水性環(huán)氧地坪涂料的配方設(shè)計(jì)及施工

1、水性環(huán)氧地坪涂料的配方設(shè)計(jì)及施工施雪珍，施生君，陳鋌（上海綠嘉水性涂料有限公司）摘要：簡(jiǎn)述了水性環(huán)氧地坪涂料的特點(diǎn)，重點(diǎn)討論了水性環(huán)氧地坪涂料的配方設(shè)計(jì)及其主要成分對(duì)涂膜性能的影響，并給出了水性環(huán)氧地坪涂料的配方實(shí)例及性能，在這基礎(chǔ)上簡(jiǎn)要介紹了水性環(huán)氧地坪涂料的施工工藝。 關(guān)鍵詞：水性環(huán)氧地坪涂料；配方設(shè)計(jì)；施工工藝 Formulation design and construction of waterborne epoxy floor coating Shi Xuezhen, Shiwet, Chen Ting (Shanghai Greenguard Waterborne Coating

2、s Co. , Ltd.) Abstract: This paper briefly introduced the features of waterborne epoxy floor coating. Then the key factors in the formulation design, and the effects of the main components on the coating performance were discussed. A formulation example and its property were brought forward, followe

3、d by the construction technology Key words: Waterborne epoxy flooring coating; formulation design; construction technology 1 前言 環(huán)氧樹脂涂料具有硬度高、耐磨性好、附著力高和耐化學(xué)藥品性能優(yōu)異等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在工業(yè)地坪涂裝領(lǐng)域。近年來，隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提高，許多國家相繼頒布了限制揮發(fā)性有機(jī)溶劑（VOC）的環(huán)保法規(guī)，涂料的水性化、無溶劑化和高固體分化已成為涂料發(fā)展的必然趨勢(shì)。 我國的工業(yè)地坪涂料目前基本上是溶劑型和無溶劑型環(huán)氧地坪涂料，溶劑型環(huán)氧地坪涂料含有較多的有

4、機(jī)溶劑，這些有機(jī)溶劑在涂料的生產(chǎn)和施工階段排入大氣，污染環(huán)境，同時(shí)危害人類健康；無溶劑型環(huán)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(huán)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(fā)性有機(jī)溶劑。 與普通的溶劑型環(huán)氧地坪涂料相比，水性環(huán)氧地坪涂料具有以下優(yōu)勢(shì)1：（1）以水作為分散介質(zhì)，不含甲苯、二甲苯之類的揮發(fā)性有機(jī)溶劑，不會(huì)造成環(huán)境污染，沒有失火的隱患，滿足當(dāng)前環(huán)保的要求，當(dāng)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(huán)氧涂料的成膜。（2）可在潮濕環(huán)境中施工和固化，有合理的固化時(shí)間，保證涂膜有較高的交聯(lián)密度。（3）對(duì)大多基材

5、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(jié)性。（4）操作性能好，施工工具可用水直接清洗，可以重復(fù)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(zhì)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(huán)保法規(guī)和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，水性環(huán)氧地坪涂料將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用，研究和開發(fā)水性環(huán)氧工業(yè)地坪涂料具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文較為系統(tǒng)的討論了水性環(huán)氧地坪涂料的配方設(shè)計(jì)及其主要成分（環(huán)氧樹脂、水性環(huán)氧固化劑、顏填料、助劑和共溶劑等）對(duì)涂膜性能的影響，并給出了水性環(huán)氧地坪涂料的配方實(shí)例及性能，在這基礎(chǔ)上簡(jiǎn)要介紹了水性環(huán)氧地坪涂料的施工工藝。 2 水性環(huán)氧地坪涂料的配

6、方設(shè)計(jì) 2.1 環(huán)氧樹脂 環(huán)氧樹脂類型對(duì)水性環(huán)氧地坪涂料的性能影響很大。由于雙酚A型環(huán)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(duì)混凝土等多種基材有良好的附著力，涂料固化時(shí)的體積收縮率低，耐化學(xué)藥品性能良好。并且雙酚A型環(huán)氧樹脂為剛性的苯環(huán)和柔性的醚鍵交替排布的結(jié)構(gòu)，賦予涂膜較好的物理機(jī)械性能，所以這類環(huán)氧樹脂被廣泛用于地坪涂料，而其他類型的環(huán)氧樹脂如雙酚F型和酚醛環(huán)氧樹脂則應(yīng)用的較少。 目前國內(nèi)外環(huán)氧樹脂的水性化技術(shù)主要分為乳化法和成鹽法兩大類1。乳化法指的是環(huán)氧樹脂的直接乳化、不用外加乳化劑的自乳化或水性環(huán)氧固化劑乳化，而成鹽法1-2則是將環(huán)氧樹脂改性成富含酸或富含堿的樹脂，再用小

7、分子量的堿或酸進(jìn)行中和。對(duì)于用作水性環(huán)氧地坪涂料的環(huán)氧樹脂乳液宜選用乳化法來制備。 （1） 直接乳化法 將環(huán)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(zhuǎn)來制得水性環(huán)氧樹脂乳液?？刹捎玫娜榛瘎┯芯垩趸蚁┩榛眩℉LB=10.816.5）和聚氧化烷基酯（HLB=9.016.5）3，當(dāng)然也可合成專用的水性環(huán)氧乳化劑，本公司采用聚四氫呋喃（PTMEG）合成水性環(huán)氧乳化劑，用該乳化劑乳化形成的水性環(huán)氧樹脂粒徑較小，儲(chǔ)存穩(wěn)定性較好，并且加入固化劑固化后的涂膜耐化學(xué)藥品性能和耐熱性也較好。 （2） 自乳化環(huán)氧樹脂 在環(huán)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(shí)保證每

8、個(gè)改性后的環(huán)氧樹脂分子上含有兩個(gè)或多個(gè)環(huán)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(huán)氧樹脂和雙酚A反應(yīng)制得具有自乳化功能的高分子量環(huán)氧樹脂，反應(yīng)過程中以三苯基膦作為催化劑，改性后的環(huán)氧樹脂很容易分散在水中，可預(yù)先制成水性環(huán)氧樹脂乳液或在施工場(chǎng)合就地乳化，且由于親水鏈段包含在環(huán)氧樹脂的分子鏈中，固化后涂膜的耐化學(xué)藥品性能有所提高。 （3） 水性環(huán)氧固化劑乳化環(huán)氧樹脂 水性環(huán)氧固化劑乳化環(huán)氧樹脂的原理是對(duì)多元胺進(jìn)行改性，使其成為具有親環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)的水性環(huán)氧固化劑，同時(shí)該固化劑又作為陽離子型乳化劑完成對(duì)環(huán)氧樹脂的乳化，用該方法制備的水性環(huán)氧樹脂乳液

9、具有良好的穩(wěn)定性，并且由于環(huán)氧樹脂組分不需進(jìn)行親水改性，可以保證涂膜的耐化學(xué)藥品性能良好1,4。 用這三種方法制備的水性環(huán)氧樹脂乳液均適用于水性環(huán)氧地坪涂料，用水性環(huán)氧固化劑乳化環(huán)氧樹脂法宜選用低粘度的液體環(huán)氧樹脂，這樣有利于固化劑的混合乳化；對(duì)于高分子量環(huán)氧樹脂則應(yīng)該用直接乳化法或自乳化法制備，并且所用的高分子量環(huán)氧樹脂需過量40-60才能保證涂膜的最終性能。 2.2 水性環(huán)氧固化劑1 水性環(huán)氧固化劑是決定水性環(huán)氧地坪涂料最終性能的關(guān)鍵組分之一。作為水性環(huán)氧樹脂的固化劑，應(yīng)能夠較好地溶解或分散在水中，而且在水中能夠穩(wěn)定存在，與環(huán)氧樹脂要有良好的相容性。固化劑可直接乳化環(huán)氧樹脂或與水性環(huán)氧樹脂

10、乳液配成穩(wěn)定的水性環(huán)氧樹脂體系，同時(shí)體系的流變性能、適用期、固化條件和涂膜性能也應(yīng)滿足地坪涂料使用的要求。 酸酐遇水會(huì)分解，不適合作為水性環(huán)氧樹脂的固化劑，并且水性環(huán)氧地坪涂料常用在室溫固化的場(chǎng)合，因而常用的水性環(huán)氧固化劑大多為多元胺或其改性產(chǎn)物，利用其分子中胺基上的活潑氫與環(huán)氧樹脂分子中的環(huán)氧基反應(yīng)。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(yīng)制得的酰胺化的多胺，第二種是由二聚酸與多元胺進(jìn)行縮合而成的聚酰胺，第三種是由多元胺與環(huán)氧樹脂加成得到的多胺-環(huán)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(tuán)，使得改性后的多胺固化劑具有兩親性結(jié)構(gòu)，以改善與環(huán)氧樹脂的相容性。

11、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(huán)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(huán)氧樹脂不需要預(yù)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(huán)氧樹脂配成的水性環(huán)氧體系具有施工性能好，適用期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但用單脂肪酸改性的酰胺化多胺固化劑與環(huán)氧樹脂的相容性不是太好，容易發(fā)生相分離而在涂膜表面出現(xiàn)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(xué)性能和耐濕性較差。 采用二聚酸與多元胺進(jìn)行縮合來制備水性聚酰胺固化劑，這樣改性可改善與環(huán)氧樹脂的相容性，涂膜表面也不會(huì)出現(xiàn)因不相容而造

12、成的表面缺陷。但用聚酰胺固化劑乳化的環(huán)氧樹脂體系的適用期較短，一般不超過一小時(shí)就會(huì)凝膠化，這對(duì)于地坪施工會(huì)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(shí)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(dǎo)致固化劑的顏色變深，不適合作為色澤要求較高的水性環(huán)氧地坪涂料的固化劑。 由于用酰胺化多胺和聚酰胺水性固化劑固化的涂膜或多或少存在缺陷，而改性后的涂膜性能又沒有明顯改良，因此國外采用的水性環(huán)氧固化劑為多元胺-環(huán)氧加成物，采用環(huán)氧樹脂與多元胺反應(yīng)，在多元胺分子鏈中引入環(huán)氧樹脂分子鏈?zhǔn)沟煤铣珊蟮墓袒瘎┚哂杏H環(huán)氧樹脂的分子結(jié)構(gòu)，減少固化劑分子中伯胺基

13、團(tuán)的含量可明顯降低固化劑的活性，使得用這種類型的水性環(huán)氧固化劑乳化的環(huán)氧體系的適用期有所延長(zhǎng)。并通過添加聚氧化烷基多胺的方法來改善涂膜偏脆的問題。若該水性環(huán)氧固化劑要具有乳化環(huán)氧樹脂的功能則需通過在固化劑分子鏈中引入氧化烷基鏈段或離子基團(tuán)來獲得。本公司合成的水性環(huán)氧固化劑GCA01屬于典型的多胺-環(huán)氧加成改性固化劑, 可用水進(jìn)行稀釋，稀釋過程中不會(huì)出現(xiàn)類似于水性聚酰胺固化劑稀釋時(shí)由于膠束的形成和聚酰胺與水之間的氫鍵作用產(chǎn)生的“水峰”現(xiàn)象。并且固化劑分子中含有表面活性鏈段，能將低分子量環(huán)氧樹脂直接乳化，其性能見表1。 表1 水性環(huán)氧固化劑GCA01的性能檢測(cè)項(xiàng)目 檢測(cè)結(jié)果 外觀 黃色液體 粘度（

14、25）/ mpa.s 1500-4500 固含量 / % 45-47 密度（25）/ g.cm-1 1.05-1.10 稀釋劑* 水和丙二醇甲醚 閃點(diǎn) / 100 胺氫當(dāng)量 /g.eq-1 290-295 *注：該水性環(huán)氧固化劑中含有少量的丙二醇甲醚以保證室溫下成膜，盡管含有溶劑，但其閃點(diǎn)仍高于100。 2.3 顏填料 水性環(huán)氧地坪涂料的著色宜選用那些耐化學(xué)藥品性能和耐候性較好的無機(jī)顏料或其水性色漿。水性環(huán)氧地坪涂料配制時(shí)填料的選擇原則是采用低吸油量、細(xì)度適中、性能穩(wěn)定的填料。當(dāng)然，考慮到水性環(huán)氧固化劑呈弱堿性，應(yīng)避免采用酸性的顏填料。水性環(huán)氧地坪涂料是雙組分涂料，顏填料既可加到環(huán)氧樹脂組分中

15、，也可以加在水性環(huán)氧固化劑組分中。 填料的用量（用顏基比來表示）對(duì)水性環(huán)氧地坪涂料的最終性能影響很大，適量的加入不僅能降低水性環(huán)氧地坪涂料的成本，縮短涂膜表干時(shí)間，還可以提高涂膜的機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性、光澤和遮蓋力，減少涂料固化時(shí)的體積收縮，并賦予涂料良好的貯存穩(wěn)定性；但過量加入則會(huì)增加水性涂料的粘度，導(dǎo)致涂料的流平性變差，施工困難，涂膜的表面效果變差。 2.4 助劑 對(duì)于水性環(huán)氧地坪涂料，顏填料既可在環(huán)氧樹脂組分中分散，也可以在水性環(huán)氧固化劑組分或在兩個(gè)組分中同時(shí)分散。顏填料在環(huán)氧樹脂組分中分散會(huì)受到環(huán)氧樹脂粘度的限制，顏填料的用量不能加的太多，分散效率較低，為避免產(chǎn)生浮色和發(fā)花現(xiàn)象，通常需加入

16、分散劑來防止顏料的絮凝，從而克服因顏填料絮凝引起的浮色和發(fā)花，但選用的分散劑應(yīng)為油水兩用型分散劑。因而我們建議配漆不在環(huán)氧樹脂組分中進(jìn)行，而選擇在水性環(huán)氧固化劑組分中進(jìn)行，具有乳化環(huán)氧樹脂功能的固化劑其分子中含有表面活性鏈段，能潤濕顏填料，有一定的潤濕分散作用，可以不加分散劑就直接進(jìn)行配漆。 因?yàn)樗谋砻鎻埩^高，對(duì)底材的潤濕性較差，特別是有油脂殘余的表面更難以潤濕，這時(shí)應(yīng)加入潤濕流平劑來提高其潤濕性，同時(shí)也改善了涂料的流平性。但在水性環(huán)氧固化劑組分中配漆會(huì)因?yàn)榘饭袒瘎┑拇嬖?，降低了表面張力而容易存在夾帶空氣的問題，水性環(huán)氧地坪涂料的配制和施工也不可避免的會(huì)帶入空氣，同時(shí)加入潤濕流平劑之類的表

17、面活性劑也很容易造成泡沫，因此，配漆時(shí)要加入抑泡劑和消泡劑，通常在分散前加入抑泡劑來減少形成泡沫的可能，分散后再加入消泡劑來消除混入的氣體，這樣才能使水性環(huán)氧地坪涂料在涂裝時(shí)形成光滑平整的表面。此外, 還可以加入增稠劑來調(diào)節(jié)固化劑色漆的粘度，使得兩個(gè)組分的粘度相差不大，便于混合乳化。 2.5 共溶劑 雙組分水性環(huán)氧涂料是一種乳液型涂料，兩組分混合后，水性環(huán)氧固化劑分子首先和環(huán)氧樹脂分散相的表面接觸發(fā)生固化反應(yīng)，隨著固化反應(yīng)的進(jìn)行，環(huán)氧樹脂分散相的分子量和玻璃化溫度逐漸提高，使得固化劑分子向環(huán)氧樹脂分散相粒子內(nèi)部的擴(kuò)散速度逐漸變慢，這就意味著環(huán)氧樹脂分散相粒子內(nèi)部進(jìn)行的固化反應(yīng)較表面的少，內(nèi)部交

18、聯(lián)密度也較低。同時(shí)隨著固化反應(yīng)的進(jìn)行，環(huán)氧樹脂分散相粒子逐漸變硬，粒子之間也很難相互作用而凝結(jié)成膜。 共溶劑（又叫成膜助劑）通常是揮發(fā)很慢的溶劑，如各類醇醚、醇醚醋酸酯和醇酯等，特別是那些對(duì)環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生污染的溶劑（如丙二醇甲醚等），加入后可使水性環(huán)氧地坪涂料的最低成膜溫度逐漸降低，有利于固化凝結(jié)成膜。同時(shí)共溶劑還能調(diào)節(jié)涂料體系的粘度，改善水性環(huán)氧地坪涂料的流平性和最終涂膜的外觀。良好的共溶劑通常需滿足以下條件：良好的水解穩(wěn)定性；低的凝固點(diǎn)；適中的揮發(fā)率；高效的凝結(jié)效率。在一般情況下，共溶劑的添加量按基料的1-5%左右考慮，在溫度較低的季節(jié)施工，共溶劑的加入量可適當(dāng)增加以得到更好的涂膜效果。 2

19、.6 環(huán)氧基與胺氫當(dāng)量比 研究發(fā)現(xiàn)環(huán)氧樹脂和水性環(huán)氧固化劑的使用比例（用環(huán)氧基與胺氫當(dāng)量比來表示）對(duì)水性環(huán)氧地坪涂料的性能有很大的影響1，水性環(huán)氧地坪涂料的性能可通過調(diào)節(jié)當(dāng)量比來改變，一般當(dāng)量比可作百分之二十的增減，表2總結(jié)了環(huán)氧基與胺氫當(dāng)量比對(duì)水性環(huán)氧地坪涂料性能的影響。具體的當(dāng)量比因應(yīng)用場(chǎng)合不同而異，環(huán)氧基過量可使水性環(huán)氧地坪涂料的適用期延長(zhǎng)，涂膜的耐水性、耐化學(xué)藥品性能以及耐濕性等性能有所提高；而胺氫過量又可加快涂膜的固化，涂膜的光澤度、附著力、耐磨性和耐溶劑性也相應(yīng)改善。 表2 環(huán)氧基與胺氫當(dāng)量比對(duì)水性環(huán)氧地坪涂料性能的影響 胺氫過量 環(huán)氧基過量 光澤度好 耐腐蝕性好 固化快 適用期長(zhǎng)

20、 附著力強(qiáng) 耐水性好 耐磨性好 耐堿性好 耐溶劑性好 耐濕性好 耐污性好 耐酸性好 3 水性環(huán)氧地坪涂料的配方實(shí)例和性能 該水性環(huán)氧地坪涂料由低分子量液體環(huán)氧樹脂（組分一）和水性環(huán)氧固化劑色漆（組分二）組成，采用水性環(huán)氧固化劑色漆來乳化低分子量液體環(huán)氧樹脂，配漆則選擇在固化劑組分中進(jìn)行，這一點(diǎn)與常規(guī)的溶劑型環(huán)氧地坪涂料的配制不同（在環(huán)氧樹脂溶液組分中配制）。 水性環(huán)氧地坪涂料參考配方如下： 原料名稱 質(zhì)量，g 組分一 環(huán)氧樹脂DDR331 90-95 共溶劑 1-5 組分二 水性環(huán)氧固化劑GCA01 20-25 水 40-50 抑泡劑 0.1 鈦白粉 5-10 顏填料 145-175 水性環(huán)氧

21、固化劑GCA01 115-125 增稠劑 1-2 消泡劑 0.3-0.5 水性環(huán)氧地坪涂料的配制工藝為 （1）將水性環(huán)氧固化劑GCA01、水和少量抑泡劑加到料筒中，攪拌直至水性環(huán)氧固化劑GCA01溶解均勻； （2）在中速下加入鈦白粉和各種顏填料，先高速分散10min，然后進(jìn)行砂磨，直到細(xì)度小于50um為止； （3）過濾后在中速下緩慢加入水性環(huán)氧固化劑GCA01，加完后再攪拌15min； （4）用增稠劑調(diào)節(jié)色漆粘度，并在低速下加入消泡劑，攪拌5min后進(jìn)行包裝。 表3為水性環(huán)氧固化劑GCA01和環(huán)氧樹脂DER331配制的水性環(huán)氧地坪涂料的性能。 表3水性環(huán)氧地坪涂料的主要技術(shù)參數(shù) 序號(hào)檢驗(yàn)項(xiàng)目技

22、術(shù)要求檢驗(yàn)結(jié)果測(cè)試方法1干燥時(shí)間，h表4 實(shí)24表：3 實(shí)：24GB/T1728-19892硬度H2HGB/T6739-19963附著力，級(jí)21GB/T1720-19894柔韌性，mm22GB/T1731-19935耐磨性，750g/500r0.040.025GB/T1768-19896耐沖擊性，Kg.cm3040GB/T1732-19937耐水性96h無異常無異常GB/T1733-19938耐堿性（10NaOH溶液）96h無異常無異常GB/T1763-19899耐鹽水性48h無異常無異常GB/T1763-198910光澤度6075GB/T4水性環(huán)氧地坪涂料的施工 下文就平涂型水性環(huán)氧地坪涂料

23、的施工方法做簡(jiǎn)要的施工介紹。 4.1 施工準(zhǔn)備 （1）材料：水性環(huán)氧地坪涂料底涂、中涂、面涂，石英砂，石英粉等相關(guān)材料。 （2）工具：基材打磨工具、吸塵器、批補(bǔ)刮刀、輥筒、小型攪拌器等。 （3）施工條件 a、將地面水泥砂漿剔鑿并清掃干凈，地面如有油脂類雜質(zhì)，須用溶劑擦拭干凈； b、原水泥地面要求堅(jiān)硬、平整、不起砂，地面如有空鼓、脫皮、起砂、裂痕等，必須按要求處理后方可施工。原地面如為水磨石、地板磚等光滑地面須先鑿成粗糙面； c、只要不積水，或不明顯滲漏就可施工，施工時(shí)現(xiàn)場(chǎng)條件相對(duì)濕度應(yīng)低于85，環(huán)境溫度在10以上。 4.2 施工步驟 （1）底涂：將混凝土基材處理完畢并清理干凈后就可進(jìn)行底涂（輥涂或刷涂），輥涂或刷涂應(yīng)均勻，厚薄一致，該底涂具有一定的透水氣功能，能增強(qiáng)基材強(qiáng)度并增加涂層對(duì)基材的附著力。 （2）中涂：在已配好的水性環(huán)氧涂料（中涂）中加入石英砂和石