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1、水性环氧地坪涂料的配方设计及施工施雪珍，施生君，陈铤（上海绿嘉水性涂料有限公司）摘要：简述了水性环氧地坪涂料的特点，重点讨论了水性环氧地坪涂料的配方设计及其主要成分对涂膜性能的影响，并给出了水性环氧地坪涂料的配方实例及性能，在这基础上简要介绍了水性环氧地坪涂料的施工工艺。关键词：水性环氧地坪涂料；配方设计；施工工艺Formulation design and construction of waterborne epoxy floor coatingShi Xuezhen, Shiwet, Chen Ting(Shanghai Greenguard Waterborne Coatings Co
2、. , 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 properties were brought forward, followed b
3、y the construction technology. Key words: Waterborne epoxy floor coating; formulation design; construction technology1 前言 环氧树脂涂料具有硬度高、耐磨性好、附着力高和耐化学药品性能优异等特点，广泛应用在工业地坪涂装领域。近年来，随着人们环保意识的不断提高，许多国家相继颁布了限制挥发性有机溶剂（VOC）的环保法规，涂料的水性化、无溶剂化和高固体分化已成为涂料发展的必然趋势。 我国的工业地坪涂料目前基本上是溶剂型和无溶剂型环氧地坪涂料，溶剂型环氧地坪涂料含有较多的有机溶剂，这些
4、有机溶剂在涂料的生产和施工阶段排入大气，污染环境，同时危害人类健康；无溶剂型环氧地坪涂料含有少量的活性稀释剂，常用的活性稀释剂为丁基环氧丙基醚（有一定毒性），采用自流平施工工艺，涂膜厚度为1-5mm，成本较高且含有少量的挥发性有机溶剂。 与普通的溶剂型环氧地坪涂料相比，水性环氧地坪涂料具有以下优势1：（1）以水作为分散介质，不含甲苯、二甲苯之类的挥发性有机溶剂，不会造成环境污染，没有失火的隐患，满足当前环保的要求，当然也可加入少量的丙二醇甲醚等无空气污染的醇醚类溶剂来改善水性环氧涂料的成膜。（2）可在潮湿环境中施工和固化，有合理的固化时间，保证涂膜有较高的交联密度。（3）对大多基材具有良好的附
5、着力，即使是潮湿的基材表面同样有良好的粘结性。（4）操作性能好，施工工具可用水直接清洗，可以重复使用，涂料的配制和施工操作安全方便。（5）固化后的涂膜光泽柔和，质感较好，并且具有较好的防腐性能和单向透气性。 因此，随着环保法规和人们环保意识的增强，水性环氧地坪涂料将会得到广泛的应用，研究和开发水性环氧工业地坪涂料具有很大的经济效益和社会效益。本文较为系统的讨论了水性环氧地坪涂料的配方设计及其主要成分（环氧树脂、水性环氧固化剂、颜填料、助剂和共溶剂等）对涂膜性能的影响，并给出了水性环氧地坪涂料的配方实例及性能，在这基础上简要介绍了水性环氧地坪涂料的施工工艺。2 水性环氧地坪涂料的配方设计2.1
6、环氧树脂环氧树脂类型对水性环氧地坪涂料的性能影响很大。由于双酚A型环氧树脂分子中含有极性高而不易水解的羟基和醚键，使其对混凝土等多种基材有良好的附着力，涂料固化时的体积收缩率低，耐化学药品性能良好。并且双酚A型环氧树脂为刚性的苯环和柔性的醚键交替排布的结构，赋予涂膜较好的物理机械性能，所以这类环氧树脂被广泛用于地坪涂料，而其他类型的环氧树脂如双酚F型和酚醛环氧树脂则应用的较少。目前国内外环氧树脂的水性化技术主要分为乳化法和成盐法两大类1。乳化法指的是环氧树脂的直接乳化、不用外加乳化剂的自乳化或水性环氧固化剂乳化，而成盐法1-2则是将环氧树脂改性成富含酸或富含碱的树脂，再用小分子量的碱或酸进行中
7、和。对于用作水性环氧地坪涂料的环氧树脂乳液宜选用乳化法来制备。（1） 直接乳化法 将环氧树脂和乳化剂混合，加热到合适的温度，在激烈的搅拌下缓慢加水完成相反转来制得水性环氧树脂乳液。可采用的乳化剂有聚氧化乙烯烷基醚（HLB=10.816.5）和聚氧化烷基酯（HLB=9.016.5）3，当然也可合成专用的水性环氧乳化剂，本公司采用聚四氢呋喃（PTMEG）合成水性环氧乳化剂，用该乳化剂乳化形成的水性环氧树脂粒径较小，储存稳定性较好，并且加入固化剂固化后的涂膜耐化学药品性能和耐热性也较好。（2） 自乳化环氧树脂 在环氧树脂分子链中引入亲水性氧化乙烯链段或氧化丙烯链段，同时保证每个改性后的环氧树脂分子上
8、含有两个或多个环氧基，不用外加乳化剂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与双酚A型环氧树脂和双酚A反应制得具有自乳化功能的高分子量环氧树脂，反应过程中以三苯基膦作为催化剂，改性后的环氧树脂很容易分散在水中，可预先制成水性环氧树脂乳液或在施工场合就地乳化，且由于亲水链段包含在环氧树脂的分子链中，固化后涂膜的耐化学药品性能有所提高。（3） 水性环氧固化剂乳化环氧树脂 水性环氧固化剂乳化环氧树脂的原理是对多元胺进行改性，使其成为具有亲环氧树脂结构的水性环氧固化剂，同时该固化剂又作为阳离子型乳化剂完成对环氧树脂的乳化，用该方法制备的水性环氧树脂乳液具有良好的稳定性，并且由于
9、环氧树脂组分不需进行亲水改性，可以保证涂膜的耐化学药品性能良好1,4。 用这三种方法制备的水性环氧树脂乳液均适用于水性环氧地坪涂料，用水性环氧固化剂乳化环氧树脂法宜选用低粘度的液体环氧树脂，这样有利于固化剂的混合乳化；对于高分子量环氧树脂则应该用直接乳化法或自乳化法制备，并且所用的高分子量环氧树脂需过量40-60才能保证涂膜的最终性能。2.2 水性环氧固化剂1 水性环氧固化剂是决定水性环氧地坪涂料最终性能的关键组分之一。作为水性环氧树脂的固化剂，应能够较好地溶解或分散在水中，而且在水中能够稳定存在，与环氧树脂要有良好的相容性。固化剂可直接乳化环氧树脂或与水性环氧树脂乳液配成稳定的水性环氧树脂体
10、系，同时体系的流变性能、适用期、固化条件和涂膜性能也应满足地坪涂料使用的要求。 酸酐遇水会分解，不适合作为水性环氧树脂的固化剂，并且水性环氧地坪涂料常用在室温固化的场合，因而常用的水性环氧固化剂大多为多元胺或其改性产物，利用其分子中胺基上的活泼氢与环氧树脂分子中的环氧基反应。多元胺常用的改性方法有以下三种：第一种是由多元胺与单脂肪酸反应制得的酰胺化的多胺，第二种是由二聚酸与多元胺进行缩合而成的聚酰胺，第三种是由多元胺与环氧树脂加成得到的多胺-环氧加成物。这三种方法均采用在多元胺分子链中引入非极性基团，使得改性后的多胺固化剂具有两亲性结构，以改善与环氧树脂的相容性。 酰胺化的多胺5本身具有一定的
11、水溶性或水可分散性，无需借助于助溶剂或乳化剂的作用就可获得一定范围的水可稀释性，从而可以用作水性环氧树脂的固化剂。并且酰胺化的多胺具有表面活性剂的作用，低分子量液体环氧树脂不需要预先乳化，而由酰胺化多胺在施工前混合乳化，用酰胺化多胺乳化环氧树脂配成的水性环氧体系具有施工性能好，适用期长等优点。但用单脂肪酸改性的酰胺化多胺固化剂与环氧树脂的相容性不是太好，容易发生相分离而在涂膜表面出现浮油和凹坑等表面缺陷，并且固化不充分造成涂膜的耐化学性能和耐湿性较差。 采用二聚酸与多元胺进行缩合来制备水性聚酰胺固化剂，这样改性可改善与环氧树脂的相容性，涂膜表面也不会出现因不相容而造成的表面缺陷。但用聚酰胺固化
12、剂乳化的环氧树脂体系的适用期较短，一般不超过一小时就会凝胶化，这对于地坪施工会带来一定的麻烦。并且用聚酰胺固化的涂膜柔韧性较差，抗冲性能较差，涂膜偏脆。水性聚酰胺固化剂由于合成时二聚酸中不饱和双键的存在而容易被空气中的氧气氧化导致固化剂的颜色变深，不适合作为色泽要求较高的水性环氧地坪涂料的固化剂。 由于用酰胺化多胺和聚酰胺水性固化剂固化的涂膜或多或少存在缺陷，而改性后的涂膜性能又没有明显改良，因此国外采用的水性环氧固化剂为多元胺-环氧加成物，采用环氧树脂与多元胺反应，在多元胺分子链中引入环氧树脂分子链使得合成后的固化剂具有亲环氧树脂的分子结构，减少固化剂分子中伯胺基团的含量可明显降低固化剂的活
13、性，使得用这种类型的水性环氧固化剂乳化的环氧体系的适用期有所延长。并通过添加聚氧化烷基多胺的方法来改善涂膜偏脆的问题。若该水性环氧固化剂要具有乳化环氧树脂的功能则需通过在固化剂分子链中引入氧化烷基链段或离子基团来获得。本公司合成的水性环氧固化剂GCA01属于典型的多胺-环氧加成改性固化剂, 可用水进行稀释，稀释过程中不会出现类似于水性聚酰胺固化剂稀释时由于胶束的形成和聚酰胺与水之间的氢键作用产生的“水峰”现象。并且固化剂分子中含有表面活性链段，能将低分子量环氧树脂直接乳化，其性能见表1。表1 水性环氧固化剂GCA01的性能检测项目 检测结果外观 黄色液体粘度（25）/ mpa.s 1500-4
14、500固含量 / % 45-47密度（25）/ g.cm-1 1.05-1.10稀释剂* 水和丙二醇甲醚闪点 / 100胺氢当量 /g.eq-1 290-295*注：该水性环氧固化剂中含有少量的丙二醇甲醚以保证室温下成膜，尽管含有溶剂，但其闪点仍高于100。2.3 颜填料水性环氧地坪涂料的着色宜选用那些耐化学药品性能和耐候性较好的无机颜料或其水性色浆。水性环氧地坪涂料配制时填料的选择原则是采用低吸油量、细度适中、性能稳定的填料。当然，考虑到水性环氧固化剂呈弱碱性，应避免采用酸性的颜填料。水性环氧地坪涂料是双组分涂料，颜填料既可加到环氧树脂组分中，也可以加在水性环氧固化剂组分中。填料的用量（用颜基比来表示）对水性环氧地坪涂料的最终性能影响很大
