高性能薄涂型水性环氧地坪涂料的制备与施工工艺

1 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
2.1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 4 薄涂型水性环氧地坪涂料面漆性能指标 指标 表干 实干 3 18 2 0 ≤0.02 50 通过 ≥10 000 30 d 无变化 10 d 无变化 30 d 无变化
2.4 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 1 涂膜内羟基含量与耐水性 环氧树脂 羟基值/ 牌号 (mol/100g) F-44 E-44 E-20 E-51 0.49 0.10 0.32 0.08 环氧值/ 涂膜内羟基含 3 (mol/100g) 量(×10 mol/g) 0.39 0.42 0.20 0.49 6.65 3.79 4.42 3.97 耐蒸馏水 (25℃) 30 d 涂膜 严重破坏 90 d 涂膜 完好 30 d 涂膜 开始破坏 90 d 涂膜 完好
料等复配，制备了性能优异的水性环氧地坪涂料， 解决了湿面施工与鼓泡等问题， 并对其透气性和施 工工艺进行了探讨。 关键词：水性涂料；环氧涂料；地坪涂料；制备； 施工工艺
0 引言
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
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
*：广东省科技厅资助项目（2004B10301017）
防渗补强材料。 美国的 DOW 公司、 Shell 公司、 瑞士的 Ciba 和 Sika 公司以及日本的东洋化工等都在开发应用乳化型 环氧树脂和固化剂等水性化系列品种。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。
2.3 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
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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。
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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 乳液虽然性能稳定，但价格较高，在国内应用受到限制。 国内有些厂家推出了水性环氧乳液和水性胺乳液，价格仍 高于Ⅰ型及Ⅱ型体系，且产品质量与国外产品仍有较大差 距，如贮存稳定性不太好，较长时间贮存容易出现分层， 给生产经营带来不便和风险。 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。
化收缩率低；具有良好的耐水性、耐油性、耐酸碱性、耐
摘 要： 通过液态环氧树脂与水性固化剂以及颜填
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。如美国为埃及阿斯旺大坝建造时用环氧 砂浆处理软地基、 灌浆修复空洞层、 浇注粘接发电机坑等； 日本和英国的海底隧道也用环氧混凝土、砂浆、涂料等作
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2.2 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。
项目 干燥时间/h 铅笔硬度/H 组分 水性固化剂 水 颜填料 润湿分散剂 消泡剂 流平剂 增稠剂 色浆
表 3 水性环氧地坪涂料乙组分配方 质量分数/% 16.0～35.0 15.0～30.0 32.0～60.0 0.1~0.8 0.1~0.7 0.1~0.5 0.1~0.8 0～3.0
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 的氨基活泼氢的物质的量之比计）为，甲组分:乙组分＝ 1.0～1.2:1，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％， 乙组分中成膜物质的当量比为 1.1： 甲、 1，制得的水性环氧地坪面漆基本性能指标见表 4。
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[2]，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。