高性能薄涂型水性環(huán)氧地坪涂料的制備與施工工藝

 中國新型涂料網(wǎng)訊：

現(xiàn)代工業(yè)對(duì)地坪提出了越來越嚴(yán)格的要求，如食品、醫(yī)藥等工業(yè)要求地坪不起灰，無有害揮發(fā)物，干凈無塵；機(jī)械工業(yè)要求耐強(qiáng)烈的機(jī)械沖擊，耐磨損，能長期經(jīng)受叉車等車輛的輾軋，即使局部損壞也容易維修；機(jī)床、儀器儀表等工業(yè)車間地面常受到各種油類侵蝕滲漏，難以徹底清除，要求地坪耐油性好；化學(xué)工業(yè)則要求地坪能耐各種化學(xué)介質(zhì)的腐蝕。此外，現(xiàn)代文明的車間和家庭地坪應(yīng)該平坦、亮麗、色彩豐富，給人們創(chuàng)造一個(gè)良好的工作和生活環(huán)境；這樣，隨著涂料技術(shù)的飛速發(fā)展，地坪涂料的存在就有了其必要性和必然性。

傳統(tǒng)的溶劑型地坪涂料和無溶劑型地坪涂料基本性能優(yōu)良。但是，其中存在著許多揮發(fā)性溶劑，對(duì)人體和環(huán)境存在不同程度的危害；另外，由于傳統(tǒng)的溶劑型涂料漆膜非常致密，透氣性極差，當(dāng)應(yīng)用在地下潮氣較重的基面時(shí)，容易出現(xiàn)漆膜鼓泡、剝離脫落等現(xiàn)象，這樣的例子屢見不鮮。而水性環(huán)氧樹脂涂料同溶劑型環(huán)氧樹脂涂料相比，漆膜具有微孔結(jié)構(gòu)，它能允許水汽滲透而液體不能滲透，能釋放水泥內(nèi)部的氣體壓力，從根本上解決漆膜鼓泡的毛病。這樣，地坪涂料向水性化發(fā)展成為必然趨勢(shì)。

環(huán)氧地坪涂料對(duì)混凝土等多種底材的附著力優(yōu)良、固化收縮率低；具有良好的耐水性、耐油性、耐酸堿性、耐鹽霧腐蝕等化學(xué)特性；同時(shí)具有優(yōu)良的耐磨性、耐沖壓性、耐洗刷性等物理特征；在使用時(shí)不易產(chǎn)生裂紋且易沖洗、易維修保養(yǎng)。環(huán)氧地坪涂料在工業(yè)地坪行業(yè)占有重要地位，是現(xiàn)代工業(yè)較理想的長效地坪涂料品種。

國外采用環(huán)氧樹脂作聚合物混凝土、砂漿及水性地坪涂料已相當(dāng)普遍。國內(nèi)在葛洲壩水利樞紐、三門峽水電站等水利設(shè)施中大量應(yīng)用環(huán)氧樹脂混凝土和砂漿，在巖基裂縫處灌漿，在壩體沖砂、泄洪閘基及混凝土構(gòu)件裂紋處修補(bǔ)及在輸水渠道密封堵漏加固補(bǔ)強(qiáng)都取得成功，這些都表明水性環(huán)氧樹脂地坪涂料前景可觀。國內(nèi)也有一些公司推出了水性環(huán)氧地坪系列產(chǎn)品，在潮濕混凝土基面防護(hù)地坪涂料得到了應(yīng)用，但性能不是很理想；水性環(huán)氧地坪涂料正是憑借其環(huán)保優(yōu)勢(shì)、優(yōu)異的透氣性能以及和混凝土良好的相容性在近年來得到了快速發(fā)展。

水性環(huán)氧地坪涂料的制備

水性環(huán)氧地坪涂料的成膜物質(zhì)可以選擇液態(tài)環(huán)氧樹脂或各種分子質(zhì)量的環(huán)氧乳液與水溶性胺或胺分散體復(fù)配來構(gòu)成，在色漆組分中配以顏填料和助劑等即可配制水性環(huán)氧地坪涂料。液態(tài)環(huán)氧樹脂或其乳液與水溶性胺復(fù)配的體系（稱為Ⅰ型體系）和固態(tài)環(huán)氧樹脂的乳液與水溶性胺復(fù)配的體系（稱為Ⅱ型體系）是水性環(huán)氧地坪涂料目前最商品化的種類，可配制成零VOC或低VOC水性環(huán)氧地坪涂料。用水性環(huán)氧乳液與水性胺固化劑分散體復(fù)配的體系被稱為V型水性環(huán)氧體系，它改變了過去胺固化劑是水可溶的狀態(tài)，提高了與樹脂的匹配性；增加了胺固化劑的疏水性，因而改善了涂膜的耐水性。但是國外的水性環(huán)氧乳液和胺固化劑

本文采用Ⅰ型水性環(huán)氧體系，通過選用合適的成膜物質(zhì)，改變雙組分的配合比例，選用合適的顏填料與功能助劑，制備了性能優(yōu)異的水性環(huán)氧地坪涂料。

1、成膜物質(zhì)的選擇

當(dāng)用與環(huán)氧基反應(yīng)的固化劑時(shí)，環(huán)氧值高的環(huán)氧樹脂充分固化后的有效交聯(lián)密度大，對(duì)腐蝕性介質(zhì)通過涂膜有強(qiáng)的抵擋作用；環(huán)氧值低的環(huán)氧樹脂則相反。本試驗(yàn)環(huán)氧樹脂選用市場上易得的標(biāo)準(zhǔn)液態(tài)環(huán)氧樹脂E51，因E51環(huán)氧樹脂分子鏈較短，與固化劑有較高的有效交聯(lián)密度，能形成耐腐蝕性優(yōu)良的涂膜。另外，環(huán)氧樹脂分子中的脂肪族羥基具有一定的親水性，這種羥基有利于水分子在涂膜內(nèi)積集或穿過，使涂膜的防水性下降。E51環(huán)氧樹脂分子鏈中羥基含量很少，形成的涂膜內(nèi)羥基含量必然也很少，這樣從環(huán)氧樹脂的選擇上提高了涂膜的耐腐蝕性耐水性。

涂膜內(nèi)羥基含量與耐水性關(guān)系見表1

表1涂膜內(nèi)羥基含量與耐水性  

但是，過高的交聯(lián)密度容易使得涂膜發(fā)脆，所以在環(huán)氧樹脂組分中加入了活性稀釋劑，活性稀釋劑能降低漆料黏度，增加施工時(shí)固化劑組分與環(huán)氧樹脂組分的易混勻性，使固化劑對(duì)環(huán)氧樹脂的乳化功能更容易發(fā)揮，而且活性稀釋劑本身又能直接參與固化劑的反應(yīng)，不產(chǎn)生VOC�；钚韵♂寗┯袉喂倌芎投喙倌艿模瑔喂倌芑钚韵♂寗┑募尤虢档土擞行Ы宦�(lián)密度，能明顯改善涂膜的韌性，但是相應(yīng)的涂膜耐化學(xué)品性能會(huì)下降。我們選用了分子鏈較長的1,4-丁二醇二縮水甘油醚（BDGE）雙官能活性稀釋劑，用量為環(huán)氧樹脂質(zhì)量的15％左右，用量過多會(huì)損失涂膜的耐溶劑性能，在涂膜的有效交聯(lián)密度變化不大的情況下使涂膜的柔韌性得到改善。固化劑的選擇對(duì)制備水性環(huán)氧地坪涂料至關(guān)重要。

水性環(huán)氧涂料為多相體系，環(huán)氧樹脂為分散相，固化劑為連續(xù)相（對(duì)水溶性固化劑而言），有研究表明其固化過程由擴(kuò)散控制：固化反應(yīng)首先在界面上發(fā)生，環(huán)氧顆粒表層的黏度逐漸增大，同時(shí)固化劑逐漸擴(kuò)散到環(huán)氧樹脂中，進(jìn)一步使環(huán)氧樹脂固化，環(huán)氧乳液顆粒粒徑越小，固化則越接近完全；固化劑與環(huán)氧樹脂相容性越好，固化劑越容易向環(huán)氧樹脂內(nèi)擴(kuò)散，有利于固化。常用的水性固化劑有脂肪胺加成物、脂環(huán)胺加成物、聚酰胺、聚酰胺加成物等。脂肪胺加成物和脂環(huán)胺加成物適用期短，固化速度太快，環(huán)氧顆粒表層黏度上升過快，不利于固化劑向環(huán)氧顆粒深處擴(kuò)散，固化不完全，漆膜性能不理想。聚酰胺固化劑與環(huán)氧樹脂組分混溶性不好且存在熟化期，用聚酰胺樹脂的加成物則可克服這一缺點(diǎn)，因此，我們選用了水溶性的聚酰胺加成物作為本體系的固化劑，該固化劑對(duì)濕混凝土基面的潤濕性良好，能排開水固化，即使在較濕的基面也有很好的固化性能，解決了油性環(huán)氧地坪涂料濕面施工困難的問題。

2、顏填料的選用

顏料是色漆生產(chǎn)中不可缺少的成分之一。其作用不僅僅是色彩和裝飾性。更重要的作用是改善涂料的物理化學(xué)性能，提高涂膜的機(jī)械強(qiáng)度、附著力、防腐性能、耐光性和耐候性等。為了使漆膜具有一定的遮蓋率，填料的折射率與成膜物質(zhì)的折射率絕對(duì)差值應(yīng)該較大，一般高分子的折射率為1.55左右，常用體質(zhì)顏料的折射率為1.45～1.65，我們加入折射率極高（折射率為2.74）且化學(xué)惰性強(qiáng)的著色顏料——金紅石型鈦白粉，根據(jù)不同顏色其用量占色漆質(zhì)量3%～10％。為保證水性地坪涂料良好的透氣性，其顏基比較高，研制的漆膜致密程度沒有同類油性產(chǎn)品高，漆膜表面沒有足夠厚且致密的樹脂能抵擋化學(xué)藥品的腐蝕，因此，為了提高產(chǎn)品的耐化學(xué)品性，則需選擇耐化學(xué)品性能良好、耐磨、硬度高、吸油量低的顏填料，如硫酸鋇、石英粉等。另外，加入適量的滑石粉，不但可以降低漆膜開裂的可能性，而且可以增強(qiáng)漆料的貯存穩(wěn)定性。其他含鈣的填料由于耐酸性不佳不宜采用。

3、助劑的選用

助劑是水性環(huán)氧樹脂涂料生產(chǎn)、儲(chǔ)存及施工過程中不可缺少的組分之一，應(yīng)充分利用各種助劑對(duì)涂料以及最終涂膜性能的作用，有針對(duì)性地選用各種助劑。水性環(huán)氧自流平涂料應(yīng)選用的助劑有消泡劑、分散劑、流變調(diào)節(jié)劑、流平劑等，具體選擇時(shí)應(yīng)考慮與水性環(huán)氧體系的相容性，避免出現(xiàn)凝膠和涂膜浮油等缺陷。

分散劑的作用是將顏料、填料的二次顆粒表面潤濕，并經(jīng)機(jī)械剪切的方式從二次顆粒研磨分散到初級(jí)顆粒表面，吸附、包覆，通過負(fù)電荷的互相排斥作用使顏填料穩(wěn)定地懸浮在涂料中，保持穩(wěn)定狀態(tài)。分散劑的另一作用是著色性。各種顏料、填料的粒徑、密度均不一樣，要求具有不同色素的顏料之間的內(nèi)聚力較弱，才有均勻的展色性，而不會(huì)引起浮色的發(fā)花。我們所選的分散劑為高分子聚合物型，其適中的親水親油平衡值使之與該雙組分體系具有較好的相容性，有效地控制浮色并能很好地使顏填料穩(wěn)定地分散在體系中，從而提高了產(chǎn)品的貯存穩(wěn)定性。

在使用過程中，為了給予水性地坪涂料合適的黏度，改善其施工性能、觸變性能，幫助顏填料的分散及成漆系統(tǒng)的穩(wěn)定性，往往需要增稠劑。綜合各種類型增稠劑的特點(diǎn)、性能，亦結(jié)合生產(chǎn)工藝的實(shí)際情況，我們選用有機(jī)粘土類增稠劑來解決水性地坪涂料的增稠問題。使水性地坪涂料的施工性、穩(wěn)定性等綜合性能得到明顯的改善。

消泡劑是水性環(huán)氧地坪涂料中必須使用的助劑，為了使之在雙組分混合以后還能有良好的相容性，我們選取了水油兩用的非硅型消泡劑。          

4、水性環(huán)氧地坪涂料的制備工藝

該涂料為甲、乙兩組分組成，甲組分為液態(tài)環(huán)氧樹脂配以適當(dāng)比例的活性稀釋劑，甲組分按表2的物料及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)配制。

                   表2水性環(huán)氧地坪涂料甲組分配方

組分                                         質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%

低分子量液態(tài)環(huán)氧樹脂                            85.0

活性稀釋劑                                      15.0                      

將配方量的液態(tài)環(huán)氧樹脂與活性稀釋劑用分散機(jī)或攪拌機(jī)在200～600轉(zhuǎn)/min速度下混合5～15 min，包裝即可。

乙組分由水性固化劑分散體、水、顏填料以及助劑等組成，其基本配方見表3。

乙組分制造方法為：

先將配方量的一部分水、助劑和全部顏填料在1 300～1 800轉(zhuǎn)/min高速分散15～30 min后降速，再加入水性固化劑和剩余的水在600～900轉(zhuǎn)/min混合3～10 min，繼而加入其余助劑及色漿分散10～20min，過濾包裝。 

表3水性環(huán)氧地坪涂料乙組分配方

根據(jù)涂料的使用要求，調(diào)整乙組分配方中固化劑和顏填料的含量，可以按要求制成底漆和面漆。甲乙兩組分的配比(按甲組分包含的環(huán)氧基團(tuán)的物質(zhì)的量與乙組分包含的氯基活潑氫的物質(zhì)的量之比計(jì))為，甲組分：乙組分1．0一1．2：l，保持適度的環(huán)氧樹脂過量，以提高漆膜的耐水性和耐腐蝕性。

若按上述乙組分配方，使水性固化劑含量為30％，顏填料含量為45％，甲、乙組分中成膜物質(zhì)的當(dāng)量比為1.1:1，制得的水性環(huán)氧地坪面漆基本性能指標(biāo)見表4。

    表4   薄涂型水性環(huán)氧地坪涂料面漆性能指標(biāo)

       項(xiàng)目                                          指標(biāo)                

                                    表干                           3 

干燥時(shí)間/h                   實(shí)干                          18

鉛筆硬度/H                                                 2

        附著力/級(jí)                                                   0

        耐磨性(750 g/500 r，失質(zhì)量)/g                               ≤0.02

        耐沖擊性/(kg·cm)                                        50通過

        耐洗刷性/次                                              ≥10 000

        耐10％NaOH                                            30 d無變化

        耐10％HCl                                              10 d無變化

        耐潤滑油(機(jī)油)                                          30 d無變化  

 5、水性環(huán)氧地坪透氣原理分析

固化劑分子首先和環(huán)氧樹脂分散相粒子的表面接觸發(fā)生固化反應(yīng)，隨著固化反應(yīng)的進(jìn)行，環(huán)氧樹脂分散相的分子質(zhì)量和玻璃化溫度逐漸提高，使得固化劑分子向環(huán)氧樹脂分散相粒子內(nèi)部的擴(kuò)散速度逐漸變慢，這就意味著環(huán)氧樹脂分散相粒子內(nèi)部進(jìn)行的固化反應(yīng)較其表面的少，內(nèi)部交聯(lián)密度也較低。同時(shí)隨著固化反應(yīng)的進(jìn)行，環(huán)氧樹脂分散相粒子逐漸變硬，粒子之間也很難相互作用而凝結(jié)成膜。因而與溶劑型環(huán)氧樹脂涂料相比，水性環(huán)氧樹脂涂料很難形成均相、完全固化的涂膜。這樣漆膜不是很致密，再加上較高的顏基比，使得漆膜中存留較多開放的微孔，見圖1（A）。

     圖1水性環(huán)氧地坪涂料與溶劑型環(huán)氧地坪涂料表面形貌的SEM照片

這些微孔的半徑＜10^－7m，這些小孔無法產(chǎn)生毛細(xì)作用，只有氣態(tài)水分子才能通過這些孔，因而漆膜具有優(yōu)良的單向透氣性，即地下的水汽能以分子形式透過漆膜，而漆膜表面的水是締合形式的水，粒徑較大，難以透過漆膜向下滲透。而傳統(tǒng)的溶劑型涂料中的樹脂和固化劑都以分子形式處于溶液中，體系是均相體系，因此固化十分完全，漆膜非常致密（見圖1（B）），透氣性極差，當(dāng)應(yīng)用在地下潮氣較重的基面時(shí)，由于地下水汽的上升對(duì)漆膜產(chǎn)生滲透壓力，當(dāng)這個(gè)滲透壓力大于漆膜與基層間的附著力時(shí)，漆膜被水汽壓力頂起，表現(xiàn)為漆膜鼓泡、剝離，見示意圖                                                    

6、薄涂型水性環(huán)氧地坪涂料的施工工藝探討

一種優(yōu)質(zhì)的涂料需要配合合理的施工工藝才能體現(xiàn)其優(yōu)異的性能，地坪涂料也是如此。施工底漆前，需將地面水泥砂漿剔鑿并清掃干凈，地面如有油脂類雜質(zhì)，須用溶劑擦拭干凈以免附著不良；原水泥地面要求堅(jiān)硬、平整、不起砂，地面如有空鼓、脫皮、起砂、裂痕等，必須按要求處理后方可施工；如果為水磨石、地板磚等光滑地面，須先打磨成粗糙面；基面應(yīng)平整，最好要求2 m靠尺不大于3 mm，基面應(yīng)無積水或無明顯滲漏；施工時(shí)現(xiàn)場相對(duì)濕度應(yīng)低于95％，并無明顯“返潮”現(xiàn)象；環(huán)境溫度在12℃以上，以免固化程度過低，使涂膜性能下降。

施工工序一般為：基面處理→底漆→（砂漿層）→膩?zhàn)?rarr;面漆→（罩光清漆）。砂漿層和罩光清漆可根據(jù)實(shí)際使用情況選用。

水性環(huán)氧底漆主要用來補(bǔ)強(qiáng)基礎(chǔ)，穩(wěn)固基面殘留的塵粒，增加基面與涂層間的附著力，對(duì)基面殘留的堿起一定的封閉作用。砂漿層和膩?zhàn)訉右环矫婵梢哉移交�面，�?duì)基面實(shí)行進(jìn)一步加工；另一方面可以增加漆膜厚度，提高承載能力、防腐性能與涂膜使用期限。水性環(huán)氧地坪面漆已經(jīng)具有良好的性能，一般不需要再涂布罩光清漆。一般情況下，涂膜越厚，其透氣性會(huì)越差，罩光清漆增加了涂膜的厚度，降低了涂膜的透氣性能。如有需要，在較干燥基面可以涂布罩光清漆來提高漆膜光澤，延長使用期限。

施工現(xiàn)場雙組分混合時(shí)應(yīng)充分、均勻，固化劑乳化液態(tài)環(huán)氧樹脂需提供足夠高的剪切力，以使環(huán)氧樹脂能乳化成較小顆粒，最好使用手持式電動(dòng)攪拌機(jī)在400～800轉(zhuǎn)/min速度下攪拌漆料數(shù)分鐘。施工時(shí)要特別掌握好漆料的使用時(shí)間，可根據(jù)漆料的適用期和現(xiàn)場施工人員數(shù)量合理調(diào)配漆料，以免漆料一次調(diào)配過多，超過使用時(shí)間而造成浪費(fèi)。

施工底漆、面漆、清漆時(shí)可以采用輥涂或刷涂。施工膩?zhàn)訒r(shí)采用刮刀刮涂，砂漿層的施工可根據(jù)實(shí)際情況采用刮涂或鏝涂。

結(jié)論

通過對(duì)環(huán)氧樹脂、固化劑、顏填料以及助劑的精心選擇，制備了性能優(yōu)良的水性環(huán)氧地坪涂料，它以水為分散介質(zhì)，VOC含量極低、氣味小、環(huán)保、安全性高，可在潮濕環(huán)境施工，涂膜附著力強(qiáng)、柔韌性好、耐沖擊、透氣性良好、不鼓泡，適用范圍較廣，對(duì)一般地面涂裝都適用。特別適用于醫(yī)院、食品廠、超市、乳品廠和化妝品廠等需要保持高度清潔的場所及潮濕環(huán)境，如地下停車場、一樓地面、潮濕季節(jié)。