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防静电抗菌除异味水性环氧地坪涂料的配制与应用

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本研究以标准液态环氧树脂E51配以适量比例的活性稀释剂,助溶剂为甲组分,以水性聚酰胺加成物固化剂、颜填料、助剂、功能添加剂和水组成乙组分,按甲、乙组分成膜物质的当量比为1.1∶1配漆,其涂膜固化后具有附着力强、耐腐性优、硬度高、耐磨性好、耐冲击性强、装饰性佳、光滑平整、透气防水等性能。

1 水性环氧地坪涂料的制备
1.1 原材料的选择
1.1.1 树脂的选择
水性环氧地坪涂料主要由两组分组成,即疏水性的环氧树脂和亲水性的胺类固化剂。水性环氧地坪涂料可分为两种类型:由相对分子质量低的液体环氧树脂或其乳液和水性胺固化剂组成的体系称为I型,由相对分子质量高的固体环氧树脂乳液与水性胺固化剂组成的体系称为II型。本研究制备的水性环氧地坪涂料属于I型,环氧树脂选用液态双酚A型环氧树脂。
环氧树脂E51的环氧值适中,其固化物交联密度高、致密性好、耐腐性强。E51环氧树脂的官能度低(n=0~1),所形成的固化物羟基含量低、耐水性好。涂膜内羟基含量与耐水性的关系见表1。
涂膜中羟基含量与耐水性的关系
由表1可见,从性价比和采购渠道难易程度出发,本研究选用了液态环氧树脂E51。
1.1.2 稀释剂的选择
用于双酚A型环氧树脂的活性稀释剂通常是脂肪族缩水甘油醚环氧树脂,它与固化剂能反应成环氧固化物。为了降低液状环氧树脂E51的黏度,提高其与水性胺固化剂的相溶性,增进水性固化剂对树脂的乳化作用,同时又不降低环氧树脂固化物的综合性能,需要添加适宜的稀释剂。对稀释剂的要求是:
①黏度低;②环氧值比较高;③与环氧树脂相容性好;④亲水性好。几种常用脂肪族缩水甘油醚的主要性能见表2。
几种脂肪族缩水甘油醚的主要性能
由表2可见,三种活性稀释剂其环氧值和亲水性大致相同,但是,1,4-丁二醇二缩水甘油醚黏度最低,故而选之。用量为环氧树脂E51的10%~15%,可使E51环氧树脂的黏度由1500 MPa•s降低到600MPa•s左右。
为了提高环氧树脂E51与水性胺固化剂的相容性,缩小两组分的溶解度参数差距,在甲组分中还需添加少量潜伏型助溶剂。因为当甲、乙两组分混合固化时,亲水性的固化剂由水相进入到分散相的环氧树脂表面,使环氧树脂表面固化剂浓度较高而快速固化成硬壳,这样就会阻止粒子的聚结成膜,使漆膜中树脂固化不均匀,从而降低了涂膜性能。在稀释剂和助溶剂的共同作用下,可有效降低树脂黏度和玻璃化温度,提高其与固化剂的匹配性、相容性,同时也提高了固化剂对树脂的浸润性、渗透性、扩散性,促使树脂固化均匀,改善涂膜性能。试验证明,选用美国陶氏化学公司的三丙二醇甲醚(TPM)较好,用量为环氧树脂的3%左右。
1.1.3 固化剂的选择
水性环氧地坪涂料所用的固化剂为水溶性胺或胺的水分散体,目前广泛用的是水溶性胺。对于水溶性胺固化剂的选择,不但要考虑其反应活性,还要考虑其与环氧树脂的相容性、分散乳化性及毒性,尤其是小分子的胺化合物因易挥发且有毒,应慎用。因此,常制成聚酰胺或胺加成物作固化剂,以便提高胺物质量、并降低毒性。聚酰胺与环氧树脂的混溶性不好且存在着诱导期,可用聚酰胺加成物解决这一缺点。水溶性聚酰胺加成物固化剂,是通过固化剂分子引入具有表面活性的分子链段,使其具有固化剂和乳化剂双重功能的水溶性体系。水性环氧树脂涂料的固化过程是一个反应和扩散控制过程,整个过程包括水蒸发、粒子聚结、固化剂扩散和固化交联反应。水溶性聚酰胺加成物对环氧树脂E51的固化速率较慢,可使固化物质地均匀;其反应活性适中,可使环氧树脂固化物的综合性能优良;其与环氧树脂体系相容性好,有利于固化剂分子向环氧树脂胶粒内部扩散而固化完全;其玻璃化温度较低,可减弱或避免环氧树脂形成硬壳;其润湿性良好,可排开水固化,使其能在潮湿基面上固化成膜;其体系稳定,无因高速分散、研磨破乳之虑。因此本研究选用了水溶性聚酰胺加成物为固化剂。
1.1.4 颜填料的选择
在水性环氧地坪涂料中,颜填料是不可缺少的组分。对颜料的选择原则是:吸油值低、吸水率小、硬度高、粒径细、内应力较强、耐酸碱性好、耐候性优的品种。一般水性环氧涂料中颜填料含量为30%~38%,而水性地坪涂料必须保证涂层有适宜的透气性能,为此在保持成膜物质不变的前提下,适当提高颜填料的含量是必要的。为了不因此而明显降低涂膜的耐水性和防腐蚀等性能,选用耐化学品性好的超细颜填料和添加附着力促进剂是有效的方法。
1.1.5 功能添加剂
(1) 抗静电剂。大多数高分子材料容易产生静电荷的积累,解决的有效办法之一是使用外墙漆,赋予涂膜表面导电性。目前使用的抗真石漆都是添加型外墙漆,其添加物①是导电填料,②是表面活性剂类抗静电剂。本水性环氧地坪涂料中,选用掺杂聚苯胺导电聚合物为抗静电填料。经过十二烷基磺酸盐掺杂的聚苯胺具有优异的导电性、耐腐蚀性,它作为无机导电填料的替代物分散在环氧树脂的固化物中。当掺杂聚苯胺的添加量达到5%时,涂层的电阻率可以达到107 Ω•cm,完全能够满足抗真石漆的标准要求,且功效长久,同时还能提高涂膜的耐化学品腐蚀性。
(2) 负离子-抗菌添加剂。负离子-抗菌添加剂是负离子发生材料与无机抗菌材料相结合的功能材料,其中负离子发生材料是自然界唯一天生带电的高品质极性材料,在无须光源的激发下,自然形成永久微电场,通过其电极对空气和水发生微弱电解作用而产生羟基负离子。羟基负离子通过电性中和、化学反应和物理吸附等作用,分解祛除空气中的甲醛、苯、氨等有害气体,同时还有抑制霉菌生存、清除异味,清新空气等功能。
1.1.6 助剂的选择
水性环氧地坪涂料需要采用各种助剂调整涂料的黏度或表面张力,其中润湿分散剂的选择尤为重要。为了提高对颜填料的润湿、分散性,通过负电荷的互相排斥作用提高颜填料的稳定悬浮性,减少沉淀和结块现象,减弱颜料粒子之间的内聚力,避免浮色发花,选用自乳化型乙炔二醇类非离子表面活性剂——SURFYNOL SE-F和盛沃公司的FA182分散剂配合可以获得稳定的分散体系。为了调整水性环氧地坪涂料的黏度,选用有机改性黏土类增稠剂进行调整,德特隆VT-819增稠防沉剂效果比较理想。消泡剂应选用长效、高效非硅型消泡剂,如SURFYNOL DF-75消泡剂。
1.2 配方
甲组分参考配方:
环氧树脂E51:85%;1,4-丁二醇缩水甘油醚:12%~13%;助溶剂TMP:2%~3%。
乙组分参考配方:
水溶性聚酰胺加成物:30%;分散剂、润湿剂:0.6%~0.7%;消泡剂:0.3%~0.4%;流平剂:0.3%~0.4%;增稠剂:0.05%~0.08%;增滑剂:1.0%~2.0%;掺杂聚苯胺:6%~10%;负离子抗菌添加剂:1.6%~2.0%;偶联剂:0.5%~1.0%;金红石钛白粉:10%~12%;600目石英粉:18%~22%;1000~1200目滑石粉:5%~8%;色浆:2%~3%;水:16%~20%。
1.3 制备方法
甲组分:将配方量的液态环氧树脂与活性稀释剂、助溶剂先后加入搅拌罐内,中速搅拌混合10~20min即可包装。
乙组分:将水加入高速分散罐内,搅拌中加入分散剂、润湿剂、部分消泡剂、流平剂、偶联剂、掺杂聚苯胺、负离子抗菌剂及颜填料,高速分散30min,经研磨后成浆料,加入固化剂、增滑剂、增稠剂、色浆和余量消泡剂,搅拌混合均匀,经过滤装桶。
1.4 性能指标
按上述配方制成的甲、乙组分,以甲组分∶乙组分=1∶1配成面漆、制试板、检测其性能指标见表3。
水性环氧地坪涂料面漆的性能
2 施工方法
不同行业对车间地坪涂层的性能要求不同,从而涉及到施工方法的差异。当用水性环氧涂料做机械、化工、仓库等车间地坪时,由于需要地坪抗冲击、耐辗压、耐磨损、耐腐蚀等,所以必须按常规工序进行施工,即基层处理→封底漆→环氧砂浆加强层→腻子→面漆。
(1) 基层处理:对于油污较多的混凝土地面,可用10%~15%盐酸液洗刷,然后用清水冲洗干净;对于面积较大的一般混凝土地面,可用电磨机磨平、清除砂尘、油污的方法处理。
(2) 封底:将环氧底漆甲、乙组分混合均匀后,辊涂于基层表面,最好辊涂2遍,使其充分润湿并渗透到混凝土内部,起粘结增强作用。
(3) 中层砂浆:在水性环氧涂料中加入适量粒径不同的混合石英砂搅拌均匀,用抹涂方法使涂层达到一定厚度,以增强地坪的抗冲击性、耐辗压性。
(4) 腻子:待环氧砂浆层充分固化后,批刮两道水性环氧腻子,干燥后打磨平整,为面涂提供平整,坚固的基面。
(5) 面涂:将水性环氧面漆按甲组分∶乙组分=1∶1质量比混合均匀,刷涂或喷涂于基面上,使其自流平,固化后成为平整、光滑且具防静电、耐腐蚀、抗菌杀菌、祛除异味等多功能地坪涂层。
当水性环氧涂料用于食品、医药、电器等车间或公共场馆、居室地坪时,可按基层处理→封底漆→腻子→面漆工序进行施工。各道工序的施工方法同前。
施工时要求环境温度>12℃而<40℃;以15~40℃为宜;空气中的相对湿度以<85%为宜,最好为65%,否则,涂层固化不好,影响涂层的综合性能。

3 结语
水性环氧地坪涂料不但符合环保要求,而且使用安全、无毒、不燃,施工工具易用清水清洗,能在干、湿混凝土基面上施工,且湿附着力好、层间粘附力优、柔韧性好、抗冲击性强、耐腐蚀性佳、透气性良好,无形成鼓泡和白斑之忧。同时,还可以通过添加功能性外加剂的方法,赋予环氧固化物多种特殊功能。
本研究在液态环氧树脂E51与水溶性聚酰胺固化物体系中,除添加了颜填料和常用助剂外,还添加了掺杂聚苯胺导电聚合物、负离子-抗菌添加剂。从而赋予涂膜防静电性、抗菌防霉性、释放负离子、祛除空气中有害物质等性能,成为一种新型全效水性环氧地坪涂料。特别适用于医药、电子、仪表、轻纺、日化、食品等需要清洁、无菌、防静电等车间地面的涂装,同时也适用于用做公共场馆、医院、办公及家居地坪。
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