石材胶粘剂的研究进展

石材胶粘剂的研究进展

摘要：综述了石材胶粘剂的种类、性能、应用以及发展前景。指出为了满足人们对建筑装饰越来越高的要求，如何更好的选择石材胶粘剂，关系到石材的安装质量、效果以及企业的济济效益。

关键词：石材胶粘剂特点发展前景

前言

由于天然石材其具有优良的材料性能和丰富多彩的装饰效果，也越来越受到人们的欢迎，已经成为建筑物装饰的一种主要装饰材料。然而天然石材在开采及加工过程中经常会造成一些石材的断裂和板材表面的裂纹等发生，天然石材一般都比较昂贵，所以石材开采企业和加工企业均采用石材胶粘剂来修补石材的缺陷。随着我国国民经济的高速发展，建筑业和装修业也发展很快。作为高档建筑装饰品，大理石及花岗石的使用量也越来越大。石材的拼花、勾缝需要通过胶粘剂粘接。因此，用于石材粘接的胶粘剂的总用量是相当可观。而国内传统的用于石材粘接的胶粘剂种类很多，根据其不同的特点具体应用在不同的领域。

1 环氧树脂胶粘剂

环氧树脂胶粘剂一般用作石材干挂胶，广泛运用于石材幕墙干挂；此外也广泛用于石材的修补、填缝；透明型环氧干挂胶适用于石材和瓷砖拼花，这类胶粘剂有良好的粘接力，较低的热变形温度，一定的可擦洗能力，能满足拼花工艺，尤其是瓷砖拼花对胶料剂有特殊的要求。

1.1环氧树脂胶粘剂的组成

环氧树脂胶粘剂主要由环氧树脂和固化剂为主成。环氧树脂：指在分子链结构中含有两个或以上的环氧基高分子化合物的统称[1]。环氧树脂品种繁多，用于配制胶粘剂的主要为两类：缩水甘油型和环氧化烯烃型；固化剂是环氧树脂胶粘剂产生粘性必不可少的物质，只有通过加入适当比例的固化剂，环氧树脂才能产生预期粘结性。因为环氧树脂本身是热塑型结构的化合物，本身并没有胶粘剂作用，只有通过加入固化剂后，使环氧树脂分子结构形成不熔不溶的网状结构，才对石材粘结有实用价值。因此，使用固化剂与否是使环氧树脂能否变成胶粘剂的关键。为改善其性能，扩大应用范围，一般加入改性环氧树脂胶粘剂：稀释剂、填料、增韧剂、促进剂、偶联剂等。

1.2环氧树脂胶粘剂的性能特点

环氧树脂的粘结性能十分优异，这与它的分子结构有着直接关系。其分子结构式的末端有环氧基，链与链之间还有经基和醚键，在加人固化剂后，其反应过程中还会产生诸如经基、醚键，这使它对许多材料有很强的粘附力，使得石材在安装时可不太多地考虑基材问题。环氧树脂的粘结剂有以下优点[1]：

1）结构式中的环氧基、轻基、醚基、醋基等众多基团，对众多建筑材料有很强、超强的粘结力；

2）加人相应固化剂后，固结过程中胶体收缩率很小，仅在2%～3%左右；加人适当填料，收缩率仍可降低，控制好的在0.8%～l%左右；

3）粘结尺寸稳定、位移小，石材装饰质量好，外观规整；

4）耐候性优异，在长期自然力：风、地震、冷热收缩、冻冰、雪、水、建筑摆动及材料应力等作用下，仍可长期保持原来形状和尺寸外形；

5）使用操作方便，工艺性好，易混合和渗透被粘材料，固化可利用固化剂控制速度，有利于装饰石材的施工；

6）固化时自然条件宽范：可在室外、室内自然气温下固化，便于在不同场合施工;

7）配胶时可不使用有毒有害溶剂，安全可靠；

8）配胶时，所用原料均成为胶体，不会出现副产物去污梁石材，减少污染；

9）根据石材安装需要可制成各种产品，以供装饰装修人员选用，如注胶管，化学锚栓，背栓用胶，以及填补用等不同方式；

10）使用温度范围广，在-60℃～150℃之间均可安全有效施工；

11）国产化原料供应充足，价格低廉，在石材幕墙上使用其成本通常仅占幕墙成本的万分之几；

12）通过改性，可开发出多种适合石材装饰用的产品，如透明环氧胶，与其他树脂掺合，改变填料可进行改性。

另外，环氧树脂的粘结剂在使用当中还存在着以下的缺点：

1）未改性环氧树脂固结后较脆，易剥离，不利于粘固石材，因其分子结构式中苯环和杂环存在，柔性变低，固结后体型不易变形，脆性增大，增加了石材脱落的因素；

2）配制成胶后，施工周期较短，对复杂安装工程不利；

3）个别环氧树脂，以及稀释剂，固化剂的挥发物、粉末、气体对人体有一定伤害，对环境有少量危害，还存在易燃、易爆、接触性伤人的安全隐患。所以在施工中应该特别注意。

1.3环氧树脂胶粘剂的应用及发展前景

随着我国国民经济的高速发展，建筑业和装修业发展也很快。作为高档建筑装饰品，大理石及花岗石的使用量也越来越大。2000年，国内石材总产量达1000万吨，其中75%是用于建筑装饰[1]。石材的拼花、勾缝需要通过胶粘剂粘接。因此，用于石材粘接的胶粘剂的总用量相当可观。国内传统的用于石材粘接的胶粘剂种类虽然很多，且有其各自的优点和缺点，但是不能同时满足施工工艺性好、贮存期长、固化时间短、粘接强度高、符合审美标准、价格适中等多项指标的要求。环氧树脂胶粘剂的性能特点基本能达到以上的要求。环氧树脂胶粘剂使用在石材装饰装修工程上，伴随着建筑业应用而开始的，但真正大规模，批量化使用，是在我国石材幕墙的安装上，起源于湿法水泥砂浆改为干法安装之后。用干挂法安装幕墙质量好、便于维修、施工周期短，表现出明显的优越性。现在几乎任何一座利用高档石材装饰幕墙的建筑，都会用到干挂法及环氧树脂胶粘剂。

石材干挂胶一般采用环氧树脂胶粘剂，在石材幕墙干挂施工工艺中以四两拨千斤的力量将一块块几十公斤重的石材粘接在挂件上，干挂胶质量的好坏直接关系着石材的安装质量和效果。石材干挂胶是用于石材与金属粘接专用的专用胶，其成分是环氧树脂，由A、B组合使用，调配简单明确，属于柔性结合，且不渗油，无污染石材，抗震、抗扭曲性强，应力小，粘接强度不受影响，在温差和震动条件的作用下，伸缩、沉降产生的位移较小。

前不久由湖南省高新技术企业——长沙蓝星化工新材料有限公司开发成功了新一代弹性环氧胶粘剂[2]。其生产的新型弹性环氧胶粘剂主要特点是粘度低、操作性能好，配胶简单，使用方便；放热低，使用期长；固化后胶层柔软性极高，伸缩率大，耐冲击性能优良，胶合件应力小；对水、二氧化碳不敏感，没有胺浑浊现象，固化物表面光泽好；固化剂配合比例大，称量误差带来的影响小；低毒低刺激性，对操作人员安全无损害；具有可拆卸性(如果需要可在80℃以上的受热条件下，拆胶返修)，通过调整配方，可满足光学仪器的特殊需要，适合多种条件粘接。

2云石胶

由于天然石材其具有优良的材料性能和丰富多彩的装饰效果，也越来越受到人们的欢迎，已经成为建筑物装饰的主要装饰材料。然而天然石材在开采及加工过程中经常会造成一些石材的断裂和板材表面的裂纹等发生，因此天然石材一般会比较昂贵，所以石材开采企业和加工企业一般采用云石胶来粘接、修补石材的缺陷。另外随着建筑装饰业的快速发展，石材在装饰业的用量也在逐年上升，因此对石材胶粘剂的性能要求也在不断提高。

2.1 云石胶的组成及其分类

云石胶一般由不饱和聚醋树脂和环氧树脂等为基体的树脂、添加其它改性材料及适当的固化剂，适用于石材的定位、修补等非结构承载粘结用途的石材胶粘剂。按基体树脂分为：不饱和聚醋

树脂型和环氧树脂型；若按用途分可分为Ⅰ型和Ⅱ型，Ⅰ型适用于耐水要求较高的产品，Ⅱ型适用于一般要求的产品[3]。

2.2 云石胶的性能特点

云石胶的固化是一个自由基引发不饱和聚醋的主链上的碳碳双键和苯乙烯类单体交联固化的急剧放热过程。反应过程中双键的断裂交联会一导致胶体的体积急剧收缩，收缩率一般约为10%～15%，致使胶体内应力较高、附着力不强。同时不饱和聚醋结构中存在过多的亲水性较强的醋键，在潮湿环境中主体树脂会逐步水解，这种过程在酸碱存在下显得尤为明显，将导致粘接强度急剧下降甚至完全丧失[4]。

表1对比某厂云石胶与环氧干挂胶的技术指标，显然无论是胶体的原始粘结强度还是在不同老化条件下的粘结强度，环氧干挂胶比云石胶都大得多，完全能满足结构性粘接的要求。当然，环氧类胶同样也能满足石材与瓷砖拼花、修补等非结构性粘接的要求。

表1 某厂的云石胶和干挂胶的性能对比

但在我国石材幕墙工程上使用最多的是云石胶(不饱和聚醋类胶粘剂)，其最主要的原因是：价格低廉、粘度较低、施工方便；以过氧化物为固化剂，固化速度快(常温下固化一般只需4～5min)，能在低温环境下施工，缩短了工程工期。但云石胶的性能特点根本不具备结构胶的两个基本特性：良好的粘接强度和耐久(候)性、无法满足《干挂法石材幕墙用环氧胶粘剂》行业标准的基本要求[4]。显然云石胶一般只推荐用作石材修补，快速定位及拼花等非结构性粘接，不适用于石材的干挂用胶。否则，必然存在较大的安全隐患！

2.3 云石胶的运用及其发展前景

云石胶与石材干挂胶的性能特点不同，所以它们的用途也不同。云石胶主要用于石材的修补及定位，它的成分是不饱和聚脂，属于刚性结合，用于石材干挂工程中，其优势是固化的时间便于调节。但由于不饱和聚脂与固化剂比例容易失调，导致剪力不够、应力大，在温差和震动条件的作用下产生的位移比较大，容易开裂，所以不能用于石材幕墙干挂的干挂胶。

目前由武汉现代工业技术研究院在传统的云石胶的基础上研究成功了一种新型云石胶技术，该技术的研究成功克服了传统云石胶的耐老化性差、附着力差、脆性大、成本高等缺点。具有价格低廉、黏度较底、施工方便、固化快等特点，能在低温环境下施工。该胶经多家石材企业使用，各项性能指标均筑装饰达到国外同类产品的先进水平。天然石材由于具有优良的材料性能和丰富多彩的装饰效果，已经成为建的一种主要材料。该产品广泛用于石材断裂黏结、填缝及石材与石材、石材与瓷砖、石膏吊顶等多种材料黏结拼花等建筑装修行业。据有关资料统计,目前全国每年需云石胶约15万吨以上。因此,随着我国建筑业的高速发展,今后几年内云石胶的用量还会不断增加[5]。

3石材胶粘中所用工程胶

3.1 工程胶

随着现代建筑材料加工技术的进步，石材早已由过去建筑物的基础材料、结构材料的角色，发展到了建筑、装修、装饰、机械、化工、冶金、仪器、工具、工艺等其他多个应用领域。而今天人们使用石材最多的功能当数石材的装饰装修性能，这得益于石材具有回归自然、反璞归真的装饰性。现今的建筑装饰装修石材分为天然石材和人造石材，天然石材包括大理石、花岗石、板石等，人造

石包括人造大理石、预制水磨石等。

3.2 工程胶的施工方法及特点

石材装饰工程根据饰面石材规格大小、施工设计要求、施工部位不同。一般的施工方法可分为湿贴法、挂贴法、干挂法、粘贴法。湿贴法主要是用水泥砂浆粘贴;挂贴法是用铜丝将石板挂在已安装于墙上的钢筋网之上，调校平整后灌人水泥砂浆；干挂法是依靠挂件、螺栓直接固定在墙面或钢架上；粘贴法主要是用工程胶粘贴[6]。

工程胶作为新型的装饰材料，打破传统墙面石材施工工艺的各种限制，其施工速度、方法、成本等都优于传统的干挂法。工程胶主要分为三类：慢干型、快干型、透明型；其基本性能、使用效果与传统胶基本一致。所不同的是其外观和凝固时间不同，它们主要有以下特点：1）用在墙面具有良好的抗震、抗拉、抗压、抗冲击性能，合格的胶与石材粘接，其抗拉强度大于它们材料本身，机械拉开粘接的部分，可把石材拉断，而粘接处完整无损；

2）有较强的韧性和伸缩性，可以防止石材在粘接后因地震、风动力作用，随气温热胀冷缩而发生变形、扭曲、脱落；

3）具有较好的结合强度，且抗老化，耐候性稳定；

胶经过装修干涸后，显现出较强的适应性，对水泡、淋湿、冷冻、潮气、炎热高温，仍不能使胶变脆、变硬或变软，

4）适应性强，干涸后抗水、防潮、耐候性能好，并能在-30至90℃温差环境内保持性能稳定不变，绝不会因温度的变化而变脆和变软，性能长期保持稳定[7]；

5）能抵御自然污染中化学物质的侵蚀；

6）适用范围广，可用于石材、微晶玻璃板、金属、不锈钢、混凝土、水泥制品、耐火砖、陶瓷砖、玻璃钢等不同材质的任何其中两种物质相互粘接，并可用作工程结构补强或工程结构裂缝防水的粘合材料。

若将工程胶运用于石材干粘法施工，将石材板块用强力胶直接粘贴在结构墙面上，不但避免了传统湿作业的困扰，而且克服了干挂法的诸多缺陷，施工速度快，质量易保证，而且经济效益也是显而易见[8]。

3.3 工程胶的运用及发展前景

对于室内墙面装饰石材的施工做法，我国过去长期沿用的湿贴法因存在泛碱、易空鼓而影响装饰效果以及劳动效率低、施工周期长等缺点现已很少采用。上世纪90年代从国外引进采用不锈钢或镀锌型钢龙骨及干挂件来固定石材的干挂法，弥补了传统做法的缺陷与不足，但石材干挂造价偏高，而且劳动强度大、板材开槽后强度受损。在这种情况下应运而生的干粘法则能有效地克服以上的诸多不足，成为一种新的施工工艺越来越受欢迎。

近年来，使用石材和微晶玻璃作为高档建筑物的内外饰面已成为一种新的时尚潮流，使建筑物显得格外的高雅、庄重和得体。而这一切都要借助于安装来实现其装饰效果。但是，传统的湿法安装由于其明显的缺点，不仅令建筑师们大伤脑筋，而且对施工的质量和饰面效果均有负面效果。如挂铜线灌水泥浆的方法，因粘结质量无保障，水泥的化学作用令石材变色、发锈斑及“流眼泪”等，大大地限制了石材的应用效果。而一些新型的干挂技术，如机械式紧固干挂法，则因其造价高、施工难度大，速度慢，保险程度低而普及略慢。这在一定程度上影响了石材、微晶玻璃的使用。而工程胶的使用克服了传统湿法作业存在的安全系数低、墙体涌水及石材变色、生锈及“流眼泪”等缺点，弥补了金属干挂造价高、施工难度大、速度慢、材料耗损率高及隐患性危险率高等不足，并可大大减少建筑综合费用。

从以上的叙述可以清楚地看出，饰面石材工程胶粘贴施工技术的施工成本低、操作简便、施工速度快，在日后的使用过程中不会发生石材病变，且工程胶和嵌缝胶均为无毒、无害、使用安全。因此，工程胶运用于干粘法是一项值得推广应用的饰面石材安装施工的新技术。

小结

国内传统的用于石材粘接的胶粘剂种类虽然很多，但其各有各自自的优点和缺点，还没有一种胶粘剂能够同时满足施工工艺性好、贮存期长、固化时间短、粘接强度高、符合审美标准、价格适中等多项指标的要求。所以在选择石材胶粘剂时候应该根据实际需要而定。石材作为一种不可替代的天然饰品，以其特殊的色彩、光泽和优良的耐久性而广泛应用于建筑装饰中，但石材中的缺陷也是随处可见的，如何更好的选择石材胶粘剂进行弥补不仅关系到石材的美观，而且关系到石材的粘结强度以及施工的质量、济济效益。在日后的石材运用过程中，选择正确的胶粘剂将使石材固定更牢固，耐久性和安全性更高。石材经过加工加工能消除缺陷的影响，就能大面积地提高石材的质量等级，从而减少废次品、提高出材率，以及以后的施工过程中能更好的利用材料的使用率、使用质量。

参考文献：

[1] 胡云林，侯建华.石材结构性粘接荆的组成及性质.石材.2005，（6）：21-28.

[2] 长沙蓝星化工新材料有限公司. 新型弹性环氧胶粘剂在湖南问世.化学与粘合.2004，（3）：1-2.

[3] 中国建材行业标准.非结构承载用石材胶粘剂(云石胶).石材.2005，（2）：43-48.

[4] 陈强，邱远平，甘水平等.怎样正确选用与使用石材干挂胶.石材化学.2002，（4）：24-26.

[5] 武汉现代工业技术研究.武汉研制成功特种高强云石胶.辽宁化工.2003，（1）：29-30.

[6] 苏毅明.工程胶在石材粘贴工艺中的应用.石材.2006，（2）：28-31.

[7] 陈国华，康晓玲.澳洲麦桔工程胶在石材干挂工程中的应用.石材.2002，（7）：19-21.

[8] 申家海，贾启方.石材干粘法在某工程中的应用.工程建筑与设计.2005，（8）：63-66.