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 熟胶粉在建材防水领域的研究进展
罗科丽 胡新嵩
（广州市高士实业有限公司）

    摘要：熟胶粉是将原淀粉经特殊改性处理而得到的一种主要用作建筑装饰材料的复合变性淀粉及其复配产品。本文对熟胶粉在建材领域的国内外研究与开发现状做了综述，重点介绍了熟胶粉在国内的技术发展现状、制备方法、性质与应用，并对其技术发展趋势作了展望。
    关键词：熟胶粉；粘合剂；腻子胶；保水性；建材领域
    随着经济的发展，人民生活水平的提高，人们越来越注重住房装修的品质和档次。在墙体装修方面普遍采用腻子加涂料代替墙纸、瓷砖等。我国传统使用的内墙腻子和瓷砖腻子大多是由聚乙烯醇（107胶）或羧甲基纤维素混合双飞粉、滑石粉等配置而成。这些材料虽然满足了建筑材料对粘结性的要求，有一定的防霉、防潮作用，但整体粘结强度不高，腻子易开裂、脱落，保水性、防霉防潮性能比较差，潮湿环境下容易发生霉变，使用时有起皮、气泡现象，而且加工、运输、储藏不方便，特别是含有甲醛等大量的有害物质，对人体危害比较大，可导致人的神经系统受损，严重时可致中毒和致癌，对婴幼儿和年老体弱者危害更大。这就迫切需要研究开发出一种能取代107胶、传统建筑腻子胶粉的新一代建筑腻子胶粉。
    熟胶粉是将原淀粉经特殊改性处理而得到的一种复合变性淀粉，主要成分为天然植物高分子提取物，熟胶粉是其商品名，因其遇冷水即溶，故名熟胶粉。该产品溶于水后，粘结力强，耐水性好，抗酸耐盐，无毒无味，易批刮，手感舒适，是一种绿色环保粘合剂。熟胶粉是一种环境友好型的新型建筑装饰材料，用于提高批墙腻子及灰浆性能，能使批墙后的墙壁光滑无丝裂、防霉、防潮，为后面的裱墙、刷乳胶漆等工序提供良好的墙面基础。
    因其优良的综合性能，可替代丙苯乳液、聚醋酸乙烯乳液、107胶等应用于制造乳胶漆钢化仿瓷、内外墙系列建筑涂料纸制品等工业、建筑、民用领域[1]。特别是用于建筑领域时，与双飞粉、石膏粉、水磨石粉、干磨石粉、水泥等复配使用，可有效提高灰浆的粘结力，增强保水性，有效改善灰浆流平性，防开裂，防霉点。
    1·国内外技术发展现状
    国外对熟胶粉的研究始于上世纪90年代，目前已经有比较成熟的生产技术和工艺，设备比较先进，原材料的加工比较精细，产品的粒径大小比较均匀，产品已实现了规模化生产，且产品性能稳定、溶解性好。比较有代表性的公司包括德国EMSLAND、荷兰AVEBE，特别是德国生产的熟胶粉及其原材料淀粉颗粒精细，粒子大小均匀，产品性能稳定，溶解性好。
    国内对熟胶粉的研究已经有了十多年的时间，生产的省份有广东、浙江、上海、江苏等地区。国内早期的熟胶粉生产技术和工艺都比较简单，主要是通过简单的醚化、碱化、交联进行处理，技术含量不高，得到的产品性能不稳定，粘度较低，保水性差，成膜强度低，腻子易收缩、开裂、脱落，防霉防潮性能差，有霉点及起皮起泡现象。其共性问题具体表现在以下几个方面：
    ⑴保质期较短：目前熟胶粉生产工艺多为通过简单工艺流程对淀粉进行氧化(如氧化淀粉胶)、醋酸酯化（如淀粉醋酸酯胶）、交联（如羧基淀粉胶）等，所生产的产品保质期较短，主要表现为水溶解性下降、结团、粘度下降等。目前进口粉的保质期为12～18个月，国产粉的保质期只有3～6个月。
    ⑵粘度低：好的粘结性和成膜性是建筑用熟胶粉要求的最重要性能，但现有工艺所生产的熟胶粉粘度较低（多在300～1500cP左右，国外进口粉的粘度在3000cP以上），这样的粘度仅能取代传统腻子粉中的胶黏剂（如107胶）的粘度而勉强符合粘结性能。随着储存温度的提高和储存时间的延长，粘度也会有所降低。
    ⑶溶解时间较长：进口粉溶解时间在2～6分钟，国产粉在5～30分钟。另外，进口粉溶解后较为细腻，而国产粉溶解后颗粒粗糙，中间有夹心层。
    ⑷耐水性不足：在潮湿环境如外墙、内墙厨房浴室等，易于因潮湿而发生霉变，进而起皮剥落，这严重影响熟胶粉的应用。
    ⑸原材料选择面窄：目前,熟胶粉生产多使用进口马铃薯淀粉，现在亟需从进口淀粉过渡到国产淀粉，从马铃薯淀粉过渡到玉米淀粉、木薯淀粉，甚至使用农林废弃物等如木薯渣等为原料，在降低成本的同时实现农副产品附加值的提高以及可再生资源的重复利用，开拓绿色环保之路。
    近年来，国内的熟胶粉生产企业发展比较迅速，大部分企业都具有自主生产能力，生产技术日趋成熟，并且具有年产上千吨的生产规模，产品的稳定性也有了很大的提高，部分公司的产品性能已接近国外公司产品的标准，如广州高士、杭州圣源、广州平安、东莞东海、无锡锡联等公司。但目前来说，熟胶粉还没有统一的国家标准和行业标准出台，企业在生产时执行自定的企业标准，导致产品质量参差不齐，市场无序竞争态势逐渐显现。
    2·制备方法
    随着建筑行业的快速发展和人们环保意识的提高，熟胶粉在市场上已经有很大的需求，国内市场份额比较大的几个品牌分别是高士熟胶粉、杭州圣源熟胶粉、广州平安熟胶粉、南京天球熟胶粉、东莞东海熟胶粉等。目前关于熟胶粉的研究文献相对比较少。徐峰[2]将不同质量的白水泥、乳胶粉、甲基纤维素、消泡剂、分散剂、粘结剂充分混合均匀，得到一种新型的环保建筑腻子胶粉。
    曾丽娟等[3]以氧化木薯淀粉制备内墙涂料，经测试其各方面的性能都能达到内墙涂料标准的要求。张建生等[4]以玉米淀粉为原料，采用全新的工艺，使淀粉交联聚合，并配以适当的粘接增强剂，得到浅黄色固体粉末胶粉，该胶粉胶结成膜能力、粘接强度大、结合性强、附着力好、对环境无任何污染。黄秀娟等[5]对不同的淀粉（玉米淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉）进行干法氧化、半干法醚化，再经预糊化干燥，得到优质建筑腻子墙胶粉。时君友等[6]向玉米淀粉分子中引入适量的高反应活性的-NCO，制备出水性高分子-异氰酸酯（API）木材胶黏剂，该胶黏剂克服了传统胶黏剂膜易失水干燥的缺陷，并且具有水胶体的性质，具有较好的稳定性。崔建明等[7]采用半干法工艺引入两种阴离子基团制备羧甲基淀粉，并且考察了氧化剂、氧化反应温度，醚化剂、醚化反应时间、催化剂等因素对反应的影响，所制备出的双阴离子羧甲基淀粉增稠性好，粘结力高。王士财等[8]以市售山薯淀粉为原料，在酸性介质中以氯酸钠为氧化剂、过硫酸铵为引发剂制得氧化淀粉，通过糊化得到一种新型的淀粉粘合剂，该粘合剂可用于内墙涂料。
    广州市高士实业有限公司早在2000年就率先进行国产熟胶粉的研究与生产，经过近十年不懈的努力，公司已掌握了利用进口马铃薯淀粉生产较高品质的熟胶粉的生产工艺，并建立了一条年产5000吨的生产线。在研究熟胶粉的过程中，高士公司还与国内知名科研院校合作，分别尝试了干法、湿法和湿法加溶剂法生产熟胶粉，干法生产的熟胶粉粘度不高，溶解时间较长，并且会产生颗粒状物质，但整个过程无污染；湿法生产的熟胶粉粘度比干法生产有所提高，并且溶解性能得到很大改善，但湿法生产过程会产生废水，对环境产生污染；湿法加溶剂法生产的熟胶粉粘度明显比前两种方法提高，并且在不需要搅拌的情况下能够快速溶解。
    此外，高士公司的研发人员以马铃薯淀粉为原料，以环氧氯丙烷为改性剂，在一定条件下通过碱化、交联和氯乙酸的醚化作用，得到熟胶粉的粗品，再通过高温干燥、快速冷却、过筛等步骤，得到新型高性能熟胶粉的成品。该产品的粘度、粘结性、耐候性等方面的性能都有比较大的提高。目前，该项研究已取得比较大的进展，该新型熟胶粉的溶解时间小于8min，粘度达到了5000 cP以上，白度大于等于60%。
    3·性能与应用
    3.1性能
    ⑴粘结性：熟胶粉是由淀粉改性而来的，淀粉有直链状和支链状两种分子，分别称为直链淀粉（含量约20%）和支链淀粉（含量约80%）。直链淀粉是一种线性分子，平均聚合度5000；支链淀粉是一种树状分子，平均聚合度在100万以上，相对分子量在2亿以上，是天然高分子化合物中最大的。支链淀粉易溶于水，溶液稳定，凝沉性弱[9]。通过化学改性，改变其直链淀粉与支链淀粉的比例，使其的性质符合实际的需要。熟胶粉易溶于冷水，具有速溶性和良好的分散性，能促进水泥和水的均匀混合，提高灰浆坚固、密实的品质。
    ⑵保水性：熟胶粉溶于水为膏状物，与水泥砂浆混合使用用于批荡墙体，可在墙体表面形成一层致密的薄膜，一方面可防止灰浆快速干燥造成析水，保持灰浆致密均匀，增强附着力，从而对墙体保水；另一方面可以防止外界水分进入墙体里面而造成的长霉现象，防止墙面起皮剥落。
    ⑶润滑性：在保证高粘度的前提下，熟胶粉的胶丝为“短丝”，不会发生拉丝现象，不会形成“空鼓”，利于施工抹灰，可增加灰浆的可塑性，改善抹灰、批荡施工作业条件，批出来的墙面光滑无痕[10]，无滞纳感，易打磨，不易开裂，触感光滑细腻。
    3.2应用
    熟胶粉作为一种能溶于冷水、粘结力强、无毒无味的绿色环保的粘合剂，适用于纸箱、涂料，化工等行业，特别是被广泛应用到建筑涂料的腻子中。此外，熟胶粉还可广泛用于工业粘结、保水剂以及油漆涂料的增稠剂等。
    ⑴墙面腻底胶粘剂：主要适用于墙面底腻调制和壁纸粘贴，凝固慢，一般不单独使用；粘接强度低，有收缩现象；具有阻燃功能。适用于泥砂浆墙、混凝土墙、石膏板墙，木板墙等的基层处理和各类乳胶漆打底，是煽灰、刮灰等墙面处理的最佳材料。
    ⑵内墙腻子胶粉：由熟胶粉作为内墙腻子胶粉，可使处理后的墙壁表面不易开裂。由于熟胶粉粘接力强，用熟胶粉作为腻子胶粉批过的内墙，手感光滑、质地坚固密实，干后不脱粉、不起皮，效果明显。此外，用熟胶粉作为胶粉，批过腻子的内墙可以防霉、防潮、耐酸碱。批出的墙持久耐用，大大提高了装修工艺。若墙体表层用墙纸装饰，因墙面腻子有较好的防潮性能，墙纸不易发霉、卷边、脱落、褪色，不仅可以令墙面光滑，而且使墙纸与墙体吻合更好，合缝更隐蔽。
    4·展望
    目前市场上熟胶粉的高档产品，基本上是以进口产品作原料，再进行复配分装而成。总的来说，目前国内技术开发总体水平不高，亟需加大熟胶粉研究开发力度，研究高性能、低成本、易操作的环保建筑用熟胶粉，走绿色建筑发展之路，促进我国建筑事业的发展，增强其国际市场竞争力。笔者认为，未来熟胶粉的研发方向主要集中在如下几个方面：
    ⑴高粘结强度和优良抗开裂性能相结合的“双高”熟胶粉。腻子的粘结强度和抗开裂是一对矛盾体，前者高内应力，容易造成开裂。因此，在提高腻子粘结强度的同时要加入柔性或弹性的聚合物，以降低由此产生的内应力,消除裂纹的产生。在熟胶粉研发过程中，选用强极性功能基和能与墙体以及腻子填料发生螯合的功能基（如氨基、羧基、羟基等）的柔性侧链改性淀粉，实现粘结性和成膜性两者的协同增强效应。
    ⑵高抗渗性和耐水性优良的耐候熟胶粉。由于腻子是涂在墙体上,要和空气中水份接触。在外墙或在浴室和厨房的内墙，这种接触机会更多，时间更长。因此，耐候性是腻子重要的应用性能。淀粉主链含有很多极性亲水基团，因此易吸潮发霉。采用聚丙烯酰胺或聚乙烯醇等对淀粉进行改性，作为腻子的有机粘结剂，使之与优选填料（如扁平状微粒的活性重钙粉）配伍，在固化反应中形成网状骨架结构，有机物水化膜覆盖在上面，从而达到防水效果。
    ⑶良好施工性能熟胶粉。腻子施工性能是其整体性能的体现，与其组成密切相关，受粘结强度、保水性、表干速度、流动性和触变性等性能的影响。在提高粘结强度和抗开裂性能同时，必须兼顾施工性能。
    ⑷功能建筑熟胶粉。通过不同的功能改性剂对淀粉进行改性，并与填料等进行优化复配，制成多功能品种的新型建筑腻子，如柔性腻子、弹性腻子、旧墙翻新腻子、保温腻子、隔音腻子、防火腻子和防霉腻子，满足不同场所施工需要。
【参考文献】
[1]梁明春.8901高聚物熟胶粉[J].兰州科技情报,1998,27(3):16-16.
[2]徐峰.新型环保建筑腻子胶粉的研制与应用[J].新型建筑材料,2007,(11):78-81.
[3]曾丽娟,蓝仁华.木薯淀粉在建筑涂料中的应用[J].涂料工业,2004,34(8):11-13.
[4]张建生,沈玉龙.环保型内墙腻子粉的研制[J].河北化工,2002,(5):13-14.
[5]黄秀娟,李起潮.淀粉半干法复合改性生产墙胶粉的研究[J].化工新型材料,2008,36(12):98-106.
[6]时君友,顾继友,涂怀刚,等.复合变性淀粉制备淀粉基异氰酸酯胶黏剂的研究[J].林产化学与工业,2008,28(5):77-83.
[7]崔建明,玉琼广,陈绍芬.一种用在建筑胶水的变性淀粉制备方法[J].广西职业技术学院学报,2011,3(4):1-4.
[8]王士财,李宝霞,张晓东.新型淀粉粘合剂的研制及其应用[J].粘接,2007,28(4):27-29.
[9]黄晓庆,李广良,朱伟琴,等.改性淀粉在建筑材料中的应用及实例[J].化学与黏合,2006,28(3):183-187.
[10]南方.新一代的绿色环保产品———熟胶粉[J].中国建材,2000(3):56-56

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