1概述

由水泥制成的混凝土在建筑工業(yè)中已應(yīng)用了許多年了。混凝土具有較高的抗壓強(qiáng)度,然而它卻有較低的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。同時(shí)不能耐酸性腐蝕。由于混凝土中的微小孔隙,在將來(lái)的應(yīng)用中接受凍融的變化也會(huì)產(chǎn)生裂紋。大大降低了混凝土的各項(xiàng)性能。為了解決混凝土的這些缺陷,人們進(jìn)行了大量的實(shí)踐,研制出各種聚酯混凝土。例如:把一種熱塑性的漿液混合進(jìn)入混凝土中,當(dāng)混凝土凝固時(shí),會(huì)有一定量的氣孔存在,這時(shí)熱塑性樹(shù)脂成份就會(huì)被注入混凝土中,這些成份的存在,提高了混凝土在環(huán)境溫度下的性能。然而,當(dāng)溫度升高時(shí),這些物質(zhì)會(huì)熔化,必然降低了混凝土的強(qiáng)度。因此,這樣的材料不能廣泛地應(yīng)用于建筑工業(yè)中。由于熱固性樹(shù)脂在固化后會(huì)形成一種不溶不熔的物質(zhì),所以在混凝土中加入熱固性樹(shù)脂比加入熱塑性樹(shù)脂更能提高混凝土的性能。因而也就更有實(shí)際意義。在這方面人們已作了各種嘗試[1][2]。在加入的各種熱固性樹(shù)脂中,不飽和聚酯樹(shù)脂由于其優(yōu)異的性能和低廉的價(jià)格而備受人們的關(guān)注。本文主要討論了一種由水和不飽和聚酯樹(shù)脂乳化形成的乳液,以及用這種乳液與水泥等填料制成的聚酯混凝土的制備方法。乳液比樹(shù)脂本身成本更低,而乳液中的水可以和水泥發(fā)生水合作用而使水泥凝固。同時(shí)在配料中加入固化劑引發(fā)乳液中的聚酯與乙烯基單體發(fā)生加成聚合反應(yīng)使聚酯固化。此種方法制成的混凝土,除各方面性能優(yōu)異外,還能有效地降低成本,因此在建筑業(yè)中有一定的推廣意義。

2原理

普通的不飽和聚酯水泥由不飽和聚酯樹(shù)脂、普通硅酸鹽水泥和能產(chǎn)生游離基的催化劑以及砂子等填料組成。催化劑可用過(guò)硫酸銨。施工時(shí),把適量的水加入到聚酯水泥中,這時(shí)催化劑首先溶解。水和水泥反應(yīng)生成氫氧化鈣。這又造成催化劑的分解而產(chǎn)生游離基。游離基引發(fā)不飽和單體和聚酯發(fā)生加成聚合反應(yīng)。整個(gè)過(guò)程使液態(tài)水泥逐漸轉(zhuǎn)變固態(tài),同時(shí)緩慢放熱。所產(chǎn)生的大部分收縮應(yīng)力由塑性流動(dòng)而釋放。這種水泥和普通混凝土可以牢固粘結(jié)。含水聚酯乳液制成的混凝土固化前由兩部分組成:a•含水聚酯樹(shù)脂乳液,b•自由基引發(fā)劑、普通硅酸鹽水泥和填料。施工時(shí),含水聚酯乳液和含有活性引發(fā)劑的水泥以及填料等混合,水泥作為凝固劑浸入到乳液中,和水發(fā)生水和作用而凝固,水合作用產(chǎn)生的堿性物質(zhì)在10~15min后會(huì)活化引發(fā)劑,已活化的引發(fā)劑產(chǎn)生自由基,引發(fā)了不飽和聚酯與單體之間的聚合反應(yīng)。水合作用的熱又加速了聚合反應(yīng)的速度,結(jié)果導(dǎo)致了乳液和水泥之間的快速凝固,全部凝結(jié)過(guò)程大約在30min內(nèi)完成。聚酯乳液混凝土與普通硅酸鹽混凝土相比,固化系統(tǒng)的選用范圍更廣,除可用過(guò)硫酸銨這樣的與堿性物質(zhì)能產(chǎn)生自由基的固化體系外,還可以選用過(guò)氧化甲乙酮、過(guò)氧化環(huán)己酮等作為固化劑,以鈷鹽作為促進(jìn)劑這樣的常溫固化系統(tǒng);也可選用過(guò)氧化苯甲酰、過(guò)氧化叔丁酯這樣的中溫或高溫固化系統(tǒng)或光固系統(tǒng)進(jìn)行固化;也可以幾種固化形式配合使用。制備聚酯乳液混凝土的關(guān)鍵問(wèn)題是聚酯乳液穩(wěn)定性,即聚酯乳液在貯存過(guò)程中以及在整個(gè)固化過(guò)程中都不能發(fā)生破乳現(xiàn)象。在乳液固化過(guò)程中,要求水泥和乳液中的水發(fā)生水合作用,乳液中的水逐漸消耗,直到最終乳液不再存在。隨著水泥的加入,乳液自使至終沒(méi)有形成兩個(gè)分離的液層。

3實(shí)驗(yàn)

3•1不飽和聚酯樹(shù)脂乳液的制備

含水不飽和聚酯樹(shù)脂是早在60年代末就出現(xiàn)的一種新型樹(shù)脂,也叫做水?dāng)U充聚酯樹(shù)脂(waterextendpolyesterresin,即WEP)[3]它通常以50%~60%的水作填料,水以微小液滴分散于不飽和聚酯樹(shù)脂中形成油包水(W/O)型反相乳液。制備的過(guò)程一般是先由融熔法合成不飽和聚酯樹(shù)脂,再加入乳化劑和通過(guò)快速攪拌使水分散到不飽和聚酯樹(shù)脂中而形成聚酯乳液[4]。a•269份乙二醇、382份四溴苯二甲酸酐、224份順丁烯二酸酐、149份苯二甲酸酐投入四口反應(yīng)瓶中,通氮,升溫至160~170℃,保溫反應(yīng)1h,繼續(xù)升溫至200℃,保溫反應(yīng)大約5h,當(dāng)出水量與理論出水量接近時(shí),取樣測(cè)酸值,當(dāng)酸值小于25mgKOH/g時(shí),為反應(yīng)終點(diǎn)。反應(yīng)混合物加入580份苯乙烯中,于80℃下混合1h。形成不飽和聚酯樹(shù)脂備用。b•500份上述不飽和聚酯樹(shù)脂,加入3份異辛酸鈷促進(jìn)劑,500份去離子水,15份三乙醇胺乳化劑,于高速攪拌反應(yīng)釜中混合攪拌30min,混合物成為膠凍狀白色乳液,即為不飽和聚酯樹(shù)脂乳液。

3•2聚酯混凝土的制備

聚酯混凝土的配制可以在施工現(xiàn)場(chǎng)混配固化成型,也可以在混凝土加工廠制成各種板材,進(jìn)行應(yīng)用。混配方法如下:1000份聚酯樹(shù)脂乳液,500份水泥,5份硅粉,3300份砂子,2700份石子,5份過(guò)氧化甲乙酮固化劑于容器中攪拌混合。混合物注入由兩塊玻璃鋼板形成的模具中,經(jīng)常溫固化或加溫固化,得到的聚酯混凝土板,具有較高的機(jī)械性能和較好的耐腐蝕性能。

4應(yīng)用部分

標(biāo)準(zhǔn)混凝土和普通聚酯混凝土以及聚酯乳液混凝土各方面性能的對(duì)比。從表1可以看出,聚酯乳液混凝土和聚酯混土的各相機(jī)械性能相近,而與普通硅酸鹽混凝土相比,各相機(jī)械性能有大幅度提高。聚酯乳液混凝土中水的加入量為樹(shù)脂量的90%~120%,而普通聚酯混凝土中水的加入量?jī)H為樹(shù)脂量的9%,如果加入水的量過(guò)大,就會(huì)導(dǎo)致固化困難。因而從成本上看,聚酯乳液混凝土具有較低的成本。聚酯乳液混凝土的在凝固時(shí)僅有較小的收縮,其收縮率小于0•1%,在-60℃~135℃范圍內(nèi)性能不受影響,而且能反復(fù)經(jīng)受冷熱溫度的沖擊。聚酯乳液混凝土在實(shí)際應(yīng)用中是完全耐水的,同時(shí)耐化學(xué)品性也比普通混凝土和聚合物水泥好。因此可用于腐蝕性的化工車(chē)間地面,也可用于馬路路面,特別是橋上路面,以及其它要求表面快速固化以利修理的地方,也可成為建筑板材中重要原料。聚酯乳液混凝土是由聚酯乳液和水泥等填料現(xiàn)場(chǎng)混配而成,含水聚酯乳液要在聚酯生產(chǎn)廠加工生產(chǎn),因而存在一個(gè)貯存和運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性問(wèn)題。一般聚酯樹(shù)脂貯存期是25℃以下6個(gè)月,而聚酯乳液在貯存過(guò)程中,除了有凝膠的可能外,還有乳液分層的潛在危險(xiǎn),同時(shí)由于長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)恼駝?dòng)更加劇了分層的可能。因此,如果施工場(chǎng)距聚酯生產(chǎn)廠家較遠(yuǎn)的情況下,聚酯乳液最好在施工現(xiàn)場(chǎng)或在距施工現(xiàn)場(chǎng)不遠(yuǎn)的另一工廠配制。

5結(jié)果與討論

5•1討論

制備聚酯混凝土的關(guān)鍵步驟是不飽和聚酯樹(shù)脂乳液的制備。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),該乳液的穩(wěn)定性取決于以下幾個(gè)方面:

a•不飽和聚酯的原料配比

合成不飽和聚酯的不飽和酸與飽和酸之比最好在1•35與1•4之間。所選醇和酸原料要至少有一種是含有支鏈的大分了化合物,如新戊二醇、三甲基戊二醇、松香、四溴苯二甲酸酐、二甲苯甲醛樹(shù)脂等。

b•不飽和單體的選擇

不飽和單體可以是乙烯基單體如:苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、苯二甲酸二烯丙酯等,單體加入量低于30%時(shí),乳液很難穩(wěn)定。因此單體的加入量不能低于樹(shù)脂總量的32%。

c•乳化劑的加入

合適的乳化劑為三乙胺、三乙醇胺等陰離子堿性物質(zhì)。乳液的穩(wěn)定性隨著乳化劑加入量的增加而增大,但當(dāng)乳化劑的加入量達(dá)到某一值后,乳液的穩(wěn)定期就不再發(fā)生明顯的變化。乳化劑的加入量最好的樹(shù)脂總量的3%~4%。

d•水的加入量

乳液中水的加入量最好是乳液總量的50%~60%,含水量增大,乳液粘度隨之增大,當(dāng)含水量超過(guò)80%時(shí),乳液發(fā)生轉(zhuǎn)相,由W/O型轉(zhuǎn)變?yōu)镺/W型,粘度急劇減小,發(fā)生破乳現(xiàn)象。

e•攪拌速度

乳化反應(yīng)的攪拌速度最好不低于500轉(zhuǎn)/分,以使得不相溶的兩相分散成小于或等于25μm的微粒形式而混合。

f•穩(wěn)定劑的加入

為了保證乳液在運(yùn)輸和貯存過(guò)程中的穩(wěn)定性,最好在乳液中加入一定量的穩(wěn)定劑,如二氧化鈦或乙烯基樹(shù)脂和丙烯酸樹(shù)脂的乳液,加入量為樹(shù)脂量的1%。

5•2結(jié)論

通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)脑吓浔群驼_的工藝路線以及一定的添加劑即可制備出穩(wěn)定的不飽和聚酯樹(shù)脂乳液,用它制成的聚酯混凝土,具有較高的機(jī)械性能和耐化學(xué)品性,在建筑行業(yè)有一定的推廣價(jià)值。