无溶剂环氧自流平地坪涂料技术探讨

无溶剂环氧自流平地坪涂料技术探讨

常玉，梁剑锋，刘戎志

(1 ．华南师范大学化学系，广州 510631 ； 2 ．广州秀珀化工有限公司， 511495)

摘要：无溶剂环氧自流平地坪涂料以其优异的施工性、流平性、柔韧性、耐冲击性、耐化学介质腐蚀等特点，广泛用于各行各业的工业厂房。本文研究了组成该地坪涂料的环氧树脂、活性稀释剂、固化剂、颜填料及助剂的各种性能特点和对涂层性能的影响，探讨了无溶剂环氧自流平地坪涂料系统的施工工艺，对工程应用具有一定的指导意义。

关键词：无溶剂；自流平；地坪涂料；施工工艺；环氧树脂

0 引言

现代清洁生产要求车间地面洁净无尘防腐耐磨、室内空气含尘量尽量低，这不仅是改善劳动条件的要求，也是产品质量的保证。 1995 年起我国制药企业开始实施 GMP 验证工作，各药厂都在努力使生产的硬件和软件水平均能达到 GMP 规范。规范中洁净度最重要的指标就是地面的抗磨耗性，抗磨耗性越好，地面析尘量也越低，所能达到洁净级别越高。对于高级别洁净场所 (100 ～ 1 000 级 ) ，建议采用不析尘或弱析尘材料；析尘量较大的材料可用于低级别洁净场所 (10 万～百万级 ) ；而强析尘材料不能用于有洁净要求的场所。

为了满足工业化生产车间功能需求和现代化管理要求，常常选用有特殊要求的地面材料进行地面装饰，其中地坪涂料是重要的选择材料。国外许多洁净车间地面也采用了整体聚合物面层，包括涂料和贴面材料。

用于工业车间生产的地坪涂料，也称为工业地坪涂料，一般常用环氧树脂涂料和聚氨酯涂料。这两类涂料都具有良好的耐化学品性、耐磨损和耐机械冲击性能。但是由于水泥地面是易吸潮多孔性材料，聚氨酯对潮湿相对容忍性差，施工不慎易引起层间剥离、针孔等弊病，且材料对水泥基层粘结力较环氧树脂涂料低，因而当以耐磨、洁净为主要性能要求时宜选用环氧树脂地坪涂料，而以弹性为主要性能要求时则选用聚氨酯树脂涂料。

环氧树脂地坪涂料多为双组分常温固化的厚膜型涂料，通常将其中无溶剂环氧树脂地坪涂料称为“无溶剂环氧自流平地坪涂料”。国内在 20 世纪 90 年代开始研制和应用，经过近十年的发展，目前该系统在国内已比较成熟，在医药、卫生、食品、生物等行业已广泛应用。

1 无溶剂环氧自流平地坪涂料的组成及分析

1 ． 1 主要成膜物质

目前，广泛用于无溶剂环氧自流平地坪涂料的成膜物质，是低黏度的双酚 A 型环氧树脂、双酚 F 型环氧树脂和脂肪族环氧树脂。图 1 为环氧树脂的分子结构及相关功能团的性能示意图。双酚 A 型环氧树脂和双酚 F 型环氧树脂与加成固化剂交联固化后的涂层含羟基少，有效交联密度大，防腐蚀性介质渗透能力强，耐海水、自来水及耐化学药品性优异，但户外曝晒性差。选用氢化双酚 A 型环氧树脂作基料，黏度低并能改进涂层的耐候性。因此，选择无溶剂环氧涂料的基料时，应满足低黏度、涂层羟基含量少和有效交联密度大等特点，采用脂肪族环氧树脂基料，会明显改进涂层耐候性和物理机械性能 J 。

图 1 环氧树脂分子结构示意图

双酚 A 环氧树脂按相对分子质量不同可分为固体环氧树脂和液体环氧树脂。高相对分子质量的固体环氧树脂分子中含多羟基，可催化环氧基与胺固化反应，干燥速度快，但涂料固体含量低，一次成膜薄。低黏度的环氧树脂虽然缺少羟基，固化速度较慢，但可制成高固体含量厚膜涂料，且与固化剂混溶性好，施工时涂料易展开，固化速度可通过加入固化促进剂来提高。因而宜选用低相对分子质量环氧树脂，如环氧树脂 E—51 。

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2 固化剂

无溶剂环氧自流平地坪涂料要求固化剂的黏度低，使用期较长，耐化学药品性和物理机械性能优越，保色性好且毒性要小。胺类固化剂是环氧涂料的主要固化剂，这类固化剂主要有脂肪胺、脂肪胺加成物、脂环胺、脂环胺加成物、聚酰胺、聚酰胺加成物、曼尼其碱等，其性能比较见表 1 。固化剂分子结构及交联固化效果是决定涂层性能的关键。

表 1 常用胺固化剂性能比较

在表 1 所列的各种固化剂中，脂肪胺与环氧树脂反应迅速，放热量大，涂膜交联密度高，抗化学品性能很好。脂肪胺加成物在刺激性、泛白、与环氧树脂相容性等方面有较大改善，但最终涂膜的交联结构与脂肪胺相似，玻璃化温度高，脆性大，主要用于高耐化学品、耐溶剂涂料。

脂环胺及其加成物的许多性能较脂肪胺及其加成物有较大提高，如色浅、流平性好、光泽高、不泛白、不需诱导期等，其玻璃化温度仍较高，主要用作无溶剂环氧自流平地坪涂料的固化剂。根据环境温度的要求可添加 0 ～ 10 ％的固化促进剂，如气体化工的 K— 54 。

聚酰胺固化剂综合性能优良，分子内长链烃具有很好的内增塑作用，使涂膜柔软、耐冲击，酰胺键提供了更大的粘附性、润湿性、剥离强度和对潮湿表面的容忍度。耐化学品性比其他胺固化剂下降，但仍保持很高的韧性，广泛用作溶剂型环氧地坪涂料的固化剂。聚酰胺与环氧的混溶性不好，施工前没有熟化仍有发白出油现象，而聚酰胺加成物与环氧树脂相容性好，游离胺含量低，较标准聚酰胺在不良条件下易固化而得到不变黄、无白霜的涂膜，因而目前很多环氧地坪涂料都选用聚酰胺加成物作为地坪涂料固化剂。曼尼其碱又叫酚醛胺，其特点是分子中含有酚羟基，能促进固化，常用于低温、潮湿、水下固化涂料。由于分子中苯环的刚性使涂膜脆性较大，故单独作为地坪涂料面层固化剂应用的不多，多用作中间层胶泥、砂浆的固化剂。

1 ． 3 稀释剂

稀释剂即能溶解树脂的有机溶剂，主要作用是降低树脂液黏度，同时也有利于把树脂固化过程中放出的热量传递出来，可适当延长涂料的施工期。稀释剂分为非活性稀释剂和活性稀释剂两类。

1 ． 3 ． 1 非活性稀释剂

非活性稀释剂本身不参与固化反应，仅达到物理混合和降低黏度的目的。一般加入量为树脂质量的 5 ％～ 15 ％，在树脂固化时，会有部分逸出，从而增加树脂的收缩率，降低粘结力、

机械强度及热变型温度，严重时甚至会产生气孔，因此无溶剂自流平体系中一般限制使用。

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2 活性稀释剂

活性稀释剂具有环氧基，能参与环氧树脂的固化反应，同时还起着增韧作用。自流平地坪涂料一次施工成膜厚，为防止非活性稀释剂挥发而产生涂膜缺陷，多选用活性稀释剂，制成无溶剂型自流平地坪涂料，一次成膜厚度可达 1 ． 0 ～ 3 ． 0 mm ，同时也符合环保涂料要求，进一步改善了施工条件。常用的活性稀释剂如表 2 所列。

表 2 常用的活性稀释剂及性能指标

潘胜稀释剂用量过多，对性能也有一定影响。由于潘胜稀释剂本身是短链分子，碳链比环氧树脂短，因而阻碍了链的形成，影响了成膜物质的主要性能，故活性稀释剂用量一般以不超过配方中树脂用量的 20 ％为宜。

1 ． 4 颜料、填料

无溶剂环氧自流平地坪涂料属于厚浆型涂料，着色颜料用量可比普通颜料少。另外，环氧自流平地坪涂料表干时问较长，如使用有机颜料易产生浮色、发花等问题，且有机颜料耐化学性能有局限性，因而选用无机颜料较适宜，如选用钛白粉、氧化铬绿和氧化铁系等颜料。

环氧树脂在固化过程中常常伴随有一定程度的体积收缩，这种体积收缩易使环氧树脂作为液体成型材料而造成应力开裂。为了改善环氧树脂的体积收缩，减少应力开裂，通常的办法是将大量的填料加入到环氧树脂中，而填料的种类、特性、用量对环氧自流平地坪涂料的性能将会产生显著的影响。

1 ． 4 ． 1 填料的种类

填料可选用重晶石粉、碳酸钙、天然矿物粉、云母粉和石英粉。由于是厚膜涂料，为了降低涂膜收缩应力，避免因涂膜固化过程中体积收缩过大而导致开裂，尚需使用一些粗质填料 ( 也称