CN103827054A - 提高外部保温装饰体系(eifs)砂浆的高温性能的纤维素醚混合物 - Google Patents

提高外部保温装饰体系(eifs)砂浆的高温性能的纤维素醚混合物 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种包括纤维素醚混合物的砂浆，其展示出提高的罐藏期、保水能力和开放时间，以及高的拉伸强度值。这些砂浆可用于制造外部保温装饰体系(EIFS)，特别是在高温环境中。纤维素醚混合物包括羟乙基纤维素醚和甲基羟乙基纤维素醚。砂浆中还可以加入水溶性阴离子型聚丙烯酰胺和羟丙基淀粉。

Description

提高外部保温装饰体系(EIFS)砂浆的高温性能的纤维素醚混合物
相关申请
本申请涉及并要求享受于2011年6月9日提交的美国临时专利申请号61／520,383的权利，其公开的内容通过援引加入到本申请之中。
技术领域
本发明涉及一种用于提高砂浆，特别是用在高温环境中的砂浆的罐藏期、保水能力和开放时间的纤维素醚化合物，同时提供在用于制造外部保温装饰体系(EIFS)时的高拉伸强度值。
背景技术
硬灰泥粉饰层自古以来一直使用，而合成的粉饰灰泥和外部保温装饰体系(EIFS)在许多国家的建筑物上已经使用超过50年了。这也被称为是外部保温复合体系。EIFS的诸优点之一是较之于传统的粉饰灰泥提供提高的保温性能。考虑到能源价格上涨，EIFS日益引人注意。其降低了加热和空调的成本，有助于减少二氧化碳排放。约50％的用于建筑取暖的能量通过墙壁损失了，而保温可减少80％的损失。
典型的EIFS包括许多组分，例如砂浆、保温板和钢筋网。最常用的保温板是基于聚苯乙烯。其他材料，例如玻璃或矿物纤维，是偶尔使用的。粘合性砂浆被用于将保温板粘在建筑物上。随后在平板上加入镶嵌钢筋网的底层砂浆以保护体系免受机械损伤和风化作用。“表面涂层”是喷到、用泥铲涂抹到或辊压到底层上。表面涂层一般为建筑物提供颜色和纹理。
在世界的许多地区以及在一年的多数时间内，情况是EIFS经常在高温环境中应用在热基底上。用于EIFS的底层中的砂浆的应用是受到挑战的，尤其是在夏季的炎热天气下，因为砂浆中水分的快速蒸发或去除导致砂浆较差的可加工性，以及水化不充分。硬化的传统砂浆的物理性质受水化过程，以及固化操作期间失水速度的强烈影响。
可加工性、罐藏期、开放时间以及抗磨损性和抗裂性是这些情况下受到影响的关键参数。虽然基于甲基羟丙基纤维素(MHPC)和甲基羟乙基纤维素(MHEC)的产品是现有技术，但是包含MHPC或MHEC的砂浆的高温性能是不足的。即使在较高的用量下包含MHPC或MHEC的EIFS砂浆的可加工性、抗裂性、罐藏期和开放时间仍然是不可接受的。
对于在高温条件下具有必需的罐藏期和开放时间的EIFS砂浆，存在需求，以使EIFS砂浆可用在EIFS的形成中，同时在混合过程中保持足够的水分以及形成具有必要的功能性和美学性的精装EIFS。
发明内容
本发明涉及一种在高温条件下具有提高的罐藏期和开放时间的EIFS砂浆。本发明的EIFS砂浆包含水泥、填料／骨料、以及甲基羟乙基纤维素和羟乙基纤维素的混合物。EIFS砂浆还包含充足的水以向砂浆提供适度的稠度。在EIFS砂浆中，甲基羟乙基纤维素和羟乙基纤维素的混合物的含量，基于EIFS砂浆的重量以干基计，为约0.10wt％-1wt％，并且混合物中甲基羟乙基纤维素对羟乙基纤维素的比率按重量计为约10∶90-约90∶10。
附图说明
根据附图可以理解本发明的其它实施方案。
图1是各种EIFS砂浆组合物在70℃下保水能力的图表。
图2是各种EIFS砂浆组合物在40℃下达到800Pas的粘度的罐藏期的图表，罐藏期以min表示。
图3是本发明的包含EIFS砂浆组合物的EIFS的剖视图。
具体实施方式
本发明涉及一种在高温气候条件下用于EIFS中的纤维素醚产品。本发明的纤维素醚产品提高了在高温下的各项重要的应用过程相关参数，如保水性、罐藏期和开放时间。
图3是对一般EIFS的图解，其中以剖视法表现各层。EIFS包括可由例如木材、混凝土或石材组成的基底1。邻接层2是使用粘结砂浆固定在基底上的保温层或保温板。邻接层3是可嵌入在EIFS砂浆中的钢筋网，即砂浆加固层。最后，表面涂层5在EIFS的外表面／可见面上。
保温板可以是聚氨酯、发泡聚苯乙烯、挤出聚苯乙烯、挤出聚乙烯；聚异氰尿酸酯或矿棉，例如玻璃、绒线或岩矿棉。
EIFS砂浆包括各种组分，包括水泥、填料／骨料、流变调节剂和足以向EIFS砂浆提供适度的稠度的水，所述流变调节剂包括甲基羟乙基纤维素和羟乙基纤维素的混合物。所述流变调节剂的量，基于EIFS砂浆的重量以干基计，可以为约0.1wt％-1wt％，。术语“水泥”的含义包括但不限于：水硬水泥例如波特兰水泥、复合水泥及其混合物，或者高铝水泥等，及其混合物，所述复合水泥是包含波特兰水泥和其它组分如粉煤灰、高炉矿渣、石灰石、火山灰、硅灰等的混合水泥。
任何在建筑业中常用的填料／骨料在本发明中都是可有效使用的。适当的填料／骨料的例子如硅砂、碳酸钙、白云石，以及轻骨料如珍珠岩、聚苯乙烯珠粒、中空／多孔玻璃或陶瓷球、软木、橡胶等，及其混合物。砂浆中填料／骨料的比例，基于全部干料，优选为50wt％-约85wt％，更优选为60wt％-约80wt％，最优选为65wt％-约75wt％。
本发明的EIFS砂浆中使用的流变调节剂是甲基羟乙基纤维素(MHEC)和羟乙基纤维素(HEC)的混合物。存在于EIFS砂浆中的流变调节剂中MHEC和HEC的混合物中，MHEC对HEC的比率可以为约10∶90-约90∶10，优选为约30∶70-约70∶30，或者约50∶50。
EIFS砂浆的保水性主要受纤维素醚的影响。典型的纤维素醚如甲基羟乙基纤维素(MHEC)或MHEC在高达40℃的温度下表现良好，但是在更高的温度下，仅依赖这些典型的纤维素醚提供的EIFS砂浆的保水能力严重下降。
从应用实验可以看出，MHPC和MHEC的保水能力在中等温度(10-40℃)下是良好和可接受的。但是在高温(>40℃)下，仅依赖这些典型的纤维素醚提供的EIFS砂浆的保水能力严重下降。在EIFS砂浆中观察到的裂纹形成和粉化就是保水能力不足的后果。
已知HEC的保水能力在高温下是很稳定的。然而，HEC显示出缺乏浆体稳定性，这导致较差的可加工性和表面外观。纤维素醚的混合物，即HEC和MHEC的混合物，展示出显著的EIFS性能，为EIFS在常温和高温下提供优秀的保水能力以及良好的浆体稳定性。
本发明的EIFS砂浆也展示出延长的罐藏期。砂浆的罐藏期是保证砂浆长期具有适当的可加工性的重要属性。仅依赖MHPC或MHEC的EIFS砂浆在罐藏期方面不能满足用户的要求，尤其是在高温下。MHEC和HEC的混合物显著提高了EIFS砂浆的罐藏期。将混合物与其它改性剂联合使用可以更进一步地优化EIFS砂浆的罐藏期。
EIFS砂浆的开放时间是另一个所期望的砂浆属性，其保证应用的砂浆的长期可加工性和平滑时间。纤维素醚对于EIFS砂浆高温下的开放时间的效果是相当有限的。因此对包括纤维素醚混合物的EIFS砂浆进行额外改性。在改性的纤维素醚／改性混合物中，在EIFS砂浆中加入有效量的其它试剂混合物，一般是小于约25重量％的流变调节剂。所述其它试剂可包括非离子和／或阴离子型聚丙烯酰胺粉末与羟丙基淀粉醚的混合物，其可加入到EIFS砂浆中以进一步提高其罐藏期和／或开放时间的性能。与不包括所述其它试剂的混合物相比，这些混合物延长在高温下EIFS砂浆的开放时间约50％-100％。其它试剂是粉末状，因此可以干的方式加入至干砂浆中。
此外，这些特制(改性的)纤维素醚／改性混合物提高了标准条件下的干强度值。
在本发明的所示实施例中，份数和百分比按重量计，除非另外指明。
实施例
全部实施例中都是在外部保温装饰体系(EIFS)砂浆中进行的，所述砂浆是24.0wt％的波特兰水泥CEM I52.5N、20.0wt％的0.5-1mm的细硅砂、53.0wt％的硅砂、3.0wt％可再分散粉末、0.2wt％的硬脂酸锌作为疏水剂、0.15wt％的纤维素醚的砂浆。
纤维素醚如表1所限定。
表1：在实施例中使用的MHEC和MHPC样品的分析数据
HE-MS为2.5且Brookfield粘度(型号LVT，转子#430rpm)为2000mPas的商业HEC，由常规HEC程序制造，也被用于实施例中。
采用了多种质量评价的实验方法。调整需水量以达到相当的Helipath粘度(350,000-400,000mPas)。使用粘度计和转子***(Helipath装置)测定砂浆稠度。
实施例1
与纯HEC相比浆体稳定性提高
为了测定浆体稳定性，使用下述的实验方法。
在5秒内，将400g的干EIFS砂浆加入到相应量的水中。在使用厨房用手动搅拌器搅拌样品45秒之后，将得到的EIFS砂浆样品放置5分钟。在放置15秒之后，再使用如上的手动搅拌器搅拌EIFS砂浆样品。在搅拌之后，覆盖EIFS砂浆样品并在20℃下储存。此后不再搅拌EIFS砂浆样品。
在经过90分钟的储存之后，在聚苯乙烯板上在高度为8mm的框架中仔细涂覆EIFS砂浆样品。将涂覆的砂浆表面平整一次。对涂覆的砂浆的表面外观进行评估，如优秀的、可接受的或不好的，以评定EIFS砂浆样品的相对性能。
用如下的EIFS砂浆配方进行测试：
24.0％的水泥52.5N
53.0％的砂子F34
20.0％的砂子0.5-1mm
3.0％的AquapasTMN2095可再分散粉末(从Ashland公司获得)
0.2％的硬脂酸锌
纤维素醚(CE)的添加量是0.15％。
对下述样品进行评估：
-参照物：MHEC2，HEC
-比率是30／70％和50／50％的HEC／MHEC2混合物。
气泡稳定化／浆体稳定性是EIFS砂浆的关键性能。在使用HEC作为纤维素醚稳定剂的EIFS砂浆样品中，缺乏浆体稳定性表现在EIFS砂浆具有较差的可加工性和表面外观。
如表2所示，含有不同比率的HEC／MHEC混合物的EIFS砂浆具有良好的高温保水能力以及浆体稳定性。
表2：不同的CE和CE混合物的浆体稳定性
样品 浆体稳定性
100％MHEC2 可接受的
100％HEC 不好的
70％MHEC2∶30％HEC 可接受的
50％MHEC2∶50％HEC 可接受的
如表2及图1-2所示，仅含HEC作为纤维素醚的EIFS砂浆的性能是“不好的”，这种EIFS砂浆的表面与HEC与MHEC的混合物相比是相当粗糙的，所述HEC与MHEC混合物使EIFS砂浆具有“可接受的”等级以及光滑的表面。
实施例2
EIFS砂浆在高温下的保水性
为了测定保水性，使用如下程序。所有用于施涂EIFS砂浆的材料和工具放置在70℃的加热器中保存。在5秒内，将400g的干EIFS砂浆加入到相应量的70℃水中。样品在使用厨房式手动搅拌器经过45秒的搅拌之后，将得到的EIFS砂浆样品静置5分钟。在静置后，使用如上的手动搅拌器再搅拌EIFS砂浆样品15秒。然后，将EIFS砂浆填充到金属环中，金属环被放置在滤纸上。在滤纸和金属环之间放置薄纤维棉网，同时滤纸被放置在塑料板上。测定砂浆填入前后该组件的重量。如此，测定出湿砂浆的重量。进一步，记下滤纸的重量。完全填满的组件被放在70℃的加热器中浸渍5分钟。浸渍后，再次测量滤纸的重量，计算保水性[％]。
使用如下的EIFS砂浆配方进行测试：
24.0％的水泥52.5N
53.0％的砂子F34
20.0％的砂子0.5-1mm
3.0％的AquapasTMN2095可再分散粉(可从Ashland公司获得)
0.2％的硬脂酸锌
纤维素醚(CE)的加入量是0.15％。
测试了如下的样品：
-参照物：MHPC，HEC，MHEC1，MHEC2
-比率是30／70％和50／50％的HEC／MHEC1混合物
如图1所示，与只含纯MHEC1、MHEC2或MHEC的EIFS砂浆相比，含HEC／MHEC1混合物的EIFS砂浆展示出了提高的在高温下的保水性。
实施例3
罐藏期的延长
为了测定罐藏期，所有用于生产和施涂EIFS砂浆的材料和工具在测试前被放置在40℃的加热器中保存至少2小时。按照实施例1所述搅拌EIFS基础砂浆配方。在搅拌后，将EIFS砂浆覆盖并存放在40℃的加热器中。在测定其Helipath粘度之前，使用实施例1的手动搅拌器再搅拌样品5秒钟。对每一个样品，在0分钟时、30分钟时以及随后的每30分钟时测定Helipath粘度，直到满4小时。EIFS砂浆样品达到超过800,000mPas的Helipath粘度的时间定义为罐藏期。
使用如下的EIFS砂浆配方进行测试：
24.0％的水泥52.5R
53.0％的砂子F34
20.0％的砂子0.5-1mm
3.0％的AquapasTMN2095可再分散粉末
0.2％的硬脂酸锌
纤维素醚(CE)的加入量是0.15％。
测试了如下的样品：
-参照物：MHPC，HEC，MHEC1，MHEC2
-比率是30／70％和50／50％的HEC／MHEC1混合物
为了保证EIFS砂浆的长时间(1-4小时)合适的可加工性，对罐藏期有所要求。如图2所示，与纯MHEC、MHPC和HEC相比，MHEC1和HEC的混合物显著地提高了EIFS砂浆的罐藏期。砂浆稠度也保持了较长的时间。在具有温度稳定性的同时，EIFS砂浆可以避免早凝，因此，与纯MHEC、MHPC和HEC的情况相比，这样的EIFS砂浆在应用时就展现出了较长时间的可加工性和较高的效率。
实施例4
开放时间的延长
在40℃、30％相对湿度的人工气象室中测定开放时间。在搅拌EIFS砂浆之前，所有用于生产和施涂EIFS砂浆的材料和工具被存放在人工气象室中至少1小时。如实施例1所述搅拌EIFS基础砂浆配方。使用凹口涂布机(10×10mm)将新制的EIFS砂浆施涂在聚苯乙烯板上。在测试期间，在第一个5分钟时以及随后每2分钟时，以2kg的重量压入陶制砖(5×5cm)30秒。随后，检查砖的背面以确定砂浆对砖的覆盖程度。在压入之后，当少于50％的砖的背面被砂浆覆盖，表明EIFS砂浆样品的开放时间结束。
使用如下的EIFS砂浆配方进行测试：
24.0％的CEM I52.5N
53.0％的砂子F34
20.0％的砂子0.5-1mm
3.0％的AquapasTMN2095可再分散粉末(可从Ashland公司获得)
0.2％的硬脂酸锌
纤维素醚(CE)的加入量是0.15％。
测试了如下的样品：
-比较例：MHEC2
-HEC／CE混合物：HEC／MHEC2(50％／50％)
为了使施涂的砂浆具有长时间可加工性和长平整时间，EIFS的开放时间是关键的。纤维素醚对高温下开放时间的影响是非常有限的。将MHPC改为HEC／MHEC混合物之后，在开放时间上仅发现了轻微的提高(见表3)。
表3：MHPC和HEC／MHEC混合物的开放时间
开放时间40℃
MHPC 100％ 7min
HEC／MHEC2 50％／50％ 9min
实施例5
开放时间的延长
使用如下的EIFS砂浆配方进行测试：
24.0％的水泥52.5N
53.0％的砂子F34
20.0％的砂子0.5-1mm
3.0％的AquapasTMN2095可再分散粉末(可从Ashland公司获得)
0.2％的硬脂酸锌
纤维素醚(CE)的加入量是0.15％。
测试了如下的样品
比较例：MHPC，MHEC2
实施例：比率是30／70％的改性HEC／MHEC1混合物，如表4所示。
MHEC和HEC构成了约81wt％的流变控制剂，其余是改性HEC／MHEC1混合物作为附加试剂，如表4所示。
表4
Figure BPA0000183103320000101
为了获得足够长的可加工性和平整时间以施涂砂浆，EIFS砂浆的开放时间是必要的。在比较例中，EIFS砂浆中所含的纤维素醚对高温下的开放时间的影响有限。在改变比较例中的纤维素醚时，仅发现了轻微的变化。
与未改性的MHEC或MHPC比较例相比，改性的纤维素醚混合物的实施例延长了EIFS砂浆在高温下(40℃)的开放时间50-100％，同时增加了水因数。在表5之中，测定了本发明的改性HEC／MHEC1混合物延长开放时间的效果，如样品11所示。
表5
参照样品和改性MHEC／HEC混合物样品的开放时间
*表4的改性的组成
样品11的增稠剂用19wt％的附加试剂混合物进行改性，在整个增稠剂中，1％的增稠剂是阴离子型聚丙烯酰胺(阴离子电荷：0-20wt％)，其1wt％水溶液粘度为500mPas；1.5％的增稠剂是阴离子型聚丙烯酰胺(阴离子电荷：20-40mol％)，其0.5wt％水溶液粘度为700-900mPas；1.5％的增稠剂是阴离子型聚丙烯酰胺(阴离子电荷20-40wt％)，其0.5wt％水溶液粘度为2500-5000mPas；15％的增稠剂是羟丙基淀粉，其CH3[CH2]2OOH含量>20％，以Brookfield方法测定，在50rpm时5％溶液粘度为1000-1800mPas。
实施例6
干强度的提高
为了测定EIFS砂浆在干式存储之后的拉伸强度，采用下述程序。
在按照实施例1的程序搅拌之后，在放置在聚苯乙烯板上的框架(440mm×67mm×6mm)内施涂EIFS砂浆。将施涂的EIFS砂浆的表面平整数次，以形成完全平整的表面。在人工气象室中将样品存储28天，并且根据ETAG4标准进行测试。
使用如下的EIFS砂浆配方进行测试：
24.0％的水泥52.5N
54.0％的砂子F34
20.0％的砂子0.5-1mm
2.0％的AquapasTMN2095可再分散粉末(可从Ashland公司获得)
0.2％的硬脂酸锌
纤维素醚(CE)的加入量是0.15％。
测试了如下的样品：
MHPC、MHEC2作为参照物，样品11(见实施例4)，其是用比率为30／70％的HEC／MHEC1混合物改性。
在表6中展示了新的改性HEC／MHEC1混合物的干强度值的提高(样品11)。较之于未改性MHEC或MHPC样品，含改性纤维素醚混合物的EIFS砂浆(样品11)在28天之后干强度值有所提高。
表6
参照样品和改性MHEC／HEC混合物的强度值
Figure BPA0000183103320000121
上文已经根据具体实施方案说明了本发明。可以理解的是，本发明不限于上文的范围。在本发明的精神和范围之内，本领域技术人员可以做出各种变化和改进。

Claims (13)

1.一种用于高温应用的、具有提高的罐藏期和保水能力的EIFS砂浆，所述EIFS砂浆包括：水泥、填料／骨料、甲基羟乙基纤维素与羟乙基纤维素的混合物、足以向砂浆提供合适稠度的水，其中基于所述EIFS砂浆的重量以干基计，所述甲基羟乙基纤维素与羟乙基纤维素的混合物的量为约0.1wt％-约1wt％，以及该混合物中甲基羟乙基纤维素对羟乙基纤维素的比率按重量计为约10∶90-约90∶10。
2.如权利要求1所述的EIFS砂浆，其中所述甲基羟乙基纤维素与羟乙基纤维素的混合物还包括阴离子型聚丙烯酰胺和羟丙基淀粉。
3.如权利要求1所述的EIFS砂浆，其中所述水泥是水硬水泥。
4.如权利要求1所述的EIFS砂浆，其中所述水泥是复合水泥，并且还包括粉煤灰、高炉矿渣、碳酸钙、火山灰及其混合物中的至少一种。
5.如权利要求1所述的EIFS砂浆，其中所述水泥是高铝水泥。
6.如权利要求1所述的EIFS砂浆，其中所述填料／骨料选自硅砂、碳酸钙、白云石及其混合物。
7.如权利要求1所述的EIFS砂浆，其中所述填料／骨料包括选自珍珠岩、聚苯乙烯珠粒、中空／多孔玻璃或陶瓷球、软木、橡胶及其混合物的轻骨料。
8.如权利要求1所述的EIFS砂浆，其中所述混合物中甲基羟乙基纤维素对羟乙基纤维素的比率按重量计为约30∶70-约70∶30。
9.如权利要求1所述的EIFS砂浆，其中所述混合物中甲基羟乙基纤维素对羟乙基纤维素的比率按重量计为约50∶50。
10.具有用外部保温装饰体系装饰的表面的建筑物，所述体系包括用权利要求1所述的砂浆覆盖的保温板。
11.具有用外部保温装修体系装饰的表面的建筑物，所述体系包括用权利要求2所述的砂浆覆盖的保温板。
12.如权利要求10所述的建筑物，其中所述保温板选自发泡聚苯乙烯、挤出聚苯乙烯、挤出聚乙烯、聚氨酯、聚异氰尿酸酯和矿棉。
13.如权利要求11所述的建筑物***，其中所述保温板选自发泡聚苯乙烯、挤出聚苯乙烯、挤出聚乙烯、聚氨酸酯、聚异氰尿酸酯和矿棉。
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