当前位置: 首页 » 技术 » 涂料文献 » 正文

关于水性环氧地坪涂料的性能及研制

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-03-20  来源:中国防腐涂料网  浏览次数:884
核心提示:史立平,刘仲阳,孔志元,何庆迪,蔡青青(中海油常州涂料化工研究院,江苏常州213016)摘要:选用低相对分子质量的液体环氧树脂作

史立平,刘仲阳,孔志元,何庆迪,蔡青青

(中海油常州涂料化工研究院,江苏常州213016)

摘要:选用低相对分子质量的液体环氧树脂作为甲组分,采用适宜的水性胺固化剂、颜填料及助剂制成乙组分,制备了性能优良的水性环氧地坪涂料,可广泛用于各类室内工业地坪涂装。

关键词:环氧涂料;地坪涂料;水性涂料

中图分类号:TQ630.7 文献标识码:A 文章编号:1009-1696(2013)11-0005-04

0·引言

环氧涂料具有对混凝土附着力好、体积收缩率低、硬度高、耐磨性好及耐化学介质性能优等特点,因此被广泛应用于各类工业地坪涂装。传统的溶剂型环氧地坪涂料含有大量的挥发性有机溶剂,对人体健康和环境会造成一定危害,另外,当应用于潮气较重的基面时,由于其涂膜透气性差,容易出现鼓泡、起泡、脱落等不良现象。随着水性涂料技术的发展,以及人们环保意识的提高,水性环氧涂料替代溶剂型环氧涂料已成为趋势。水性环氧涂料不仅具有溶剂型环氧涂料的诸多优异性能,还具有以下优点:以水为分散介质,体系中挥发性有机化合物(VOC)含量较低,对环境污染小;固化后的涂膜具有微孔结构,允许水汽渗透而液态介质不能通过,释放了基材中水汽的压力,从而避免了涂膜鼓泡脱落;可在潮湿的环境中使用,对基材的含水率要求不严格,施工方便。

常见的水性环氧涂料主要有两种:一种是以环氧树脂乳液与水性胺固化剂配用的体系,另一种是以低相对分子质量的液体环氧树脂与水性胺固化剂配用的体系。前者全部是水性体系,更能直接体现出水性涂料的特点,使用方便,但涂料价格过高,消费者往往难以承受,而且环氧树脂乳液中含有较多的亲水链段,对涂膜的耐水性有一定影响。后者在施工时需进行水性胺固化剂乳化低相对分子质量液体环氧树脂的操作步骤,使用不方便,但基于使用成本原因,目前市售水性环氧地坪涂料大部分为第二种体系。本文也采用该种技术路线,制备了综合性能优良的水性环氧地坪涂料。

1·实验部分

1.1 原材料

环氧树脂E-51、E-44,工业品;环氧稀释剂,工业品;水性胺固化剂A、B,工业品;各色颜料,工业品;各种填料,工业品;消泡剂、润湿流平剂、增稠剂,工业品。

1.2 基本配方及制备工艺

水性环氧地坪涂料由甲组分及乙组分两部分组成,基本配方见表1。

 

表1 水性环氧地坪涂料的基本配方

 

表1 水性环氧地坪涂料的基本配方

制备工艺:

甲组分:在合适的容器中投入环氧树脂、环氧稀释剂,搅拌均匀后即得甲组分。

乙组分:在合适的容器中投入部分水性胺固化剂、去离子水、各色颜料、各种填料、消泡剂,搅拌均匀后,用砂磨机分散至细度≤30μm,再补加余下的水性胺固化剂、润湿流平剂及增稠剂,搅拌均匀后即得乙组分。

1.3 配漆及性能测试

将甲、乙组分按配比充分混合均匀,在搅拌条件下,慢慢加入适量的水稀释。然后分别在钢板、水泥板、铝板上制备样板,样板在标准状态下放置7d,测试涂膜的各项基本性能。

2·结果与讨论

2.1 环氧树脂的选用

环氧树脂是水性环氧地坪涂料的主要成膜物质之一,其环氧值的高低及相对分子质量的大小对涂料性能有很大影响。环氧值高的环氧树脂与水性胺固化后涂膜交联密度大、硬度高、耐化学腐蚀性好。环氧值低的环氧树脂相对分子质量大,黏度高,需要加入更多的稀释剂稀释才能被水性胺固化剂乳化,另外,环氧值低的环氧树脂分子中羟基含量高,涂料固化后残留在涂膜中,降低了涂膜的耐水性。因此在水性环氧地坪涂料中,通常选用高环氧值、低相对分子质量的液体环氧树脂。

本文选用市场上最常见的E-51,其树脂分子中环氧基含量高、羟基含量低,与水性胺固化剂固化交联后,涂膜具有优异的耐水性及耐化学介质性。在常温下E-51的黏度为12000~14000mPa·s,水性胺固化剂很难将其乳化,必须使用稀释剂降低其黏度。为了不增加涂料体系的VOC,通常采用带有环氧基官能团的活性稀释剂,在涂料干燥成膜时,和环氧树脂一起与水性胺交联固化。单官能团活性稀释剂的加入降低了涂膜的交联密度,改善了柔韧性,但是涂膜的耐化学介质性会下降;双官能团活性稀释剂的加入对涂膜性能影响不大,但其价格过于昂贵。综合考虑,选用单官能团活性稀释剂稀释环氧树脂E-51,控制其添加量在5%~10%,对涂膜的综合性能影响不大。

2.2 水性胺的选用

溶剂型环氧涂料中环氧树脂和溶剂型胺混合后是一种均相体系,相互间交联反应在分子级别上进行,环氧基与胺氢容易接触并反应,固化反应比较充分。而水性环氧体系的固化机理与溶剂型体系不同,水性胺既是交联剂,又是乳化剂,两组分混合后,水性胺将液体环氧树脂乳化为液滴,形成水包油体系,水性胺与环氧分散相粒子表面接触发生固化反应,同时水性胺向分散相内部扩散并发生进一步固化反应。水性环氧体系的交联固化程度及速度主要取决于水性胺向环氧分散相内部扩散的速度,而扩散速度由水性胺与环氧树脂的相容性决定,相容性越好,水性胺乳化环氧树脂所得分散相粒径越小,水性胺越容易向环氧分散相内部扩散,固化越完全,水性胺中胺氢基团越容易与环氧树脂中的环氧基接触并反应,固化交联速度越快。反之,水性胺与环氧树脂相容性差,所得环氧分散相粒径过大,水性胺不易向环氧分散相内部扩散,固化交联不完全,影响涂膜的性能。因此水性胺的选择对制备高性能水性环氧地坪涂料至关重要。

本文选用市售A、B两种水性胺,分别制备水性环氧地坪涂料的乙组分,配制的涂料其环氧基/胺氢的比例及涂料的颜基比相同,涂膜的性能对比见表2。

 

表2 不同水性胺固化涂膜性能对比

 

表2 不同水性胺固化涂膜性能对比

由表2可见:采用水性胺A固化的涂膜耐化学介质性较好,硬度高,但柔韧性稍差。水性胺B固化的涂膜有少量缩孔,可能是由于其乳化能力弱,对底材的润湿性差所致。

图1对比了由A、B两种水性胺制备的水性环氧地坪涂料甲、乙组分混合后的黏度变化情况。

 

图1 不同水性胺固化体系的黏度变化情况

 

图1 不同水性胺固化体系的黏度变化情况

由图1可见:水性胺A固化体系的黏度增长明显快于水性胺B固化体系,这是由于水性胺A对环氧树脂相容性好,乳化作用强,所得环氧乳胶粒径较小,有利于水性胺固化剂向环氧乳胶内部扩散并反应,因此固化反应速度快。但是,由于水性胺A与环氧树脂反应过快,导致涂料的适用期过短,不利于工程施工。对于水性胺B的固化体系,水性胺B与环氧树脂相容性稍差,交联固化速度较慢,涂料的适用期较长。将水性胺A、B混合配用作为固化剂,性能可互补。图2是水性胺A、B不同配比固化体系的黏度变化情况,表3是涂膜的性能检测结果。

 

图2 水性胺A B不同配比固化体系的黏度变化情况

 

图2 水性胺A B不同配比固化体系的黏度变化情况

 

表3 水性胺A B不同配比的涂膜性能

 

表3 水性胺A B不同配比的涂膜性能

综合图2及表3的结果,以A∶B=1∶1为宜,此时涂料具有适宜的适用期,同时涂膜综合性能良好。

2.3 颜填料的选用

颜料在涂料中起着色和遮盖作用。水性环氧地坪涂料与其它水性涂料体系一样在涂膜干燥过程中容易发生浮色、发花等不良现象,因此应选用耐化学介质性能优良、不易浮色发花的无机颜料,如钛白粉、氧化铁系列颜料等。填料的加量对涂料性能有很大影响,添加量适当,不仅可降低涂料成本,缩短涂膜表干时间,还可以提高涂料的施工性及涂膜的物理机械性能。填料应选用低吸油量、耐酸碱性优良的硫酸钡、硅微粉等,加入适量的滑石粉,可以改善涂膜的耐冲击性、涂料的贮存稳定性及辊涂施工性。一般颜填料加量为颜基比0.6左右,若过量添加,固化后的涂膜过于疏松,降低了涂膜的耐化学介质性。

2.4 助剂的选用

与其他水性涂料体系一样,水性环氧地坪涂料需要加入多种助剂来改善涂料的施工性、涂膜外观及其他性能,常用助剂如下:

(1)分散剂。分散剂的作用是将颜填料表面润湿,经机械高速剪切达到或接近初级颗粒粒径,并使颜填料稳定地悬浮在涂料中。通常分散剂不参与涂膜的交联固化,游离于涂膜中,因此对涂膜的耐水性及耐化学品性有一定影响。水性胺是一种具有表面活性剂特性的高分子化合物,对有机或无机颜填料均具有很好的润湿分散作用。本文直接使用水性胺来分散颜填料,由其制备的色浆浆料及配制的涂料贮存稳定性好,并且在施工时可有效控制涂膜的浮色发花,因此无需再另行添加分散剂。

(2)润湿流平剂。水性环氧地坪涂料中含有大量的水,只有极少量的亲水性有机溶剂,水的表面张力高达72mN/m,对基材的润湿性差;一些助剂,如消泡剂等的使用,容易产生缩孔,因此必须加入润湿流平剂加以改善。良好的润湿流平剂应能有效降低体系的表面张力,改善涂料对基材的润湿性和渗透性,提高附着力。在选用润湿流平剂时还应考虑其易起泡的特性。本文通过试验比较,选择BYK-346作为润湿流平剂。

(3)消泡剂。水性胺具有表面活性剂的特性,在生产和施工时容易产生气泡,加入消泡剂可以有效防止和消除涂料中的气泡。常用的消泡剂有矿物油类和有机硅类,矿物油类消泡剂对涂膜的光泽有一定影响。本文选用有机硅类消泡剂BYK-028。

(4)增稠剂。其作用是在水性涂料贮存过程中防止颜填料的沉降,提高涂料的施工性。在溶剂型环氧地坪涂料中通常加入膨润土作为增稠剂,但在水性环氧涂料体系中采用有机膨润土增稠时,涂料的触变性明显增大,虽然提高了涂料的防沉降性,但影响了干膜的平整性。在水性涂料体系中常用的增稠剂有纤维素类、碱溶胀型、聚氨酯类,纤维素类增稠剂增稠的涂料容易分水、触变性大且耐水性差;碱溶胀型增稠剂则对涂膜的耐水性有影响。本文选用对涂膜耐水性影响最小的聚氨酯增稠剂,如RM-8W等。

2.5 环氧基与胺氢当量比的确定

环氧树脂与水性胺的配比(用环氧树脂中环氧基与水性胺中胺氢当量比表示)对涂料的性能有很大影响。表4为环氧基与胺氢当量比对水性环氧地坪涂料性能的影响。

 

表4 环氧基与胺氢当量比的影响

 

表4 环氧基与胺氢当量比的影响

由表4可见:胺氢比例过低时,环氧树脂乳化受到影响,对底材的浸润性变差,涂膜出现少量缩孔,此时涂膜的交联密度低,影响其耐溶剂性。随着胺氢比例的增加,涂膜的交联密度增加,硬度、光泽提高,而柔韧性变差。胺氢比例过大时,固化剂分子中有较多的胺氢不能参与环氧树脂的交联固化,残留在涂膜中,严重影响涂膜的耐水性。综合考虑,环氧基与胺氢当量比为1.0/0.8较为合适。

2.6 涂料性能对比

按比例将水性环氧地坪涂料的甲、乙两组分充分搅拌均匀,在搅拌条件下,慢慢加入适量的水稀释,熟化5min,制备样板,并在标准条件下放置7d后,测其性能,与溶剂型环氧地坪涂料的主要性能对比见表5。由表5可见:本研究水性环氧地坪涂料与溶剂型环氧地坪涂料性能相当。

 

表5 涂料性能对比

 

表5 涂料性能对比

3·结语

试验表明,以低相对分子质量液体环氧树脂E-51作涂料的甲组分,水性胺固化剂A、B按1∶1混合,颜基比约为0.6,选用合适的助剂,制得涂料的乙组分,按环氧基/胺氢当量比1.0/0.8配制的水性环氧地坪涂料具有适宜的适用期,其主要性能与溶剂型环氧地坪涂料相当,可替代溶剂型环氧地坪涂料用于工业地坪的涂装。

分享到:
 
 
[ 技术搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告诉好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 关闭窗口 ]

 

 
推荐图文
推荐技术
点击排行
 
网站首页 | 企业资质 | 关于我们 | 联系方式 | 使用协议 | 版权隐私 | 网站地图 | 排名推广 | 积分换礼 | 网站留言 | RSS订阅 | 豫ICP备17049151号
                  310100103517