盤登科，潘明德，謝方奎，季金茍

（1.重慶興渝新材料研究院有限公司，重慶 402761；2.重慶大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，重慶 401331）

0 前言

建筑膩子是以找平為主要目的的墻面基層處理材料。作為重要的配套輔材，建筑膩子的質(zhì)量直接影響到后續(xù)施工和整個裝修裝飾的品質(zhì)。其中，建筑室內(nèi)膩子由于與家庭裝修密切相關(guān)，其質(zhì)量和環(huán)保性能引起了越來越多的重視。目前，建筑室內(nèi)膩子有單組份干粉狀、液料加粉料雙組份和膏狀3種形態(tài)。干粉狀、液料加粉料雙組份膩子需現(xiàn)場配置攪拌，其質(zhì)量穩(wěn)定性差，且在施工過程中會產(chǎn)生大量的粉塵和建渣，造成環(huán)境污染，同時對施工人員的健康造成不良影響。相對而言，膏狀膩子由于在工廠中預(yù)先配制，性能穩(wěn)定，開蓋即可使用，不產(chǎn)生粉塵和建渣，綠色環(huán)保，是膩子行業(yè)發(fā)展的趨勢[1]。

目前市場上膩子膏主要以面層細(xì)找平為主，膏體稠度較低，填充性較差，不能用作底層找平，因而不能完全替代膩子粉或雙組份膩子。另有少量品牌膩子膏的膏體稠度相對較高，但施工性相對較差。與膩子粉或雙組份膩子相比，膩子膏技術(shù)不夠成熟，缺陷也很明顯，并且成本相對較高，市場沒有推廣應(yīng)用的動力，因而造成了當(dāng)前市場占有率很低的現(xiàn)狀。相應(yīng)的，對膩子膏的技術(shù)和應(yīng)用研究也很少，這也限制了膩子膏的品質(zhì)提升和推廣應(yīng)用。當(dāng)前關(guān)于膩子膏的研究主要是以乳液為主要粘結(jié)劑制備膩子膏并研究其性能，如徐峰[2]、張朝輝等[3]采用乳液復(fù)配聚乙醇制備膩子膏，探討了其性能影響因素和生產(chǎn)工藝。申蓓蓓[1]、吳軍和楊永強(qiáng)[4]則關(guān)注了膩子膏的耐水性能。另外，賈朦朦[5]對膩子膏生產(chǎn)工藝進(jìn)行了研究和優(yōu)化。單獨采用聚乙烯醇為粘結(jié)劑的膩子膏成本相對較低，如徐峰和儲健[6]采用NB建筑膠粘劑制得了低成本中性膩子膏。

顯然，當(dāng)前膩子膏類產(chǎn)品的推廣應(yīng)用存在技術(shù)瓶頸和成本劣勢，難以替代膩子粉和雙組份膩子。如能解決膩子膏不能用于底層粗找平的缺點，并通過優(yōu)化配方降低成本，提高施工性能，膩子膏將迎來爆發(fā)式增長。本研究以聚乙烯醇（PVA）為主要粘結(jié)劑，以重鈣粉、滑石粉等為填料，添加低剪切增稠劑、分散劑等制備了低成本底面層通用膩子膏。該膩子膏符合JG/T 298—2010《建筑室內(nèi)用膩子》的相關(guān)要求，其膏體稠度相對較大且施工性能良好，不僅可用于墻體面層精細(xì)找平，還可用于墻體底層粗找平，成本較低且儲存穩(wěn)定性較好，可以全面替代膩子粉或雙組份膩子。

1 試驗

1.1 原材料

聚乙烯醇：PVA2099、PVA1788，重慶川維化工有限公司；苯丙乳液：DC420，陶氏羅門哈斯；羧甲基纖維素（CMC）：西安益安科工貿(mào)有限公司；羥丙基甲基纖維素：HPMC400，上?；輳V精細(xì)化工有限公司；HPMC5W，HPMC7.5W，河北鴻苑纖維素有限公司；防腐劑：MBT-35，廣東迪美生物技術(shù)有限公司；消泡劑：羅地亞DF-681F；增稠劑：締合增稠劑A、非締合增稠劑B；分散劑：六偏磷酸鈉、聚丙烯酸鈉、壬基酚聚氧乙烯醚；重質(zhì)碳酸鈣（280目）、滑石粉（400目），鈉基膨潤土（400目）：均為市售產(chǎn)品。

1.2 配方設(shè)計

對于底面層通用的膩子膏，必須在保證施工性能的同時，提高膩子膏的填充性能。填充性能可以通過提高膏體的黏度和觸變性來實現(xiàn)，因而初始配方選用纖維素與膨潤土作為增稠劑和觸變劑，輔助低剪切增稠劑提高膩子膏的觸變性。另外，膩子膏中粉料占比非常大，因而必須添加分散劑使膏體分散均勻。由于滑石粉的結(jié)晶構(gòu)造呈層狀，因而具有易分裂成鱗片的趨向和特殊的滑潤性，所以添加一部分滑石粉以改善膏體施工性能。綜合上述因素，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)和實踐經(jīng)驗，確定膩子膏的基礎(chǔ)配方如表1所示。

表1 膩子膏的基礎(chǔ)配方及原材料相關(guān)作用

設(shè)計膩子膏的標(biāo)準(zhǔn)稠度為11 cm，按照基礎(chǔ)配方制備膩子膏樣品，通過改變原材料種類和用量和添加其他助劑，改善膩子膏的膏體狀態(tài)和施工性能，并測試相應(yīng)膏體的粘結(jié)強(qiáng)度、初期抗開裂性能、貯存穩(wěn)定性等。

1.3 性能測試方法

膩子膏性能：按照J(rèn)G/T 298—2010的相關(guān)要求進(jìn)行測試。

稠度測試：采用SY.116-QC厚漆膩子稠度測試儀，參照GB/T 1749—1979（1989）《厚漆、膩子稠度測定法》進(jìn)行測試；粘結(jié)強(qiáng)度：采用北京科達(dá)路橋試驗儀器廠生產(chǎn)的KBY-1型砂漿拉拔試驗機(jī)進(jìn)行測試；初期抗開裂性：采用天津市精科聯(lián)材料試驗機(jī)有限公司生產(chǎn)的QKL型初期干燥抗裂性試驗儀進(jìn)行測試；黏度：采用邦西儀器科技（上海）有限公司生產(chǎn)的NDJ-8s型數(shù)顯黏度計進(jìn)行測試。貯存穩(wěn)定性測試：將制備的膩子膏密封于包裝桶內(nèi)，分別于封裝第10、20、30、60、120、180d時察看產(chǎn)品狀態(tài)，測試其標(biāo)準(zhǔn)稠度、觸變系數(shù)和施工性能。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 粘結(jié)劑種類和用量對膩子膏粘結(jié)強(qiáng)度的影響

用于膩子膏的粘結(jié)劑一般有聚合物乳液和聚乙烯醇2種。粘結(jié)劑的類型和用量是決定膩子膏物化性能的主要因素，因此選取合適的粘結(jié)劑并確定其用量對膩子膏尤為重要?？紤]到性能和成本的均衡，選擇苯丙乳液DC420、PVA2099、PVA1788作為粘結(jié)劑進(jìn)行試驗研究。保持其他原材料用量不變，分別采用以上3種粘結(jié)劑并改變其用量制備膩子膏，試驗結(jié)果見圖1。

圖1 粘結(jié)劑種類和用量對膩子膏粘結(jié)強(qiáng)度的影響

由圖1可知，隨著粘結(jié)劑用量增加，膩子膏的粘結(jié)強(qiáng)度逐漸提高。當(dāng)苯丙乳液DC420用量為1.5%時，膩子膏的粘結(jié)強(qiáng)度為0.31MPa，略高于JG/T 298—2010中0.3 MPa的要求；當(dāng)DC420用量為3.0%時，膩子膏的粘結(jié)強(qiáng)度為0.46 MPa。當(dāng)PVA2099用量為0.75%時，膩子膏的粘結(jié)強(qiáng)度可達(dá)0.37 MPa；繼續(xù)增加PVA2099用量至1.5%時，膩子膏的粘結(jié)強(qiáng)度為0.63 MPa；隨后膩子膏粘結(jié)強(qiáng)度隨PVA2099用量增加變化幅度變小。當(dāng)PVA1788用量為0.75%時，膩子膏的粘結(jié)強(qiáng)度為0.32 MPa，用量為2.0%時，粘結(jié)強(qiáng)度為0.61MPa，表現(xiàn)出與PVA2099相似的變化趨勢。上墻測試表明，苯丙乳液DC420用量為1.5%時，膩子膏厚涂時出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，并且膩子層疏松、干擦掉粉；后續(xù)試驗表明，當(dāng)DC420用量為5%時，膩子層才具有一定強(qiáng)度，達(dá)到施工要求。而當(dāng)PVA2099和PVA1788用量為0.75%時，膩子膏均沒有出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，膩子層強(qiáng)度也可達(dá)到施工要求。這可能是由于PVA具有抑制漿體內(nèi)離析傾向、延緩和阻止膏體內(nèi)細(xì)裂紋擴(kuò)展的作用有關(guān)[7]。另外，增加PVA2099和PVA1788用量，膩子膏的稠度增大，觸變性較差，刮涂黏刀費力，施工性能較差。綜上，采用PVA2099作為粘結(jié)劑可在較低用量下達(dá)到JG/T298—2010的要求，同時不會出現(xiàn)厚涂開裂現(xiàn)象，因而后續(xù)試驗選用0.75%PVA2099為粘結(jié)劑制備膩子膏。

2.2 纖維素種類與用量對膩子膏稠度的影響

纖維素具有較好的增稠和觸變性能，可有效提升膩子膏的假塑性，從而提高其施工性能。同時，纖維素優(yōu)異的保水性能可以使膩子膏批涂到墻面后，能有效防止局部失水過快而導(dǎo)致的塑性開裂現(xiàn)象。膩子膏常用纖維素有HPMC、CMC、HEC等。出于成本考慮，本研究選用選用3種不同黏度的HPMC和CMC進(jìn)行試驗，調(diào)整纖維素用量，制備膩子膏并測定其稠度等性能。圖2為不同纖維素種類及用量對膩子膏稠度的影響。

由圖2可見，隨著纖維素用量的增加，膩子膏的稠度逐漸增大。其中以添加HPMC7.5W的膩子膏稠度隨其用量的增加增幅最大，用量為2.2%時即可達(dá)到設(shè)計稠度；添加HPMC 5W時次之，用量需2.5%；添加HPMC400時，用量需4%才能達(dá)到設(shè)計稠度。相對而言，添加CMC膩子膏的低剪切黏度較低，因而其用量需6.0%才能達(dá)到設(shè)計稠度，此時膏體施工性能較差。

圖2 纖維素種類及用量對膩子膏稠度的影響

進(jìn)一步對膏體稠度符合設(shè)計要求，分別添加HPMC 400，HPMC 5W，HPMC 7.5W、CMC和復(fù)合添加CMC、HPMC 7.5W的5組膩子膏進(jìn)行性能測試，結(jié)果如表2所示。

表2 不同纖維素對膩子膏性能的影響

由表2可以看出，添加HPMC400的膩子膏施工性能和膩子層質(zhì)量較好，貯存30 d稠度基本無變化，但保水性能相對不夠，施工第二遍時柔潤性較差，手感較為生澀，需進(jìn)一步提高保水性能。添加HPMC5W或HPMC7.5W的膩子膏則表現(xiàn)出較好的觸變性能，施工性能較好，但貯存穩(wěn)定性較差，膏體稠度變化較大，稠度值分別減小了1.4 cm和2.2 cm。同時，由于低剪切黏度過高，厚涂時膩子層均出現(xiàn)不同程度的蜂窩眼，較難用批刀收平。添加CMC時膩子膏表現(xiàn)出較好的保水性能和貯存性能，膩子層表觀效果也最好，但其施工性較差，嚴(yán)重黏刀，批刮生澀費力。為減少膩子層的蜂窩眼，提高貯存穩(wěn)定性，將CMC與HPMC按質(zhì)量比1.0∶2.2復(fù)配加入膩子膏，通過2種纖維素復(fù)配達(dá)到了較好的施工性能和保水性能，且貯存穩(wěn)定性較好，30 d稠度僅變化了0.6 cm，幾乎不存在后增稠現(xiàn)象。因此，后續(xù)試驗將采用CMC與HPMC復(fù)配的方式進(jìn)行進(jìn)一步研究。

2.3 膩子膏施工性能調(diào)整

目前市場上的膩子膏沒有得到大規(guī)模推廣應(yīng)用最主要的原因在于其施工性能相對較差，稠度小的膩子膏產(chǎn)品填充性較差，而稠度大的膩子膏產(chǎn)品爽滑性差，黏刀費力。因而，要想取代膩子粉或雙組份膩子，膩子膏除了降低成本，還必須提高其填充性能和施工性能。因而，必須在提高膩子膏稠度的同時，保證其施工性能。膩子膏的施工方式是刮涂，刮涂時施加于膩子膏的剪切力屬于中低速剪切力，因而具有理想施工性能的膩子膏應(yīng)該具有較大的低剪切黏度，而又有較小的中高剪切黏度，即具有較高的稠度或表觀黏度，以及較合適的觸變性。試驗表明，稠度值11cm時最為合適，過高時打開困難，過低時流掛填充性能不佳。另外，膩子膏的黏度較高，只能使用NDJ-8s的4號轉(zhuǎn)子，測試其在0.3、0.6 r/min時的黏度。因而，本研究無法采用慣用公式計算膩子膏的觸變系數(shù)It[8]，而是采用It=η0.3/η0.6來表征膩子膏的觸變性。

提高膩子膏的稠度可以通過增加PVA2099、膨潤土、纖維素和增稠劑的用量來實現(xiàn)。提高PVA2099的用量可以提高膩子膏稠度，但觸變性較差；纖維素可以提高膩子膏的中低剪切黏度，但用量過多時會降低觸變性，并且會給防腐帶來不利影響。因而，本研究選擇通過改變膨潤土和增稠劑的用量來調(diào)節(jié)膩子膏的稠度和觸變性，以期達(dá)到較為理想的施工性能。

2.3.1 膨潤土用量對膩子膏稠度的影響

膨潤土可提高膩子膏的中低剪切黏度，增大表觀黏度和觸變性，提高貯存穩(wěn)定性和施工性能。固定其他原料不變（不添加增稠劑），不同膨潤土用量制備的膩子膏的稠度變化曲線如圖3所示。

圖3 膨潤土用量對膩子膏稠度的影響

由圖3可以看出，膨潤土用量為3.5%左右時，所制備的膩子膏達(dá)到設(shè)計稠度。但此時膩子膏的施工性能相對較差，表現(xiàn)出黏刀、批刮生澀的現(xiàn)象。將產(chǎn)品貯存30 d后，發(fā)現(xiàn)膩子膏的稠度有所增大，且膨潤土用量越多，稠度變化越大，膨潤土用量為4%的膩子膏稠度值減小至7.6 cm，并且有結(jié)塊的傾向。觀察該樣品發(fā)現(xiàn)，膏體中出現(xiàn)了較多疏松孔洞，膏體浸潤性較差，干澀感明顯，這可能是膨潤土在保存過程中持續(xù)吸附水分并膨脹所致。因而，單純添加膨潤土在本配方體系中不能達(dá)到長期儲存的目的。

為改善膩子膏的后增稠現(xiàn)象，提高其貯存穩(wěn)定性和施工性能，必須進(jìn)一步提高其觸變性，使其低剪切黏度或表觀黏度增大，而中高剪切黏度相對較低。顯然，使用膨潤土和纖維素不能達(dá)到目的。初步試驗證實，單獨使用低剪切增稠劑時，不添加膨潤土的膩子膏施工性能很好，但是填充性較差。因此，本研究選擇適當(dāng)降低膨潤土用量，構(gòu)建合適中低剪切黏度的同時，在體系中引入低剪切增稠劑來調(diào)節(jié)膩子膏的施工性能。

2.3.2 增稠劑對膩子膏施工性能的影響

固定膨潤土用量為2.5%，選用締合型增稠劑A和非締合型增稠劑B兩種低剪切增稠劑調(diào)節(jié)膩子膏的稠度和觸變性。圖4為不同增稠劑及用量對膩子膏稠度的影響。

圖4 不同增稠劑及用量對膩子膏稠度的影響

由圖4可以看出，締合型增稠劑A對膩子膏體系增稠效率較低，用量0.4%以上才能達(dá)到設(shè)計稠度，而非締合型增稠劑B用量只需0.2%即可達(dá)到相同的效果。顯然，選用增稠劑B具有較大成本優(yōu)勢。

增稠劑B用量對膩子膏的黏度和觸變系數(shù)的影響如表3所示。

表3 不同增稠劑B用量膩子膏的黏度及觸變系數(shù)

由表3可以看出，隨著增稠劑B用量的增加，膩子膏的黏度逐漸增大，其中轉(zhuǎn)速為0.3 r/min時的黏度增幅大于轉(zhuǎn)速為0.6 r/min的，因而其觸變系數(shù)也逐漸增大。顯然，提高增稠劑B的用量可以增大膩子膏的低剪切黏度，并使其具有較高的觸變性。

進(jìn)一步上墻施工表明，隨著增稠劑用量增大，膩子膏的填充性逐漸變好，增稠劑A用量為0.4%，增稠劑B用量為0.2%最為合適。此時，膩子膏膏體狀態(tài)細(xì)膩，刮涂流暢，漆膜飽滿，遮蓋力和填充性都較為合適。繼續(xù)增加增稠劑用量，當(dāng)膩子膏稠度值小于10 cm時，膩子膏挑動相對困難，刮涂第一刀較費力。因而，在當(dāng)前體系中，膩子膏的表觀黏度或稠度不能太大，可預(yù)設(shè)在11.0～11.5 cm之間，通過調(diào)整低剪切增稠劑用量將膩子膏觸變系數(shù)控制在1.25左右即可獲得良好的施工性能和填充性能。貯存試驗表明，使用低剪切增稠劑的膩子膏貯存6個月后其稠度和觸變性變化很小，且施工性能沒有明顯降低。綜合增稠性能和成本，選用增稠劑B進(jìn)行生產(chǎn)。

2.4 分散劑的選擇

由于膩子膏黏度很大，分散相對困難，因而須加入分散劑輔助分散，否則膏體非常容易出現(xiàn)后增稠現(xiàn)象，在保存過程中容易分層和硬化結(jié)塊。試驗分別添加0.2%六偏磷酸鈉、聚丙烯酸鈉和壬基酚聚氧乙烯醚作為分散劑，固定其他原材料不變，制備膩子膏并測試其性能。結(jié)果表明，采用六偏磷酸鈉和聚丙烯酸鈉作為分散劑的膩子膏初期狀態(tài)較好，但存在較為嚴(yán)重的后增稠現(xiàn)象，貯存60 d就已經(jīng)出現(xiàn)泌水現(xiàn)象、90 d出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象，已經(jīng)無法使用。而使用壬基酚聚氧乙烯醚作為分散劑的膩子膏則穩(wěn)定性較好，稠度變化較小。這是由于，六偏磷酸鈉和聚丙烯酸鈉與聚乙烯醇可發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，生成不溶于水的膠團(tuán)，并且六偏磷酸鈉和聚丙烯酸鈉的用量越大，交聯(lián)反應(yīng)越快。在膩子膏中，聚乙烯醇與粉料和水分子通過羥基連接，形成較穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。而六偏磷酸鈉和聚丙烯酸鈉的加入，與聚乙烯醇發(fā)生緩慢的交聯(lián)反應(yīng)，破壞了這種穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使聚乙烯醇與粉料和水分離，導(dǎo)致泌水，繼而產(chǎn)生結(jié)塊的現(xiàn)象。由于壬基酚聚氧乙烯醚分子中只含有1個羥基，很難與聚乙烯醇發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，因而在表現(xiàn)出很好分散性能的同時，也賦予膩子膏較好的貯存穩(wěn)定性。

2.5 膩子膏配方確定與技術(shù)性能

通過上述試驗和結(jié)果分析，確定了膩子膏的配方，表4為膩子膏的配方與成本核算。

表4 膩子膏的配方與成本核算

由表4可知，膩子膏的原材料價廉易得，其原材料成本約為489元/t，與膩子粉等產(chǎn)品成本十分接近，具有較好的市場應(yīng)用前景。

按照表4中膩子膏配方生產(chǎn)膩子膏，然后依照J(rèn)G/T 298—2010中的一般型室內(nèi)膩子的相關(guān)要求測試其性能，結(jié)果如表5所示。

表5 膩子膏的技術(shù)性能和貯存穩(wěn)定性

由表5可見，所研制膩子膏的性能符合JG/T 298—2010中一般型室內(nèi)用膩子的要求，且貯存180 d后其稠度、觸變性和施工性能均無明顯變化，可以替代市面上一般型室內(nèi)用膩子粉使用。另外，耐水性測試結(jié)果表明，該膩子膏在7 h時有起泡和掉粉現(xiàn)象，需要提高其耐水性能，相應(yīng)的后續(xù)研究工作正在進(jìn)行中。

3 結(jié)論

（1）增加聚乙烯醇PVA2099用量，膩子膏的稠度增大，觸變性降低，粘結(jié)強(qiáng)度提高，其最佳用量為0.75%。

（2）將HPMC和CMC按質(zhì)量比2.2∶1.0復(fù)配，可使膩子膏具有合適的稠度和較好的保水性能。

（3）通過調(diào)節(jié)膨潤土用量，并輔助使用低剪切增稠劑，可使膩子膏具有較合適的觸變系數(shù)，低剪切黏度較高，而中高剪切黏度較低，從而具有較好的填充性能和刮涂施工性能。

（4）壬基酚聚氧乙烯醚適對膩子膏具有較好的分散性能，而六偏磷酸鈉、聚丙烯酸鈉與聚乙烯醇會發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，使膩子膏貯存穩(wěn)定性變差。