水性环氧地坪涂料的原料、配方以及施工研究

摘要:通过采用乳化型环氧固化剂乳化环氧树脂E-51，再结合颜填料、助剂合成了一种水性环氧地坪涂料。讨论了固化剂和树脂配比、颜填料和微蜡粉用量对涂膜性能的影响。试验证明：当树脂和固化剂配比为（1.5～1.6）∶1、颜填料用量为32%～34%、微蜡粉用量为1.5%～2.0%时，涂膜的性能最佳。
关键词:水性环氧地坪涂料；乳化型环氧固化剂；自流平
中图分类号：TQ633 文献标识码：A 文章编号：1007－9548（2010）07－0031－03
1引言
环氧树脂以其良好的硬度、附着力、抗冲击、耐化学品等性能，在地坪涂装领域得到了广泛应用。然而以前大多数环氧地坪涂料是溶剂型的，含有二甲苯、酮或酯类有机溶剂，在生产、施工、成膜的过程中会排放出大量的VOC，对周围环境和人体健康造成很大危害，因此水性环氧地坪涂料日益受到市场和消费者的推崇。目前，市场上流行的水性环氧地坪涂料有2种:一种是以环氧水分散体或环氧乳液和水性环氧固化剂合成的水性地坪涂料；另一种是以自乳化型环氧固化剂乳化液体环氧树脂合成的水性环氧地坪涂料。前者虽更能体现出水性涂料的特点，然而价格较高；后者虽靠固化剂乳化环氧树脂而成水性地坪涂料，但价格较低，更易为消费者所接受。
综合以上水性环氧体系的优劣，通过将颜填料和自乳化型环氧固化剂经过润湿分散后作为甲组分，以液体环氧树脂E-51和活性稀释剂分散后作为乙组分，施工时按一定的比例混合后即可成为水性环氧地坪涂料。该涂料具有硬度高、耐磨性好、耐化学品性和柔韧性佳、气味低、自流平性能好等优点，具有良好的应用前景。
2试验部分
2.1试验原料及配方
本试验所用的原料及面涂配方见表1。
表1 试验用原料及面涂配方
2.2制备及施工
2.2.1水性环氧地坪涂料的制备
⑴甲组分的制备:将水、部分水性环氧固化剂、消泡剂、润湿分散剂加入到罐中，待体系搅拌均匀后加入颜填料，高速分散浆料的细度至50μm以下，接着加入剩余的水性环氧固化剂和流平剂搅拌分散至体系均匀，过滤后出料包装。
⑵乙组分的制备:将环氧树脂E-51和稀释剂加入搅拌罐内,搅拌10~20min后即可包装。
施工时将甲乙两组分按（3.0~3.2）∶1.0的比例搅拌均匀即可使用。
2.2.2水性环氧地坪涂料的施工
按照用途的不同，如抗冲击、耐碾压、耐磨损、耐腐蚀等，使得涂装体系各有差异。所以需要按常规涂装工序进行涂装，即“基层处理→封底漆→环氧砂浆中涂→环氧腻子→面涂”，具体涂装体系见表2。
表2 水性环氧地坪的涂装体系
施工的温度在10~25℃，空气相对湿度在65%~85%，涂料最好在1h内使用完，以免因固化反应影响施工和涂膜性能。同时，可因地域、人流量、机械操作情况决定是否需要中涂和腻子。
2.3性能测试
涂膜的耐磨性由磨耗仪测定，按GB/T1768—1989执行；涂膜的抗冲击性用抗冲击仪测定，按GB/T1732—1993执行；涂膜的硬度用铅笔硬度计测定，按GB/T1739—1996执行；涂膜的附着力用附着力测试仪测定，按GB/T1720—1989执行；涂膜的耐油性用120#溶剂油测定，按GB/T1934—1989执行；涂膜的耐酸性用10%的硫酸测定，按GB/T9274—1988执行；涂膜的耐碱性用10%的氢氧化钠测定，按GB/T9265—1988执行；涂膜的光泽度由光泽度计测定，按GB/T1743—1989执行。
3结果与讨论
3.1固化剂和环氧E-51的选择及配比的确定水性环氧地坪涂料的成膜物质主要是由疏水性的液体环氧树脂和具有乳化性能的胺类固化剂两部分组成，并决定着涂膜的基本性能。因环氧E-51在常温下流动性好、容易施工、便于购买，水溶性聚酰胺较相对分子质量低的胺、水分散性胺类固化剂具有挥发性低、和环氧E-51的相容性好、乳化效率高等优点，故两者配合选用。同时，为了使两者很好地相容乳化、固化成膜，需加入少量低气味、低黏度的AGE环氧稀释剂(高于室温不加)和助溶剂。
当环氧E-51被胺类固化剂乳化后在水中分散成连续相，随着水分的挥发，固化剂和树脂从表面向内部不断发生交联反应，形成立体网络状结构，与颜填料融合形成坚实、平整、连续的涂膜。然而，如果固化剂和环氧树脂配比过高，因两者的交联密度增加会导致涂膜的硬度增加，耐磨性提高，但柔韧性却会降低，涂膜太脆，容易开裂，同时成本上升；如果固化剂和环氧树脂配比过低，涂膜的柔韧性虽会有所改善，但因两者交联密度的不足会影响涂膜的硬度，甚至成膜的连续性。两者之间的配比对涂膜性能的影响见表3。
表3 固化剂和环氧E-51配比对涂膜性能的影响
根据表3数据综合考虑，固化剂和印花地坪环氧树脂两者的配比选择在（1.5~1.6）∶1.0比较合适。
3.2颜填料用量对涂膜的影响
水性环氧地坪涂料中，颜填料是不可少的，其不仅能降低成本，更能配合树脂起到增加硬度、耐磨性、抗冲击和耐化学药品的特性。一般要求其吸油值低、粒径小、硬度高、耐磨性好、耐酸碱腐蚀性好。常用的颜填料有金红石型钛白粉、重晶石粉、石英粉、滑石粉。颜填料用量对涂膜性能的影响见表4。
表4 颜填料用量对涂膜性能的影响
从表4可以看出，随着颜填料用量的增加，涂膜的抗冲击性、硬度、柔韧性和耐磨性逐渐下降。这是因为随着颜填料的增多，单位体积内用来包覆成膜的树脂和固化剂的用量就会相对减少，导致干膜内的疏松程度增加，内聚力下降，从而使涂膜的综合性能有所降低。但如果颜填料用量太少，不仅会导致成本增加，还会影响到涂膜的透气功能。综合考虑，颜填料用量选在34%~36%比较合适。
3.3微蜡粉用量对涂膜的影响
经过以上树脂-固化剂和颜填料的搭配，形成的涂膜虽然有一定的硬度和耐磨性，但当用手或重物压磨时，还是会出现刮痕和粉末（见图1），会影响到涂膜的外观和使用寿命。故需加入适量微蜡粉以增强其硬度，减少其磨损，延长涂膜的使用寿命（见图2）。但如果微蜡粉用量太多，会导致成本增加、硬度增大、容易开裂；如果用量太少，则起不到良好的增硬耐磨作用。微蜡粉用量对涂膜性能的影响见表5。


从表5可以看出，微蜡粉的用量选择在2.0%~2.5%较好，使用后涂膜的耐磨性较高，使用寿命较长。
3.4助剂的选择
水性环氧地坪涂料还需要采用各种助剂调整涂料的黏度、稳定性和表面张力。其中，润湿分散剂最重要，颜填料经过润湿分散后通过静电排斥作用形成稳定的分散体系，本文选用海川的H140润湿剂和5040分散剂。同时再选用增稠流平剂用以增加体系的贮存稳定性和自流平性，本文选用诺普科的621N。消泡剂选用海川的8034A和罗地亚的681F复配使用。
3.5涂膜的性能指标
按上述配方将甲乙组分按比例混合，再加入总量30%左右的水搅拌均匀即可施工。涂装后随着水分的挥发，固化剂和树脂发生交联固化，最后结合颜填料形成一层坚实平整连续的涂膜，其性能见表6。
4结语
当固化剂和环氧E-51的比例在（1.5~1.6）∶1.0之间，颜填料用量在34%~36%，微蜡粉用量在2.0%~2.5%时配制的环氧地坪涂料成本适中，涂膜具有优异的耐磨、抗压、耐化学品等性能，适合室内、车间、公共场所等使用。
作者：张强国1，俱国鹏2，房妮2，黎明科 （1.深圳市华特尔环保涂料有限公司，广东深圳518048；2.宝鸡文理学院，陕西宝鸡721007）