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立博:目前水性環氧地坪涂料的配方設計及施工

澳亚国际app下载发布于:2020-04-07 01:1290

水性環氧地坪涂料具有硬度高、耐磨性好、附著力高和耐化學藥品性能優異等特點,廣泛應用在工業地坪涂裝領域。近年來,澳亚国际app下载隨著人們環保意識的不斷提高,許多國家相繼頒布了限制揮發性有機溶劑(VOC)的環保法規,涂料的水性化、無溶劑化和高固體分化已成為涂料發展的必然趨勢。

澳亚国际app下载我國的工業地坪涂料目前基本上是溶劑型和無溶劑型環氧地坪涂料,溶劑型環氧地坪涂料含有較多的有機溶劑,這些有機溶劑在涂料的生產和施工階段排入大氣,污染環境,同時危害人類健康;無溶劑型環氧地坪涂料含有少量的活性稀釋劑,常用的活性稀釋劑為丁基環氧丙基醚(有一定毒性),采用自流平施工工藝,涂膜厚度為1-5mm,成本較高且含有少量的揮發性有機溶劑。

與普通的溶劑型環氧地坪涂料相比,水性環氧地坪涂料具有以下優勢[1]:(1)以水作為分散介質,不含甲苯、二甲苯之類的揮發性有機溶劑,不會造成環境污染,沒有失火的隱患,滿足當前環保的要求,當然也可加入少量的丙二醇甲醚等無空氣污染的醇醚類溶劑來改善水性環氧涂料的成膜。(2)可在潮濕環境中施工和固化,有合理的固化時間,保證涂膜有較高的交聯密度。(3)對大多基材具有良好的附著力,即使是潮濕的基材表面同樣有良好的粘結性。(4)操作性能好,施工工具可用水直接清洗,可以重復使用,涂料的配制和施工操作安全方便。(5)固化后的涂膜光澤柔和,質感較好,并且具有較好的防腐性能和單向透氣性。

因此,隨著環保法規和人們環保意識的增強,水性環氧地坪涂料將會得到廣泛的應用,研究和開發水性環氧工業地坪涂料具有很大的經濟效益和社會效益。本文較為系統的討論了水性環氧地坪涂料的配方設計及其主要成分(環氧樹脂、水性環氧固化劑、顏填料、助劑和共溶劑等)對涂膜性能的影響,并給出了水性環氧地坪涂料的配方實例及性能,在這基礎上簡要介紹了水性環氧地坪涂料的施工工藝。

環氧樹脂類型對水性環氧地坪涂料的性能影響很大。由于雙酚A型環氧樹脂分子中含有極性高而不易水解的羥基和醚鍵,使其對混凝土等多種基材有良好的附著力,涂料固化時的體積收縮率低,耐化學藥品性能良好。并且雙酚A型環氧樹脂為剛性的苯環和柔性的醚鍵交替排布的結構,賦予涂膜較好的物理機械性能,所以這類環氧樹脂被廣泛用于地坪涂料,而其他類型的環氧樹脂如雙酚F型和酚醛環氧樹脂則應用的較少。

目前國內外環氧樹脂的水性化技術主要分為乳化法和成鹽法兩大類[1]。乳化法指的是環氧樹脂的直接乳化、不用外加乳化劑的自乳化或水性環氧固化劑乳化,而成鹽法[1-2]則是將環氧樹脂改性成富含酸或富含堿的樹脂,再用小分子量的堿或酸進行中和。對于用作水性環氧地坪涂料的環氧樹脂乳液宜選用乳化法來制備。

將環氧樹脂和乳化劑混合,加熱到合適的溫度,在激烈的攪拌下緩慢加水完成相反轉來制得水性環氧樹脂乳液。可采用的乳化劑有聚氧化乙烯烷基醚(HLB=10.8~16.5)和聚氧化烷基酯(HLB=9.0~16.5)[3],當然也可合成專用的水性環氧乳化劑,本公司采用聚四氫呋喃(PTMEG)合成水性環氧乳化劑,用該乳化劑乳化形成的水性環氧樹脂粒徑較小,儲存穩定性較好,并且加入固化劑固化后的涂膜耐化學藥品性能和耐熱性也較好。

在環氧樹脂分子鏈中引入親水性氧化乙烯鏈段或氧化丙烯鏈段,同時保證每個改性后的環氧樹脂分子上含有兩個或多個環氧基,不用外加乳化劑即可自分散形成乳液[4]。本公司采用聚氧化乙烯和氧化丙烯的嵌段共聚物與雙酚A型環氧樹脂和雙酚A反應制得具有自乳化功能的高分子量環氧樹脂,反應過程中以三苯基膦作為催化劑,改性后的環氧樹脂很容易分散在水中,可預先制成水性環氧樹脂乳液或在施工場合就地乳化,且由于親水鏈段包含在環氧樹脂的分子鏈中,固化后涂膜的耐化學藥品性能有所提高。

水性環氧固化劑乳化環氧樹脂的原理是對多元胺進行改性,使其成為具有親環氧樹脂結構的水性環氧固化劑,同時該固化劑又作為陽離子型乳化劑完成對環氧樹脂的乳化,用該方法制備的水性環氧樹脂乳液具有良好的穩定性,并且由于環氧樹脂組分不需進行親水改性,可以保證涂膜的耐化學藥品性能良好[1,4]。

用這三種方法制備的水性環氧樹脂乳液均適用于水性環氧地坪涂料,用水性環氧固化劑乳化環氧樹脂法宜選用低粘度的液體環氧樹脂,這樣有利于固化劑的混合乳化;對于高分子量環氧樹脂則應該用直接乳化法或自乳化法制備,并且所用的高分子量環氧樹脂需過量40-60%才能保證涂膜的最終性能。

水性環氧固化劑是決定水性環氧地坪涂料最終性能的關鍵組分之一。作為水性環氧樹脂的固化劑,應能夠較好地溶解或分散在水中,而且在水中能夠穩定存在,與環氧樹脂要有良好的相容性。固化劑可直接乳化環氧樹脂或與水性環氧樹脂乳液配成穩定的水性環氧樹脂體系,同時體系的流變性能、適用期、固化條件和涂膜性能也應滿足地坪涂料使用的要求。

酸酐遇水會分解,不適合作為水性環氧樹脂的固化劑,并且水性環氧地坪涂料常用在室溫固化的場合,因而常用的水性環氧固化劑大多為多元胺或其改性產物,利用其分子中胺基上的活潑氫與環氧樹脂分子中的環氧基反應。多元胺常用的改性方法有以下三種:第一種是由多元胺與單脂肪酸反應制得的酰胺化的多胺,第二種是由二聚酸與多元胺進行縮合而成的聚酰胺,第三種是由多元胺與環氧樹脂加成得到的多胺-環氧加成物。這三種方法均采用在多元胺分子鏈中引入非極性基團,使得改性后的多胺固化劑具有兩親性結構,以改善與環氧樹脂的相容性。

酰胺化的多胺[5]本身具有一定的水溶性或水可分散性,無需借助于助溶劑或乳化劑的作用就可獲得一定范圍的水可稀釋性,從而可以用作水性環氧樹脂的固化劑。并且酰胺化的多胺具有表面活性劑的作用,低分子量液體環氧樹脂不需要預先乳化,而由酰胺化多胺在施工前混合乳化,用酰胺化多胺乳化環氧樹脂配成的水性環氧體系具有施工性能好,適用期長等優點。但用單脂肪酸改性的酰胺化多胺固化劑與環氧樹脂的相容性不是太好,容易發生相分離而在涂膜表面出現浮油和凹坑等表面缺陷,并且固化不充分造成涂膜的耐化學性能和耐濕性較差。

采用二聚酸與多元胺進行縮合來制備水性聚酰胺固化劑,這樣改性可改善與環氧樹脂的相容性,涂膜表面也不會出現因不相容而造成的表面缺陷。但用聚酰胺固化劑乳化的環氧樹脂體系的適用期較短,一般不超過一小時就會凝膠化,這對于地坪施工會帶來一定的麻煩。并且用聚酰胺固化的涂膜柔韌性較差,抗沖性能較差,涂膜偏脆。水性聚酰胺固化劑由于合成時二聚酸中不飽和雙鍵的存在而容易被空氣中的氧氣氧化導致固化劑的顏色變深,不適合作為色澤要求較高的水性環氧地坪涂料的固化劑。