超薄石材复合板专用胶粘剂的应用研究

发布日期:2015-01-04 20:22:09

超薄石材,胶粘剂,保温板

介绍了超薄石材复合板专用胶粘剂的组成及性能。在符合JC 887—2001《T挂石材幕墙用环氧胶粘剂》标准的基础上,还 对超薄石材复合板胶粘剂与多类基材在不同环境下的粘结性能进行了应用研究,结果表明,该超薄石材复合板胶粘剂可安全地应用 于各类超薄天然石材及陶瓷复合板、金属、木材、节能保温板等的复合粘结。

近年来,我国在建筑节能方面作了很大努力,包括制定并 执行严格的建筑节能设计标准,推广新型墙体材料和节能产 品。天然石材由于色泽美观、高贵典雅、性能稳定,广泛应用 于高档外墙和内墙体的装饰。随着优质天然石材矿脉逐渐枯 竭,人们慢慢认识到天然石材、矿床等不可再生资源的宝贵。 将天然石材超薄化即将石材切割为厚度约5 mm,能够提高石 材利用率,同时解决因石材自身重量带来的安全性问题,降低 了石材单位面积价格。其中石材-保温节能材料复合板具有 良好的发展前景,符合国家“十二五”规划中着重强调的创建 节能环保型社会的要求。
在超薄复合板的制造过程中,最重要的一个工序是超薄 石材的粘合,即将面材(各种超薄天然石材)与基材(瓷砖、石材、金属、节能保温板)采用专用胶粘剂粘合在一起。目前,市 场上也出现各类复合石材板的胶粘剂,有无机类聚合物粘结 砂浆,有机类不饱和树脂、酚醛树脂、环氧树脂胶粘剂等,质量 参差不齐,用途模糊。由于环氧树脂的粘接性十分优异,其分 子结构的末端有环氧基,链与链之间还存在羟基、醚键,这使 它对许多材料有很强的粘附力[11。所以,我们用环氧树脂为主 体树脂,配以改性胺固化剂、阻燃剂、填料及其它改性材料,开 发了一种适用于石材、金属、节能保温板等材料的环氧类超薄 石材复合板专用胶粘剂。该产品使用方便,耐温、耐水、耐老化 性能好,粘接力强,对石材、金属等多种材料具有很好的粘结 性能。
1试验
l.i原材料
环氧树脂E-51、苄基缩水甘油醚(692)、丙烯基缩水甘油 醚(500)、液体聚硫橡胶、三氧化二锑、改性脂环胺、改性脂肪 胺、DMP-30、硅烷偶联剂(KH550)、滑石粉、高岭土(1200目)、 钛白粉、硫酸钙晶须、3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸异辛酯 (抗氧剂),均为市售。
1.2主要仪器设备及试验材料 电子天平、电子万能试验机、沸煮箱。 
2013.3
.34 • 新型建筑材料 
天然石材、EPS板、XPS板、PU板(聚氨酯保温板)、酚醛 保温板。
1.3石材胶粘剂的组成及性能
本研究研制的超薄石材复合板胶粘剂能粘结多种材料, 但主要是针对超薄石材和保温板。市场上某些有机类胶粘剂 因不是专门针对上述材料研制,必然存在某些不足,用于粘结 上述材料时施工不太方便。目前,市场上的保温板大多由 EPS、XPS、PU等材料制成,在胶粘剂的研制过程中,我们考虑 了胶粘剂的各个组分与保温材料的相容性。有些环氧稀释剂、 固化剂、助剂等会与保温板相溶,造成基材的腐蚀从而导致胶 粘剂对该类保温板的粘结效果很差,甚至无法粘结。通过大量 的试验,最终研制成功的姑苏牌超薄石材复合板专用胶粘剂 能很好地解决上述问题,还能较好地粘结其它多种基材,其基 本配方见表1。
表1超薄石材复合板专用胶粘剂的基本配方
甲组分乙组分
原料用量/kg原料用量/kg
环氧E-51100改性脂环胺30 〜40
稀释剂5〜10改性脂肪胺5〜10
增扨剂10-15促进剂1~3
阻燃剂5~10偶联剂1-5
混合填料100-125抗氧化剂0.5〜1.0
混合填料30-40
使用时,按m(甲组分):m(乙组分)=2:1搅拌混合均匀。常 温下可操作时间多30 min,—般2~3 h固化,夏季12 h可达到 使用强度,春秋季48 h可达到使用强度,冬季一般在7 d达 到使用强度。产品经苏州市建设工程质量检测中心有限公司 检测,符合JC 887—2001《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》标准 要求,部分指标远优于标准要求,检测结果见表2。
表2超薄石材复合板专用胶粘剂的性能
序号项 目标准要求 (普通型)检测
结果
1适用期/min30-9046
2冲击靭性/(kj/m2)5=3.03.7
3拉剪强度(不锈钢-不锈钢)/MPa多8.018.9
标准条件48 h彡 10.013.1
压剪浸水168 h多7.017.1
粘结石材-石材# u
4强度热处理(80尤,168 h)多7.014.6
/MPa冻融循环50次^7.010.7
石材-不锈钢标准条件48 h彡 10.014.3
2应用试验
根据石材胶粘剂的材料特性和使用环境因素的影响,要 将超薄石材复合板胶粘剂用于石材、陶瓷复合板、金属、木材、 节能保温板等材料的实际的粘贴工程中,在符合JC 887— 2001《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》标准的基础上,我们还进 行了超薄石材复合板胶与多类基材的粘结性应用试验,并对 不同环境条件下养护后的粘结性能进行了相应的测试,以验 证该超薄石材复合板胶使用的安全性和可靠性。
2.1超薄石材复合板胶粘剂与不同基材的粘结应用 2.1.1用于粘结保温板
首先,研究了超薄石材复合板胶粘剂对保温材料EPS 板、XPS板的粘结性能,粘结强度测试结果见表3,其中与 XPS板粘结强度测试的破坏形式见图1。
表3超薄石材复合板胶与各类保温板的粘结强度
粘结强度/MPa
序号EPS板涂界面剂 XPS板未涂界面剂 XPS板涂界面剂 酚醛板PU-水泥砂浆 复合板
10.170360.360.140.53
20.180.340.340.140.53
30.180.350.350.140.53
平均0.180.350.350.140.53
从表3可见,用超薄石材板胶粘结未涂界面剂的EPS板 的粘结强度为0.18 MPa,符合JG 149—2003《膨胀聚苯板薄 抹灰外强保温系统》对聚苯板粘结强度的要求(大于0.10 MPa)。因为EPS板是发泡成型的,表面粗糙、有颗粒感,超薄 石材板胶对其有很好的粘结性能,大量的拉拔试验证明,用超 薄石材板胶粘结EPS板,在不涂刷界面剂的情况下,其粘结 强度均大于0.10 MPa,破坏形式均为EPS板破坏。
(a)涂有界面剂(b)未涂界面剂
图1超薄石材板胶粘结EPS板的破坏形式
由于XPS板的表面光滑,不易与砂浆、胶粘剂等材料粘 结,为了提髙XPS挤塑板与砂浆、胶粘剂的粘结强度,必须用 界面剂对挤塑型聚苯板进行预处理,这既能提高胶粘剂对挤 塑板的粘结强度,也能节省胶粘剂的用量。从表3可见,涂或 不涂界面剂对超薄石材板胶粘剂与XPS板的粘结强度影响 不大。但从图1可见,涂界面剂的XPS板破坏为保温板的深 度破坏,而未涂界面剂XPS板破坏为界面破坏,所以用超薄 石材板胶粘结XPS板时,最好先在XPS板上涂1层界面剂,这样对XPS板的粘结效果更好。
同样,酚醛保温板也是通过加入发泡剂,挤塑成型,表面 光滑,也需要在表面刷界面剂,以提高粘结性。经测试,超薄天 然石材复合板胶粘剂与涂刷界面剂的酚醛保温板粘结后,其 拉拔粘结强度为0.14 MPa,坏破形式为酚醛板深度破坏。拉拔 强度低,是因为酚醛保温板的本体拉伸强度很低,本身易粉化, 用手指摩擦几下即掉粉,而其它保温板没有这种现象发生,所 以用超薄石材复合板胶粘结酚醛保温板后的强度也不会高。
PU-水泥砂浆复合板是聚氨酯保温板在出厂前进行了防 火处理,即在聚氨酯板的2面喷涂1层水泥砂浆,所以在用超 薄天然石材板胶粘结时无需涂刷界面剂,而且其拉拔强度也 较高,为0.53 MPa,并且破坏形式为保温板深度破坏。
2.1.2用于粘结石材-石材及石材-金属
超薄石材复合板胶粘剂不仅能粘结石材-保温节能板, 同时还能很好地粘结石材-石材(S-S)、石材-金属(S-J)。我 们测试了超薄石材板胶粘结石材-金属、石材-石材的正拉粘 结强度。
图2为超薄石材板胶粘结石材(花岗岩,厚度为35 mm)- 金属经拉拔试验后的情况,试验结果钢块未发生位移,石材断 裂,拉拔强度为3.90 MPa。图3为超薄石材板胶粘结石材-石 材经拉拔后的情况,试验时将天然花岗岩切割成5 mm厚,用 超薄石材复合板胶将切好的天然花岗岩粘结于花岗岩基材 上,拉拔试验结果为超薄天然花岗岩本体破坏,拉拔强度为 3.22 MPa。由此可见,该超薄石材复合板胶对石材-石材和石 材-金属都有非常好的粘结性能。
石材-硅酸盐板(S-G)、石材-铝塑板 (S-LS,试验用的是非铝面)、石材-玻璃(S-B)都是基材破坏, 石材-瓷砖(S-C)是超薄石材破坏,说明该超薄石材胶能很好 的粘结上述基材;而石材-高密度聚乙烯塑料(S-SL)是界面 破坏。
表4超薄石材板胶与多类基材的粘结强度测试结果
复合板种类粘结强度/MPa破坏形式
石材-硅酸盐板(S-G)2.90基材破坏
石材-铝塑板(S-LS非铝面)0.25基材破坏
石材-木材(S - M)• 2.30基材破坏
石材-玻璃(S-B)0.75基材破坏
石材-瓷砖(S-C)3.20石材破坏
石材-塑料(S-SL)0.52界面破坏
从表4可以看出,超薄石材板胶用于粘结S-G、S-LS、S- M和S-B时,破坏形式虽然相同,但粘结强度不同,这与基材 的本体强度有关。用于粘结石材-瓷砖(S-C)的粘结强度最大 (为3.20 MPa),用于粘结石材-铝塑板(S-LS)的粘结强度最 小(为 0.25 MPa)。
2.2超薄石材板胶在不同外部环境下的粘结应用
超薄石材板胶主要由环氧树脂、固化剂和填料等组成, 胶体固化后在不同环境下强度会发生变化。所以我们选用符 合GB/T 18601—2009《天然花岗石建筑板材》性能要求的石 材作为基材,石材尺寸为50mmx30mmx(20~25) mm,米用非 抛光面粘结,粘接面积为30 mmx30 mm,成型5组试件,在不 同使用环境下进行粘结性能测试,其中放入酸溶液中的1组 涂有防锈漆;同时还分别成型5组钢-钢拉伸剪切试件,有效 粘结面积为25 rmnX12.5 mm。测试环境分别为:(1)基准养护: 温度(23±2)弋、养护90 d测试;(2)耐水:常温养护7 d,水中 浸泡90 d测试;(3)耐碱:常温养护7 d,5%KOH溶液中浸泡 90 d测试;(4)耐酸:常温养护7 d, 5%硫酸溶液浸泡90 d测 试;(5)耐盐:常温养护7 d,5%盐溶液浸泡90 d测试。测试结 果见图5。
度均较基准养护的强度有所下降,其中以受酸腐蚀影响最大, 但下降幅度不大,这主要是在酸腐蚀的试件上涂有防锈漆,试 件的本体强度受酸的影响小,其它环境因素对超薄石材板胶 的粘结强度也有影响,但影响很小,强度下降率均小于12%。 上述试验说明,超薄石材板胶具有很好的耐酸、耐碱、耐盐、耐 水性能,能适用于多种环境。
另外,使用该超薄石材板胶粘剂来粘结保温板与超薄石 材,一般只需涂1~2 mm厚,而用水泥基类胶粘剂来粘结则需 涂4~5 mm厚,因此,在降低整个粘结体系自重方面,超薄石 材板胶具有较大的优势。超薄石材板胶与水泥类胶粘剂的性 能和成本比较见表5。
表5超薄石材板胶与水泥基类胶粘剂的性能和成本对比
项目超薄石材板胶水泥基类胶粘剂
成本/ (兀/kg)15.70.6
用量/(kg/m2)0.65.0
使用成本八元/1112)9.425.00
增加质量/kg0.99.0
耐酸碱性优差
粘结效果优-般
3结语
(1)以环氧树脂为主体树脂,配以改性胺固化剂、阻燃剂、 填料及其它改性材料,开发了一种适用于石材、金属、节能保 温板等材料的环氧类超薄石材复合板专用胶粘剂。试验结果 表明,该超薄石材复合板胶在符合JC 887—2001《千挂石材幕 墙用环氧胶粘剂)的基础上,对EPS板、XPS板、PU-水泥砂浆 复合板、酚醛保温板等保温材料及石材、金属等材料都具有良 好的粘结性能。
(2)超薄石材板胶不仅对石材-保温节能板、石材-石材、 石材-金属有良好的粘结性能,同时也很好地粘结石材-瓷 砖、石材-硅酸盐板、石材-铝塑板、石材-木材、石材-玻璃、石 材-高密度聚乙烯塑料等复合材料。
(3)研制超薄石材复合板胶具有很好的耐酸、耐碱、耐盐、 耐水性能,能在不同环境中应用。与水泥基类胶粘剂相比,超 薄天然石材板胶具有很高的粘结性能,并且很大程度上降低 了整个粘结体系的自重,提高了安全性能。
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