥基胶浆要求弯曲强度≧7.5MPa,压缩强度/弯曲强度,即压折比≦3.0;对非水泥基胶浆要求开裂应变≧1.5%。

  除上述我国建设部行业标准规定的要求外,国外一些公司销售的外墙保温用胶粘剂有更多的性能指标。如Dryvit公司的用于外墙保温胶粘剂和抹面胶浆的产品,牌号为Genesis,增加的性能要求列于表2。

  3.2 现用外墙保温用胶粘剂种类

  目前建筑外墙保温工程使用的胶粘剂按形态可分为2类。

  一是液态胶粘剂。一般是有机高分子分散液,配套提供专用的由水泥、填料、添加剂等混合好的粉料,将2者混合便可使用;有些厂商只提供液态胶粘剂,由用户在使用时自己按要求混入水泥、填料、添加剂等助剂。这类胶粘剂使用时操作较复杂,但粘接性能好,还可以根据需要随时调整配方。

  二是干粉胶粘剂。是由生产厂家用高分子乳胶粉、水泥、填料、各种添加剂混合好的粉料,只需加水搅拌均匀即可使用,操作简便。也有些厂商,如Wacker公司,提供可再分散乳胶粉,由用户自行配制。从材料类型分主要有下列5种:

  (1)乙烯酯类聚合物

  主要有乙酸乙烯酯均聚物(PVA)、乙酸乙烯酯-乙烯共聚物(VAE)、乙酸乙烯酯-乙烯-氯乙烯共聚物(VAEC)、长链脂肪酸乙烯酯-乙烯共聚物、乙酸乙烯酯-丙烯酸丁酯-丙烯酸异辛酯共聚物。

  (2)丙烯酸酯聚合物

  主要有丙烯酸丁酯-丙烯酸异辛酯聚合物、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯和/或丙烯酸异辛酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-1,3-丁二烯共聚物。

  (3)氯乙烯聚合物

  主要有氯乙烯-乙烯共聚物、氯乙烯-丙烯酸酯共聚物。

  (4)苯乙烯聚合物

  主要有苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-丙烯酸丁酯或丙烯酸异辛酯共聚物。

  (5)聚氨酯类聚合物

  一般是多元醇和多异氰酸酯的预聚体,制成单组分聚氨酯胶粘剂。

  目前建筑外墙保温工程使用的胶粘剂主要是以瓦克(Wacker)公司为代表的乙烯酯类聚合物体系和以专威特(Dryvit)公司为代表的丙烯酸类聚合物体系,都已形成成熟稳定的市场。

  3.3 胶粘剂制备方法

  制备外墙保温用胶粘剂和抹面胶浆的基础聚合物已在3.2节叙述,其中除聚氨酯外,其他体系一般都是采用乳液聚合或悬浮聚合方法制成水分散液,然后加入适当助剂和添加剂,作为液态胶粘剂销售;也可通过喷雾干燥制成可再分散乳胶粉销售或将可再分散乳胶粉与水泥、填料等混合便制成干粉砂浆。

  这3种形式的产品都可以在施工现场配制成胶粘剂和抹面胶浆。其基本制备方法见下例。

  Wacker公司一种可分散乳胶粉的组成如下:

  (1)100份(质量份,下同)乙酸乙烯酯/乙烯共聚物分散液,2者质量比78/22,固体含量50%。根据需要也可以选择其他分散液。

  (2)2~15份聚乙烯醇,作为保护胶体。

  (3)3~30份细粉状抗凝聚剂,如硅酸铝、碳酸钙、碳酸镁等。

  (4)1~15份胺基聚乙烯醇,可提高粘接强度。

  (5)0~30份水泥流化剂,如三聚氰胺/甲醛、萘黄酸/甲醛缩合物等。

  (6)0~20份表面活性剂,如烷基聚乙二醇、乙二醇/丙二醇共聚醚等。

  (7)0~3份增稠剂,如聚丙烯酸。

  (8)0~2份消泡剂,如有机硅消泡剂、液态烃消泡剂。

  其中(5)~(8)组分是可以选择添加的。除组分(3)外,将所有组分混合均匀,进行喷雾干燥,同时均匀地加入组分(3),便制成可再分散乳胶粉。

  将可再分散乳胶粉与水泥、填料及助剂配合可以制成水泥基干粉砂浆。一种水泥基干粉砂浆的基本配方如下:

  (1)0.5%~80%(质量分数,下同)普通硅酸盐水泥;

  (2)0~97%填料,如石英砂、石英粉、碳酸钙等。

  (3)0~3.5%增稠剂,如纤维素醚、淀粉醚等。

  (4)1.0%~80%可再分散乳胶粉;

  (5)0.02%~4.0%锌化合物,如氧化锌、氢氧化锌等。

  (6)0~30%碱金属和/或碱土金属氢氧化物。

  总计100%。其中(5)、(6)2组分可以改善胶浆的操作性能,延长适用期。

  用类似的方法可以制备丙烯酸系列的胶粘剂和抹面胶浆。H.E.Chris等人以甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯为基本单体,加入少量的其他带不饱和双键的辅助单体制成水分散液,其平均粒度小于1.15μm;固含量45%~55%;玻璃化温度T为-25~+35℃。在分散液中加入保护胶体聚乙烯醇和抗凝聚剂黏土,在100~170℃的气流中进行喷雾干燥,制成可再分散乳胶粉,再与水泥、填料混合制成水泥基干粉砂浆。

  4 对外墙保温胶粘剂发展的一些看法

  建筑外墙保温装饰技术在欧美的应用已有60多年的历史,积累了丰富的经验,但也出现过一些问题。上个世纪70年代石油危机爆发后,出于节能的需要,在公共建筑和民用建筑上都普遍推广外墙保温装饰技术。

  但到了80年代末期,许多保温的建筑出现了漏水。当然,漏水是由多方面的原因造成的,胶粘剂的老化开裂是原因之一。因而,提高胶粘剂的耐老化性、粘接性、柔韧性、透水汽而不漏水等性能便引起重视。再加上防火法规日益严格,还要求胶粘剂具有耐烧蚀性和阻燃性。国外的许多公司在这方面做了大量工作,例如,在制备乙烯酯类和丙烯酸类水分散液时引入各种多功能基单体,提高聚合物的交联密度,取得较好的效果。我国的外墙保温起步较晚,我们可以借鉴国外的先进技术和经验,但也必须根据我国地域辽阔、气候复杂的特点,针对他们出现过的问题进行认真的研究。

  从上述对胶粘剂的性能要求看,我认为聚氨酯类和环氧树脂胶粘剂有明显的优势,因为它们是热固性树脂,交联密度高,耐老化性好,粘接性好;柔韧性、阻燃性都易调节。

  聚氨酯在建筑外墙保温领域是一种新的胶粘剂,虽然价格比现用的乙烯酯类和丙烯酸类产品要高,但对多种材料都有好的粘接性能,可以粘接XPS、聚氨酯保温板等新型保温材料;耐老化性能优良,柔韧性好;可以薄层涂胶,还可以点涂,因而用量少,仍有一定的市场竞争力。专威特公司已有单组分聚氨酯胶粘剂销售,产品牌号为APAdhesive。我们为粘接聚乙烯管道研制了一种单组分湿气固化聚氨酯胶粘剂,粘接聚乙烯板材的拉剪强度可达0.6MPa,耐水性优良,通过配方调整,可以用于外墙保温胶粘剂。

  水基环氧树脂与水泥相容性很好,是建筑领域优良的胶粘剂。经过多年的研究和应用,已有不同性能的多种产品。例如,AirProducts公司的Anquamine701水基乳化-固化剂,与环氧树脂配合可用作自流平地坪涂料,可透水汽但不漏水,可形成所谓“能呼吸的漆膜”,正好符合现在外墙保温胶粘剂的要求。但使用不方便,需要在现场与环氧树脂混合。这是可以改进的,比如制成单包装的产品,施工前只需与水泥混合便可使用。我们曾研制了单组分环氧树脂-二胺盐乳液,只需加入适当比例的水泥,便可作为胶粘剂使用,对钢板的粘接强度达5MPa,对混凝土的粘接强度达3MPa以上。如果能把这2个技术结合起来,就可以很好地满足外墙保温胶粘剂的要求。

  5 结束语

  作为建筑外墙保温用胶粘剂,国外已有乙烯酯类和丙烯酸类2个系列的成熟产品。应该根据我国的实际情况,在吸收其先进技术的基础上针对不同的需要进行改进,并开发更适合外墙保温要求的新产品,例如聚氨酯和水基环氧树脂系列的胶粘剂。

  外墙保温用胶粘剂是一种实用性很强的胶粘剂,不仅胶粘剂本身要具备优良的性能,还要与适宜的施工技术相配合,才会取得好的效果。因此,开发外墙保温用胶粘剂必须与有关建筑行业合作,不断研制,不断试用,方能尽快为市场所接受,以取得更好的社会经济效益。



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