高性能薄涂型水性环氧地坪涂料的制备与施工工艺

 中国新型涂料网讯：

现代工业对地坪提出了越来越严格的要求，如食品、医药等工业要求地坪不起灰，无有害挥发物，干净无尘；机械工业要求耐强烈的机械冲击，耐磨损，能长期经受叉车等车辆的辗轧，即使局部损坏也容易维修；机床、仪器仪表等工业车间地面常受到各种油类侵蚀渗漏，难以彻底清除，要求地坪耐油性好；化学工业则要求地坪能耐各种化学介质的腐蚀。此外，现代文明的车间和家庭地坪应该平坦、亮丽、色彩丰富，给人们创造一个良好的工作和生活环境；这样，随着涂料技术的飞速发展，地坪涂料的存在就有了其必要性和必然性。

传统的溶剂型地坪涂料和无溶剂型地坪涂料基本性能优良。但是，其中存在着许多挥发性溶剂，对人体和环境存在不同程度的危害；另外，由于传统的溶剂型涂料漆膜非常致密，透气性极差，当应用在地下潮气较重的基面时，容易出现漆膜鼓泡、剥离脱落等现象，这样的例子屡见不鲜。而水性环氧树脂涂料同溶剂型环氧树脂涂料相比，漆膜具有微孔结构，它能允许水汽渗透而液体不能渗透，能释放水泥内部的气体压力，从根本上解决漆膜鼓泡的毛病。这样，地坪涂料向水性化发展成为必然趋势。

环氧地坪涂料对混凝土等多种底材的附着力优良、固化收缩率低；具有良好的耐水性、耐油性、耐酸碱性、耐盐雾腐蚀等化学特性；同时具有优良的耐磨性、耐冲压性、耐洗刷性等物理特征；在使用时不易产生裂纹且易冲洗、易维修保养。环氧地坪涂料在工业地坪行业占有重要地位，是现代工业较理想的长效地坪涂料品种。

国外采用环氧树脂作聚合物混凝土、砂浆及水性地坪涂料已相当普遍。国内在葛洲坝水利枢纽、三门峡水电站等水利设施中大量应用环氧树脂混凝土和砂浆，在岩基裂缝处灌浆，在坝体冲砂、泄洪闸基及混凝土构件裂纹处修补及在输水渠道密封堵漏加固补强都取得成功，这些都表明水性环氧树脂地坪涂料前景可观。国内也有一些公司推出了水性环氧地坪系列产品，在潮湿混凝土基面防护地坪涂料得到了应用，但性能不是很理想；水性环氧地坪涂料正是凭借其环保优势、优异的透气性能以及和混凝土良好的相容性在近年来得到了快速发展。

水性环氧地坪涂料的制备

水性环氧地坪涂料的成膜物质可以选择液态环氧树脂或各种分子质量的环氧乳液与水溶性胺或胺分散体复配来构成，在色漆组分中配以颜填料和助剂等即可配制水性环氧地坪涂料。液态环氧树脂或其乳液与水溶性胺复配的体系（称为Ⅰ型体系）和固态环氧树脂的乳液与水溶性胺复配的体系（称为Ⅱ型体系）是水性环氧地坪涂料目前最商品化的种类，可配制成零VOC或低VOC水性环氧地坪涂料。用水性环氧乳液与水性胺固化剂分散体复配的体系被称为V型水性环氧体系，它改变了过去胺固化剂是水可溶的状态，提高了与树脂的匹配性；增加了胺固化剂的疏水性，因而改善了涂膜的耐水性。但是国外的水性环氧乳液和胺固化剂

本文采用Ⅰ型水性环氧体系，通过选用合适的成膜物质，改变双组分的配合比例，选用合适的颜填料与功能助剂，制备了性能优异的水性环氧地坪涂料。

1、成膜物质的选择

当用与环氧基反应的固化剂时，环氧值高的环氧树脂充分固化后的有效交联密度大，对腐蚀性介质通过涂膜有强的抵挡作用；环氧值低的环氧树脂则相反。本试验环氧树脂选用市场上易得的标准液态环氧树脂E51，因E51环氧树脂分子链较短，与固化剂有较高的有效交联密度，能形成耐腐蚀性优良的涂膜。另外，环氧树脂分子中的脂肪族羟基具有一定的亲水性，这种羟基有利于水分子在涂膜内积集或穿过，使涂膜的防水性下降。E51环氧树脂分子链中羟基含量很少，形成的涂膜内羟基含量必然也很少，这样从环氧树脂的选择上提高了涂膜的耐腐蚀性耐水性。

涂膜内羟基含量与耐水性关系见表1

表1涂膜内羟基含量与耐水性  

但是，过高的交联密度容易使得涂膜发脆，所以在环氧树脂组分中加入了活性稀释剂，活性稀释剂能降低漆料黏度，增加施工时固化剂组分与环氧树脂组分的易混匀性，使固化剂对环氧树脂的乳化功能更容易发挥，而且活性稀释剂本身又能直接参与固化剂的反应，不产生VOC。活性稀释剂有单官能和多官能的，单官能活性稀释剂的加入降低了有效交联密度，能明显改善涂膜的韧性，但是相应的涂膜耐化学品性能会下降。我们选用了分子链较长的1,4-丁二醇二缩水甘油醚（BDGE）双官能活性稀释剂，用量为环氧树脂质量的15％左右，用量过多会损失涂膜的耐溶剂性能，在涂膜的有效交联密度变化不大的情况下使涂膜的柔韧性得到改善。固化剂的选择对制备水性环氧地坪涂料至关重要。

水性环氧涂料为多相体系，环氧树脂为分散相，固化剂为连续相（对水溶性固化剂而言），有研究表明其固化过程由扩散控制：固化反应首先在界面上发生，环氧颗粒表层的黏度逐渐增大，同时固化剂逐渐扩散到环氧树脂中，进一步使环氧树脂固化，环氧乳液颗粒粒径越小，固化则越接近完全；固化剂与环氧树脂相容性越好，固化剂越容易向环氧树脂内扩散，有利于固化。常用的水性固化剂有脂肪胺加成物、脂环胺加成物、聚酰胺、聚酰胺加成物等。脂肪胺加成物和脂环胺加成物适用期短，固化速度太快，环氧颗粒表层黏度上升过快，不利于固化剂向环氧颗粒深处扩散，固化不完全，漆膜性能不理想。聚酰胺固化剂与环氧树脂组分混溶性不好且存在熟化期，用聚酰胺树脂的加成物则可克服这一缺点，因此，我们选用了水溶性的聚酰胺加成物作为本体系的固化剂，该固化剂对湿混凝土基面的润湿性良好，能排开水固化，即使在较湿的基面也有很好的固化性能，解决了油性环氧地坪涂料湿面施工困难的问题。

2、颜填料的选用

颜料是色漆生产中不可缺少的成分之一。其作用不仅仅是色彩和装饰性。更重要的作用是改善涂料的物理化学性能，提高涂膜的机械强度、附着力、防腐性能、耐光性和耐候性等。为了使漆膜具有一定的遮盖率，填料的折射率与成膜物质的折射率绝对差值应该较大，一般高分子的折射率为1.55左右，常用体质颜料的折射率为1.45～1.65，我们加入折射率极高（折射率为2.74）且化学惰性强的着色颜料——金红石型钛白粉，根据不同颜色其用量占色漆质量3%～10％。为保证水性地坪涂料良好的透气性，其颜基比较高，研制的漆膜致密程度没有同类油性产品高，漆膜表面没有足够厚且致密的树脂能抵挡化学药品的腐蚀，因此，为了提高产品的耐化学品性，则需选择耐化学品性能良好、耐磨、硬度高、吸油量低的颜填料，如硫酸钡、石英粉等。另外，加入适量的滑石粉，不但可以降低漆膜开裂的可能性，而且可以增强漆料的贮存稳定性。其他含钙的填料由于耐酸性不佳不宜采用。

3、助剂的选用

助剂是水性环氧树脂涂料生产、储存及施工过程中不可缺少的组分之一，应充分利用各种助剂对涂料以及最终涂膜性能的作用，有针对性地选用各种助剂。水性环氧自流平涂料应选用的助剂有消泡剂、分散剂、流变调节剂、流平剂等，具体选择时应考虑与水性环氧体系的相容性，避免出现凝胶和涂膜浮油等缺陷。

分散剂的作用是将颜料、填料的二次颗粒表面润湿，并经机械剪切的方式从二次颗粒研磨分散到初级颗粒表面，吸附、包覆，通过负电荷的互相排斥作用使颜填料稳定地悬浮在涂料中，保持稳定状态。分散剂的另一作用是着色性。各种颜料、填料的粒径、密度均不一样，要求具有不同色素的颜料之间的内聚力较弱，才有均匀的展色性，而不会引起浮色的发花。我们所选的分散剂为高分子聚合物型，其适中的亲水亲油平衡值使之与该双组分体系具有较好的相容性，有效地控制浮色并能很好地使颜填料稳定地分散在体系中，从而提高了产品的贮存稳定性。

在使用过程中，为了给予水性地坪涂料合适的黏度，改善其施工性能、触变性能，帮助颜填料的分散及成漆系统的稳定性，往往需要增稠剂。综合各种类型增稠剂的特点、性能，亦结合生产工艺的实际情况，我们选用有机粘土类增稠剂来解决水性地坪涂料的增稠问题。使水性地坪涂料的施工性、稳定性等综合性能得到明显的改善。

消泡剂是水性环氧地坪涂料中必须使用的助剂，为了使之在双组分混合以后还能有良好的相容性，我们选取了水油两用的非硅型消泡剂。          

4、水性环氧地坪涂料的制备工艺

该涂料为甲、乙两组分组成，甲组分为液态环氧树脂配以适当比例的活性稀释剂，甲组分按表2的物料及其质量分数配制。

                   表2水性环氧地坪涂料甲组分配方

组分                                         质量分数/%

低分子量液态环氧树脂                            85.0

活性稀释剂                                      15.0                      

将配方量的液态环氧树脂与活性稀释剂用分散机或搅拌机在200～600转/min速度下混合5～15 min，包装即可。

乙组分由水性固化剂分散体、水、颜填料以及助剂等组成，其基本配方见表3。

乙组分制造方法为：

先将配方量的一部分水、助剂和全部颜填料在1 300～1 800转/min高速分散15～30 min后降速，再加入水性固化剂和剩余的水在600～900转/min混合3～10 min，继而加入其余助剂及色浆分散10～20min，过滤包装。 

表3水性环氧地坪涂料乙组分配方

根据涂料的使用要求，调整乙组分配方中固化剂和颜填料的含量，可以按要求制成底漆和面漆。甲乙两组分的配比(按甲组分包含的环氧基团的物质的量与乙组分包含的氯基活泼氢的物质的量之比计)为，甲组分：乙组分1．0一1．2：l，保持适度的环氧树脂过量，以提高漆膜的耐水性和耐腐蚀性。

若按上述乙组分配方，使水性固化剂含量为30％，颜填料含量为45％，甲、乙组分中成膜物质的当量比为1.1:1，制得的水性环氧地坪面漆基本性能指标见表4。

    表4   薄涂型水性环氧地坪涂料面漆性能指标

       项目                                          指标                

                                    表干                           3 

干燥时间/h                   实干                          18

铅笔硬度/H                                                 2

        附着力/级                                                   0

        耐磨性(750 g/500 r，失质量)/g                               ≤0.02

        耐冲击性/(kg·cm)                                        50通过

        耐洗刷性/次                                              ≥10 000

        耐10％NaOH                                            30 d无变化

        耐10％HCl                                              10 d无变化

        耐润滑油(机油)                                          30 d无变化  

 5、水性环氧地坪透气原理分析

固化剂分子首先和环氧树脂分散相粒子的表面接触发生固化反应，随着固化反应的进行，环氧树脂分散相的分子质量和玻璃化温度逐渐提高，使得固化剂分子向环氧树脂分散相粒子内部的扩散速度逐渐变慢，这就意味着环氧树脂分散相粒子内部进行的固化反应较其表面的少，内部交联密度也较低。同时随着固化反应的进行，环氧树脂分散相粒子逐渐变硬，粒子之间也很难相互作用而凝结成膜。因而与溶剂型环氧树脂涂料相比，水性环氧树脂涂料很难形成均相、完全固化的涂膜。这样漆膜不是很致密，再加上较高的颜基比，使得漆膜中存留较多开放的微孔，见图1（A）。

     图1水性环氧地坪涂料与溶剂型环氧地坪涂料表面形貌的SEM照片

这些微孔的半径＜10^－7m，这些小孔无法产生毛细作用，只有气态水分子才能通过这些孔，因而漆膜具有优良的单向透气性，即地下的水汽能以分子形式透过漆膜，而漆膜表面的水是缔合形式的水，粒径较大，难以透过漆膜向下渗透。而传统的溶剂型涂料中的树脂和固化剂都以分子形式处于溶液中，体系是均相体系，因此固化十分完全，漆膜非常致密（见图1（B）），透气性极差，当应用在地下潮气较重的基面时，由于地下水汽的上升对漆膜产生渗透压力，当这个渗透压力大于漆膜与基层间的附着力时，漆膜被水汽压力顶起，表现为漆膜鼓泡、剥离，见示意图                                                    

6、薄涂型水性环氧地坪涂料的施工工艺探讨

一种优质的涂料需要配合合理的施工工艺才能体现其优异的性能，地坪涂料也是如此。施工底漆前，需将地面水泥砂浆剔凿并清扫干净，地面如有油脂类杂质，须用溶剂擦拭干净以免附着不良；原水泥地面要求坚硬、平整、不起砂，地面如有空鼓、脱皮、起砂、裂痕等，必须按要求处理后方可施工；如果为水磨石、地板砖等光滑地面，须先打磨成粗糙面；基面应平整，最好要求2 m靠尺不大于3 mm，基面应无积水或无明显渗漏；施工时现场相对湿度应低于95％，并无明显“返潮”现象；环境温度在12℃以上，以免固化程度过低，使涂膜性能下降。

施工工序一般为：基面处理→底漆→（砂浆层）→腻子→面漆→（罩光清漆）。砂浆层和罩光清漆可根据实际使用情况选用。

水性环氧底漆主要用来补强基础，稳固基面残留的尘粒，增加基面与涂层间的附着力，对基面残留的碱起一定的封闭作用。砂浆层和腻子层一方面可以找平基面，对基面实行进一步加工；另一方面可以增加漆膜厚度，提高承载能力、防腐性能与涂膜使用期限。水性环氧地坪面漆已经具有良好的性能，一般不需要再涂布罩光清漆。一般情况下，涂膜越厚，其透气性会越差，罩光清漆增加了涂膜的厚度，降低了涂膜的透气性能。如有需要，在较干燥基面可以涂布罩光清漆来提高漆膜光泽，延长使用期限。

施工现场双组分混合时应充分、均匀，固化剂乳化液态环氧树脂需提供足够高的剪切力，以使环氧树脂能乳化成较小颗粒，最好使用手持式电动搅拌机在400～800转/min速度下搅拌漆料数分钟。施工时要特别掌握好漆料的使用时间，可根据漆料的适用期和现场施工人员数量合理调配漆料，以免漆料一次调配过多，超过使用时间而造成浪费。

施工底漆、面漆、清漆时可以采用辊涂或刷涂。施工腻子时采用刮刀刮涂，砂浆层的施工可根据实际情况采用刮涂或镘涂。

结论

通过对环氧树脂、固化剂、颜填料以及助剂的精心选择，制备了性能优良的水性环氧地坪涂料，它以水为分散介质，VOC含量极低、气味小、环保、安全性高，可在潮湿环境施工，涂膜附着力强、柔韧性好、耐冲击、透气性良好、不鼓泡，适用范围较广，对一般地面涂装都适用。特别适用于医院、食品厂、超市、乳品厂和化妆品厂等需要保持高度清洁的场所及潮湿环境，如地下停车场、一楼地面、潮湿季节。