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张　睿,王留方,倪爱兵,赵宝华,朱亚君　 (中化建常州涂料化工研究院,江苏常州213016)     　　摘　要 : 讨论了组成无溶剂环氧地坪涂料的环氧树脂、胺固化剂、低挥发性活性稀释剂、无机着色颜料、惰性填料和助剂等对涂层性能和施工性能的作用和影响 , 探讨了施工工艺条件。     关键词 : 自流平 ; 环氧树脂 ; 地坪涂料 ; 无溶剂涂料    0 　引　言     现代科学技术和生产的迅速发展对厂房、车间地坪提出了越来越高的要求 , 要求车间地坪洁净、耐磨和耐腐蚀 , 室内空气含尘量尽量低。目前国外的许多洁净车间地坪通常采用整体聚合物面层 , 基本上以自流平涂料为主 , 由于一般情况下涂料的化学基料为环氧树脂 , 所以国内一般称为环氧自流平涂料。     溶剂型涂料在生产、施工和固化过程中会排放大量的挥发性有机物 , 这些挥发性有机物不仅影响人们的身体健康 , 而且会造成环境污染。近几年来 , 挥发性有机物的危险性已引起各国政府的重视 , 并已颁布了相关的法规对其排放进行了限制 , 因此发展无溶剂型涂料和水性涂料已是大势所趋。无溶剂环氧地坪涂料的特点 : 基本无挥发性有机物排放 , 对环境友好 ; 自流平性好 , 一次成膜在 1 mm 以上 , 施工简便 ; 涂膜坚韧、耐磨、耐化学品、无毒、不助燃 ; 涂膜表面平整光洁 , 具有很好的装饰性。     1 　涂料制备     1. 1 　主要原材料     低相对分子质量液体环氧树脂、填料及骨料 : 国产 ; 活性稀释剂、固化剂、表面助剂 : 进口。     1. 2 　配方设计     通过对涂料配方的筛选和涂膜性能的测试 , 确定了无溶剂环氧自流平地坪涂料的基本配方 ( 见表 1) 和生产工艺。      表 1 无溶剂环氧自流平地坪涂料配方 生产工艺     将环氧树脂、颜料、填料、活性稀释剂、助剂等用高速搅拌搅拌均匀 , 在三辊机或砂磨机上研磨至一定细度 , 制得漆组分。在涂装时将漆组分与等物质量的固化剂混合均匀 , 用镘刀刮涂施工。 1 . 3 　涂料性能检验     本实验研制的无溶剂环氧自流平地坪涂料的性能检验结果见表 2 。     表 2 无溶剂环氧自流平涂料性能检验结果     2 　环氧自流平涂料的施工     2. 1 　基材检查处理     2. 1. 1 含水率的测定     混凝土的含水率应≤ 8% , 常用的含水率检验方法为 :      (1)塑料薄膜法 (ASTM4263)     将 45 cm × 45 cm 塑料薄膜放在混凝土表面 , 用胶带密封四边 16 h 后 , 薄膜下出现潮气或水珠 , 说明混凝土过潮 , 不宜涂装。     (2) 含水率测定仪     通过使用含水率测定仪来测量混凝土的含水率。     2. 1. 2 基材处理     混凝土基材至少应常温养护 28 d, 施工时需清除基材的水泥凸起物及空鼓 , 对开裂及有缺陷的孔洞进行修补 , 清除油污 , 然后进行打磨处理。     2. 1. 3 施工环境     施工现场环境要求 : 相对湿度小于 85%, 气温不低于 5 ℃ 。     2 .2 　施工工艺     (1) 环氧底漆     用低黏度环氧树脂漆辊涂一道或二道 , 充分润湿 , 并润湿混凝土。    (2) 环氧中间漆     用环氧地坪中涂漆和石英砂按一定配比搅拌均匀 , 调成环氧砂浆 , 用刮刀满刮地坪 1 ～ 3 遍 , 具体厚度视工程而定。     (3) 环氧自流平面漆     环氧自流平面漆用镘刀刮涂进行自流平施工 , 同时用消泡滚筒进行消泡 , 确保涂膜表面颜色均匀、平整、无气泡。     3 　结果与讨论     3. 1 　成膜物质的选择     3. 1. 1 环氧树脂的选择     环氧树脂具有力学性能好 , 黏结性能高、固化收缩率低以及综合性能好等特点 , 是目前应用最为广泛的地坪涂料用合成树脂。由于环氧自流平涂料的特性是黏度低 , 在施工过程中能够自身流平 , 并有很好的表面状态 , 因此环氧树脂类型及相对分子质量对涂料的影响很大 , 双酚 A 环氧树脂按相对分子质量不同可分为固体环氧树脂和液体环氧树脂 , 高相对分子质量的环氧树脂中含有较多的羟基 , 可催化环氧基与胺的固化反应 , 干燥速度快 , 但涂料固体含量低 , 一次成膜薄。低黏度环氧树脂虽然缺少羟基 , 但可制成高固体分厚膜涂料 , 与固化剂混容性好 , 施工时涂料易于展开。     实验表明 : 双酚 A 环氧树脂和双酚 F 环氧树脂与活性稀释剂制成环氧液 , 环氧当量在 180 ～ 190 左右时液体环氧树脂黏度较小 , 流平性较好。双酚 F 环氧树脂液的黏度较低 , 是双酚 A 环氧树脂液的 1 /3 。实验中对两者固化物的性能进行比较 , 两者的固化物的热变形温度、吸水率、热失质量、耐介质浸渍后增质量等性能相差很小。但由于双酚 F 环氧树脂价格偏高 , 不适于应用 , 因此在本实验中选择采用环氧当量 190 左右的低相对分子质量双酚 A 型液体环氧树脂作为无溶剂地坪涂料用树脂。 3. 1. 2 固化剂的选择     无溶剂环氧自流平涂料要求固化剂的黏度低、使用期较长 , 耐化学品性和物理机械性能优越 , 保色性好且毒性较小。常用的有脂环胺、脂环胺加成物、脂肪胺、脂肪胺加成物 , 其性能见表 3 。     表 3 常用胺固化剂性能比较     实验中选择相应的不同类型固化剂进行配漆实验 , 实验结果见表 4 。     表 4 不同类型胺固化剂的配漆后的性能   　表 3 、表 4 所列的固化剂中 , 各类胺固化剂的起始黏度与可使用时间无对应关系 , 黏度的变化主要取决于胺固化剂的反应速度。脂肪胺、脂环胺与环氧树脂反应迅速 , 放热量大 , 涂膜交联密度高 , 可使用时间短 ; 脂肪胺加成物在刺激性、泛白、与环氧树脂相容性等方面有较大改善 , 使用期长 ; 脂环胺加成物色浅、流平性好、光泽高、不泛白、不需要诱导期。由表 4 可知 : G - 4 作为固化剂的环氧地坪涂层性能较全面。有时根据环境温度的要求 ( 如冬季或夏季 ) , 可由固化剂的固化速度来选择适合的固化剂单独或与其他固化剂混合使用。     3 .2 　活性稀释剂的选择     低相对分子质量液体环氧树脂黏度很高 , 不易施工 , 常需要加入稀释剂以降低黏度。加入非活性稀释剂 , 仅是物理混合降低黏度 , 在树脂固化时 , 会有部分逸出 , 从而增加树脂的收缩率 , 降低粘结力和机械强度 , 严重时会产生气孔 , 因此无溶剂自流平体系中一般限制使用非活性稀释剂。     活性稀释剂具有环氧基 , 能参与环氧树脂的固化反应 , 同时还起增韧作用。选用活性稀释剂制成无溶剂环氧自流平涂料 , 一次成膜厚度可达 1 . 0 ～ 3 .0 mm, 同时也符合环保涂料的要求 , 进一步改善了施工条件。以不同量的丁基缩水甘油醚加入 E - 51 环氧树脂组合中 , 其用量与黏度的关系见图 1 。 图 1 活性稀释剂用量与黏度的关系   　从图 1 中可看出 : 活性稀释剂的加入对降低树脂黏度作用十分明显 , 用量为 0 ～ 10% 时黏度下降较快 ; 当用量为 10% ～ 20% 时 , 黏度的曲线变缓 ; 当用量超过 20% 时 , 黏度基本不再下降。实验发现丁基缩水甘油醚的用量越多 , 涂层性能越差 , 超过 20% , 涂层性能很差。因此 , 活性稀释剂用量应限制在 20% 以内。 3 .3 　颜填料的选择      由于环氧自流平涂料属于厚浆型涂料 , 着色颜料用量比较少 , 涂料的表干时间较长 , 使用有机颜料易产生浮色、发花等问题 , 所以选用无机颜料更加合适 , 如选用二氧化钛、氧化铬绿和氧化铁系颜料 , 填料可选用碳酸钙、滑石粉、石英粉 , 填料的吸油量、添加量对自流平涂料的影响很大。一方面希望填料的加入量尽量的高 , 可降低成本 ; 另一方面又不希望黏度太高 , 黏度高不利于施工 , 影响成膜物的流平性、消泡性。实验发现 , 耐磨的天然矿物粉 ( 如石英粉 ) 加入量对涂料的黏度影响较小 ( 见图 2) , 这是由于天然矿物粉与碳酸钙、滑石粉等相比吸油量相对低。 图 2 填料加量对黏度的影响 　   实验表明 , 在相同吸油量的涂料中 , 碳酸钙、滑石粉的加入量应不超过 30% , 而石英粉的加入量则可达到 40% ～ 60% 。     3. 4 　助剂的选择      无溶剂环氧自流平涂料对涂膜流平的要求很高 , 在成膜较厚的情况下 , 既要求涂膜在有限的时间内充分流平 , 避免浮色、发花等 , 又要求厚膜中的气泡迅速排出而漆膜表面不留下任何缺陷 , 因此 , 分散剂、流平剂、消泡剂等助剂的选择及用量是极为关键的。一方面通过加入各种助剂 , 降低成膜时的表面张力 , 以利于涂膜的流平和消泡 ; 另一方面又要防止这类助剂过多加入会产生不容物 , 对涂料体系的施工和理化性能产生不利影响。     3. 4. 1 流平剂     由于环氧自流平涂料黏度高 , 表面张力大 , 流平性不佳 , 涂膜易出现橘皮、波纹、缩孔、针眼等表面缺陷。因此需要加入流平剂来降低表面张力 , 提高流平性。      3. 4. 2 分散剂      地坪涂料的黏度相对较高 , 以通常方法分散时 , 分散效率低 , 且容易浮色、发花。使用传统的通过电荷吸附颜料表面的润湿分散剂不能得到好的表面状态 , 分色比较明显。这是由于环氧自流平涂料的涂层厚 , 湿膜是运动的 , 回旋的涡流存在于湿膜的内部 , 在施工时环氧自流平涂料中产生许多的气泡 , 涂料自身在重力的影响下流平 , 由于消泡剂和流平剂的作用 , 表面张力变化 , 产生伯纳德旋涡 , 根据赫德尔姆贺茨的流动分布理论 : 一个涡流会产生在一定的区域内 , 那么在这个区域内的涡流将指向这个区域的内部。涡流当然也就推动携带着颜料颗粒 , 由于颜料粒径、表面处理都不同 , 涂层薄时不明显尚能接受 , 涂层厚时则比较明显。     通过实验可以得出 : 采用高相对分子质量的分散剂可以有效地通过其有广泛相容性的聚合物主链使体系获得良好的相容性 , 利用提高空间位阻的支链和锚定颜料的端基来解决环氧自流平涂料浮色、发花的弊病。 3. 4. 3 消泡剂     无溶剂环氧自流平涂料内含有多种具有表面活性的物质 , 容易产生气泡 , 另一方面在施工时机械搅拌及刮板会使大量空气陷入漆膜内 , 由于涂料本身的黏度大 , 气泡在漆膜中稳定 , 不易排出 , 这些原因使得涂料中需要加入消泡剂使其表面张力降低 , 使气泡壁表面张力差而导致涂膜表层流动 , 使泡壁变薄而破裂 , 加速气泡的排出 , 减少针孔、气泡痕等缺陷。     4 　结　语      无溶剂环氧自流平地坪涂料漆膜表面平滑、美观、达到镜面效果 , 耐磨、耐压、耐冲击和耐化学腐蚀 ; 生产施工简单、方便 , 基本无 VOC 排放。此种地坪涂料及涂装施工满足现代环保要求 , 适应了现代科技和生产发展对地坪高洁净的要求 , 应用前景十分广阔。 资料来源: hc360慧聪网 中国艺术涂料网“转载文章，请注明：文章来源中国艺术涂料网”