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      防靜電抗菌除異味水性環氧地坪涂料的配制與應用

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      -->>防靜電抗菌除異味水性環氧地坪涂料的配制與應用

      本研究以標準液態環氧樹脂E51配以適量比例的活性稀釋劑,助溶劑為甲組分,以水性聚酰胺加成物固化劑、顏填料、助劑、功能添加劑和水組成乙組分,按甲、乙組分成膜物質的當量比為1.1∶1配漆,其涂膜固化后具有附著力強、耐腐性優、硬度高、耐磨性好、耐沖擊性強、裝飾性佳、光滑平整、透氣防水等性能。

      1 水性環氧地坪涂料的制備
      1.1 原材料的選擇
      1.1.1 樹脂的選擇
      水性環氧地坪涂料主要由兩組分組成,即疏水性的環氧樹脂和親水性的胺類固化劑。水性環氧地坪涂料可分為兩種類型:由相對分子質量低的液體環氧樹脂或其乳液和水性胺固化劑組成的體系稱為I型,由相對分子質量高的固體環氧樹脂乳液與水性胺固化劑組成的體系稱為II型。本研究制備的水性環氧地坪涂料屬于I型,環氧樹脂選用液態雙酚A型環氧樹脂。
      環氧樹脂E51的環氧值適中,其固化物交聯密度高、致密性好、耐腐性強。E51環氧樹脂的官能度低(n=0~1),所形成的固化物羥基含量低、耐水性好。涂膜內羥基含量與耐水性的關系見表1。
      涂膜中羥基含量與耐水性的關系
      由表1可見,從性價比和采購渠道難易程度出發,本研究選用了液態環氧樹脂E51。
      1.1.2 稀釋劑的選擇
      用于雙酚A型環氧樹脂的活性稀釋劑通常是脂肪族縮水甘油醚環氧樹脂,它與固化劑能反應成環氧固化物。為了降低液狀環氧樹脂E51的黏度,提高其與水性胺固化劑的相溶性,增進水性固化劑對樹脂的乳化作用,同時又不降低環氧樹脂固化物的綜合性能,需要添加適宜的稀釋劑。對稀釋劑的要求是:
      ①黏度低;②環氧值比較高;③與環氧樹脂相容性好;④親水性好。幾種常用脂肪族縮水甘油醚的主要性能見表2。
      幾種脂肪族縮水甘油醚的主要性能
      由表2可見,三種活性稀釋劑其環氧值和親水性大致相同,但是,1,4-丁二醇二縮水甘油醚黏度最低,故而選之。用量為環氧樹脂E51的10%~15%,可使E51環氧樹脂的黏度由1500 MPa•s降低到600MPa•s左右。
      為了提高環氧樹脂E51與水性胺固化劑的相容性,縮小兩組分的溶解度參數差距,在甲組分中還需添加少量潛伏型助溶劑。因為當甲、乙兩組分混合固化時,親水性的固化劑由水相進入到分散相的環氧樹脂表面,使環氧樹脂表面固化劑濃度較高而快速固化成硬殼,這樣就會阻止粒子的聚結成膜,使漆膜中樹脂固化不均勻,從而降低了涂膜性能。在稀釋劑和助溶劑的共同作用下,可有效降低樹脂黏度和玻璃化溫度,提高其與固化劑的匹配性、相容性,同時也提高了固化劑對樹脂的浸潤性、滲透性、擴散性,促使樹脂固化均勻,改善涂膜性能。試驗證明,選用美國陶氏化學公司的三丙二醇甲醚(TPM)較好,用量為環氧樹脂的3%左右。
      1.1.3 固化劑的選擇
      水性環氧地坪涂料所用的固化劑為水溶性胺或胺的水分散體,目前廣泛用的是水溶性胺。對于水溶性胺固化劑的選擇,不但要考慮其反應活性,還要考慮其與環氧樹脂的相容性、分散乳化性及毒性,尤其是小分子的胺化合物因易揮發且有毒,應慎用。因此,常制成聚酰胺或胺加成物作固化劑,以便提高胺物質量、并降低毒性。聚酰胺與環氧樹脂的混溶性不好且存在著誘導期,可用聚酰胺加成物解決這一缺點。水溶性聚酰胺加成物固化劑,是通過固化劑分子引入具有表面活性的分子鏈段,使其具有固化劑和乳化劑雙重功能的水溶性體系。水性環氧樹脂涂料的固化過程是一個反應和擴散控制過程,整個過程包括水蒸發、粒子聚結、固化劑擴散和固化交聯反應。水溶性聚酰胺加成物對環氧樹脂E51的固化速率較慢,可使固化物質地均勻;其反應活性適中,可使環氧樹脂固化物的綜合性能優良;其與環氧樹脂體系相容性好,有利于固化劑分子向環氧樹脂膠粒內部擴散而固化完全;其玻璃化溫度較低,可減弱或避免環氧樹脂形成硬殼;其潤濕性良好,可排開水固化,使其能在潮濕基面上固化成膜;其體系穩定,無因高速分散、研磨破乳之慮。因此本研究選用了水溶性聚酰胺加成物為固化劑。
      1.1.4 顏填料的選擇
      在水性環氧地坪涂料中,顏填料是不可缺少的組分。對顏料的選擇原則是:吸油值低、吸水率小、硬度高、粒徑細、內應力較強、耐酸堿性好、耐候性優的品種。一般水性環氧涂料中顏填料含量為30%~38%,而水性地坪涂料必須保證涂層有適宜的透氣性能,為此在保持成膜物質不變的前提下,適當提高顏填料的含量是必要的。為了不因此而明顯降低涂膜的耐水性和防腐蝕等性能,選用耐化學品性好的超細顏填料和添加附著力促進劑是有效的方法。
      1.1.5 功能添加劑
      (1) 抗靜電劑。大多數高分子材料容易產生靜電荷的積累,解決的有效辦法之一是使用外墻漆,賦予涂膜表面導電性。目前使用的抗真石漆都是添加型外墻漆,其添加物①是導電填料,②是表面活性劑類抗靜電劑。本水性環氧地坪涂料中,選用摻雜聚苯胺導電聚合物為抗靜電填料。經過十二烷基磺酸鹽摻雜的聚苯胺具有優異的導電性、耐腐蝕性,它作為無機導電填料的替代物分散在環氧樹脂的固化物中。當摻雜聚苯胺的添加量達到5%時,涂層的電阻率可以達到107 Ω•cm,完全能夠滿足抗真石漆的標準要求,且功效長久,同時還能提高涂膜的耐化學品腐蝕性。
      (2) 負離子-抗菌添加劑。負離子-抗菌添加劑是負離子發生材料與無機抗菌材料相結合的功能材料,其中負離子發生材料是自然界唯一天生帶電的高品質極性材料,在無須光源的激發下,自然形成永久微電場,通過其電極對空氣和水發生微弱電解作用而產生羥基負離子。羥基負離子通過電性中和、化學反應和物理吸附等作用,分解祛除空氣中的甲醛、苯、氨等有害氣體,同時還有抑制霉菌生存、清除異味,清新空氣等功能。
      1.1.6 助劑的選擇
      水性環氧地坪涂料需要采用各種助劑調整涂料的黏度或表面張力,其中潤濕分散劑的選擇尤為重要。為了提高對顏填料的潤濕、分散性,通過負電荷的互相排斥作用提高顏填料的穩定懸浮性,減少沉淀和結塊現象,減弱顏料粒子之間的內聚力,避免浮色發花,選用自乳化型乙炔二醇類非離子表面活性劑——SURFYNOL SE-F和盛沃公司的FA182分散劑配合可以獲得穩定的分散體系。為了調整水性環氧地坪涂料的黏度,選用有機改性黏土類增稠劑進行調整,德特隆VT-819增稠防沉劑效果比較理想。消泡劑應選用長效、高效非硅型消泡劑,如SURFYNOL DF-75消泡劑。
      1.2 配方
      甲組分參考配方:
      環氧樹脂E51:85%;1,4-丁二醇縮水甘油醚:12%~13%;助溶劑TMP:2%~3%。
      乙組分參考配方:
      水溶性聚酰胺加成物:30%;分散劑、潤濕劑:0.6%~0.7%;消泡劑:0.3%~0.4%;流平劑:0.3%~0.4%;增稠劑:0.05%~0.08%;增滑劑:1.0%~2.0%;摻雜聚苯胺:6%~10%;負離子抗菌添加劑:1.6%~2.0%;偶聯劑:0.5%~1.0%;金紅石鈦白粉:10%~12%;600目石英粉:18%~22%;1000~1200目滑石粉:5%~8%;色漿:2%~3%;水:16%~20%。
      1.3 制備方法
      甲組分:將配方量的液態環氧樹脂與活性稀釋劑、助溶劑先后加入攪拌罐內,中速攪拌混合10~20min即可包裝。
      乙組分:將水加入高速分散罐內,攪拌中加入分散劑、潤濕劑、部分消泡劑、流平劑、偶聯劑、摻雜聚苯胺、負離子抗菌劑及顏填料,高速分散30min,經研磨后成漿料,加入固化劑、增滑劑、增稠劑、色漿和余量消泡劑,攪拌混合均勻,經過濾裝桶。
      1.4 性能指標
      按上述配方制成的甲、乙組分,以甲組分∶乙組分=1∶1配成面漆、制試板、檢測其性能指標見表3。
      水性環氧地坪涂料面漆的性能
      2 施工方法
      不同行業對車間地坪涂層的性能要求不同,從而涉及到施工方法的差異。當用水性環氧涂料做機械、化工、倉庫等車間地坪時,由于需要地坪抗沖擊、耐輾壓、耐磨損、耐腐蝕等,所以必須按常規工序進行施工,即基層處理→封底漆→環氧砂漿加強層→膩子→面漆。
      (1) 基層處理:對于油污較多的混凝土地面,可用10%~15%鹽酸液洗刷,然后用清水沖洗干凈;對于面積較大的一般混凝土地面,可用電磨機磨平、清除砂塵、油污的方法處理。
      (2) 封底:將環氧底漆甲、乙組分混合均勻后,輥涂于基層表面,最好輥涂2遍,使其充分潤濕并滲透到混凝土內部,起粘結增強作用。
      (3) 中層砂漿:在水性環氧涂料中加入適量粒徑不同的混合石英砂攪拌均勻,用抹涂方法使涂層達到一定厚度,以增強地坪的抗沖擊性、耐輾壓性。
      (4) 膩子:待環氧砂漿層充分固化后,批刮兩道水性環氧膩子,干燥后打磨平整,為面涂提供平整,堅固的基面。
      (5) 面涂:將水性環氧面漆按甲組分∶乙組分=1∶1質量比混合均勻,刷涂或噴涂于基面上,使其自流平,固化后成為平整、光滑且具防靜電、耐腐蝕、抗菌殺菌、祛除異味等多功能地坪涂層。
      當水性環氧涂料用于食品、醫藥、電器等車間或公共場館、居室地坪時,可按基層處理→封底漆→膩子→面漆工序進行施工。各道工序的施工方法同前。
      施工時要求環境溫度>12℃而<40℃;以15~40℃為宜;空氣中的相對濕度以<85%為宜,最好為65%,否則,涂層固化不好,影響涂層的綜合性能。

      3 結語
      水性環氧地坪涂料不但符合環保要求,而且使用安全、無毒、不燃,施工工具易用清水清洗,能在干、濕混凝土基面上施工,且濕附著力好、層間粘附力優、柔韌性好、抗沖擊性強、耐腐蝕性佳、透氣性良好,無形成鼓泡和白斑之憂。同時,還可以通過添加功能性外加劑的方法,賦予環氧固化物多種特殊功能。
      本研究在液態環氧樹脂E51與水溶性聚酰胺固化物體系中,除添加了顏填料和常用助劑外,還添加了摻雜聚苯胺導電聚合物、負離子-抗菌添加劑。從而賦予涂膜防靜電性、抗菌防霉性、釋放負離子、祛除空氣中有害物質等性能,成為一種新型全效水性環氧地坪涂料。特別適用于醫藥、電子、儀表、輕紡、日化、食品等需要清潔、無菌、防靜電等車間地面的涂裝,同時也適用于用做公共場館、醫院、辦公及家居地坪。
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