水性环氧地坪涂料的研制及性能研究

水性环氧地坪涂料的研制及性能研究

陈耀财（南宝树脂（中国）有限公司，昆山215334）

贾孟宏（同济大学材料所，上海200433）

摘要：通过系统分析水性环氧地坪涂料主要成分对涂膜性能的影响，采用正交实验法对主要原材料水性环氧树脂乳液、水性环氧树脂固化剂及颜填料、助剂等进行选择及配方设计，研制出一种双组分环保型环氧地坪涂料。

关键词：环氧地坪涂料；水性环氧树脂；水性环氧固化剂

0.引言

目前，我国的工业地坪涂料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，污染环境，危害人体健康；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，有一定的毒性。而水性环氧地坪涂料是近年来出现的环保型地坪涂料，除了具有溶剂型环氧地坪涂料的诸多优点，如优良的物理机械性能、良好的耐化学药品性能和优异的耐磨性能外，同时不含有机溶剂，挥发性有机化合物（VOC）含量较低，气味小，涂层表面易于清洗，特别适用于医院、食品厂、超市、乳品厂和化妆品厂等需要保持高度清洁的场所。水性环氧地坪涂料一般由水性环氧底漆、水性环氧中涂漆、水性环氧面漆组成。其中，水性环氧底漆可提高中涂漆与基材的粘结强度；水性环氧中涂漆是介于面漆和底漆之间的涂层，起到承上启下的作用，能增强涂层强度，并赋予环氧涂层良好的打磨性能，为得到平整光滑的面层提供良好的条件；水性环氧面漆具有色彩丰富、视觉柔和典雅、耐磨性以及耐化学药品性优异等特点。随着人们环保、节能意识的增强，尤其是各国环保法规对涂料体系中VOC含量的严格限制，水性环氧地坪涂料必将成为地坪涂料发展的趋势。

1.实验部分

1.1原料

水性环氧树脂乳液OER-95、OER-1455、水性环氧固化剂（W-751），德国科宁公司；钛白粉R-818，济南裕兴；沉淀BaSO4；分散剂；消泡剂；流平剂等。

1.2主要性能指标测试

目前，因水性环氧地坪涂料没有相应的国家或行业标准，其主要性能指标，如附着力、耐冲击性、硬度、耐磨性参照GB1720、GB1732、GB6739、GB1768的实验方法；耐水性参照GB/T1733—93、耐碱性、耐酸性参照GB/T9274—88。

2.结果与讨论

2.1环氧树脂类型的影响

环氧树脂的类型对于水性环氧地坪涂料的性能影响很大，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，其涂料固化时的体积收缩率低，耐化学性好；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，赋予地坪涂料较好的机械性能，所以这类环氧树脂被广泛应用于地坪涂料，而其他类型的环氧树脂，如双酚F型和酚醛型则较少应用。__

通过大量实验，选择了OER-95自乳化环氧树脂，其对颜料有良好的展色性。主要技术参数为：活性成分56%；外观为乳白色液体；粘度2000~5000mPa·s；环氧当量950~1120；溶剂为37%水、7%的乙氧基丙醇。

2.2水性环氧固化剂的影响

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，应能较好地溶解或分散在水中，且在水中稳定，与环氧树脂有良好的相容性，同时体系的流变性能、适用期、固化条件和漆膜性能也应满足地坪涂料的使用要求。通过实验，选择W-751作为体系的固化剂，该固化剂是一种胺聚合物在水中的分散体，活性成分58.5%，游离胺含量小于1%，外观为淡黄色澄清液体，粘度8500~15000mPa·s，胺值（固体分）290~320mgKOH/g，氢当量225。它具有以下优点：（1）卓越的颜料润湿性，良好的稳定性，可经受高速分散、研磨，对无机和有机颜料具有润湿分散作用；（2）与各类环氧树脂通用，与OER-95配合使用，所得漆膜具有良好的硬度以及耐化学性。

2.3颜填料的选择

水性环氧地坪涂料用颜料应具有良好的耐化学药品性和耐候性，如金红石型钛白粉、酞菁蓝、氧化铬绿等；填料的选择原则是采用低吸油量、具有化学惰性的填料，如石英粉、滑石粉。考虑到水性环氧固化剂呈微碱性，故应避免采用酸性的颜填料。水性环氧地坪涂料为双组分涂料，颜填料一般添加在水性环氧固化剂组分中。填料的用量（用颜基比来表示）对水性环氧涂料的最终性能影响很大，适当的添加量不仅能降低水性环氧地坪涂料的成本，缩短涂膜表干时间，还可以提高涂膜的机械强度、耐磨性、光泽和遮盖力，减少涂料固化时的体积收缩，并赋予涂料良好的贮存稳定性。通过实验，选择沉淀BaSO4、空心微珠为填料来保证水性环氧地坪涂料的光泽及流平性。

2.4助剂的选择

2.4.1润湿分散剂

在水性环氧地坪涂料中，细小颜、填料颗粒间有很大的内聚吸引力，具有凝聚成大颗粒的倾向。而水性环氧地坪涂料又以水为分散介质，水分子间的内聚能密度更大，更增强了这种倾向。为了克服这种倾向，在水性环氧地坪涂料制备中要借助润湿剂和分散剂的作用才能使颜料被润湿和分散。分散是水性环氧地坪涂料生产的关键环节，它可以分为3个基本步骤：（1）利用润湿介质（水）来润湿颜、填料；（2）用高速分散或研磨设备通过机器剪切的方式，将颜、填料颗粒研磨分散在介质中；（3）利用分散剂的作用来稳定悬浮状态。分散过程将直接影响涂料的许多关键性能，如：粘度、储存稳定性和固含量等。润湿剂的作用是降低填料和水界面的表面张力，使之易于润湿，并能有效降低体系的表面张力，促进地坪涂料对基材的润湿，改善消泡剂和体系的相容性。由于润湿剂在降低体系表面张力的同时也

会产生起泡和稳泡的作用，所以应尽可能选择润湿性好而低泡沫的润湿剂。润湿剂的种类和用量应根据地坪体系的表面张力、基材的界面张力、消泡剂的种类和用量等因素确定。

润湿分散剂的主要品种及性能见表1。

表1润湿分散剂的主要品种及性能

水性环氧地坪体系要求既有较好的分散性又有较好的润湿性，还需要具有保护体系的稳定性等功能，经过多次试验选定122分散剂与140润湿剂配合使用。

2.4.2消泡剂

在地坪涂料的制备过程中，需要加入多种助剂，其中有些助剂为表面活性剂，它在降低体系表面张力的同时，在生产及施工搅拌过程中会产生大量泡沫。为了保证涂料质量和漆膜外观，需要加入消泡剂。消泡剂能使涂料具有抑泡和消泡作用，使涂膜无“针孔”和“鱼眼”等弊病，从而保证地坪的装饰性，应选用消泡效果和相容性好的消泡剂。表2是几种主要消泡剂的消泡效果和相容性实验的对比表。

由表2可见：选择1620为体系的消泡剂效果最佳。

表2几种主要消泡剂的性能对照表

2.4.3增稠流平剂

增稠流平剂的主要作用是调整体系的流变性能，改善涂料的流平性，使漆膜具有较好的丰满度等，流平剂应具备以下性能：（1）用量低而流平性好；（2）储存稳定性好；（3）对涂料