环氧地坪涂料研究进展
1 环氧地坪
环氧树脂是指分子中含有两个以上环氧基团的一类聚合物的总称。环氧树脂地坪是一种以环氧树脂为主要成膜物,辅以颜填料、级配骨料,配合专用机具及辅材,经现场铺装而成的一种彩色、整体无缝的地坪。
在1950年到1953年左右,我国开始研制环氧树脂,到了1977年到1979年,我国形成了较为完整的环氧地坪工业体系。随着改革开放一步步进行,工业厂房逐渐增多,环氧地坪由于其优势得到了迅猛的发展,并且当ISO9000进入中国后,各企业对于质量管理体系认证的观念加强,从而环氧地坪展开了又一次突飞猛进的发展。如今,涂料所用环氧树脂占环氧树脂应用中大约50%左右,环氧地坪占市场份额的70%左右,可见其市场受众程度不可小觑。
2 环氧地坪涂料基本分类
环氧地坪按照分散介质来分类可以分为:溶剂型环氧地坪、无溶剂型环氧地坪、水性环氧地坪。
环氧地坪按照地坪构造来分类可以分为环氧地坪底漆、环氧地坪中涂、环氧地坪面涂、环氧地坪罩光。
环氧地坪按照功能性产品来分类大致可以分为:耐磨型环氧地坪、环氧防静电型地坪、耐高温防火环氧地坪、抗菌型环氧地坪、防腐蚀型环氧地坪等。
市场上主要占主导的地坪涂料为:薄涂式溶剂型地坪涂料、无溶剂型环氧耐磨自流平地坪涂料、特种耐酸自流平地坪涂料以及防静电自流平地坪涂料。
3 环氧树脂地坪优点
1)高强度;
2)耐磨损;
3)美观的地面;
4)具有无接缝;
5)质地坚实;
6)耐药性佳;
7)防腐;
8)防尘;
9)保养方便;
10)维护费用低廉。
4 研究进展
4.1 功能型环氧地坪涂料
4.1.1 耐热阻燃环氧地坪
由于环氧地坪可以应用为仓储物流地坪,验收时不仅对地面的平整度和水平度有一定的要求。一般的环氧地坪的最高耐受温度约为80℃,180℃-200℃会发生热氧化分解。近年来国家对于大面积堆积物仓库的耐火性能指标不断提高,所以对于环氧地坪的阻燃性能有一定要求。当存储仓库发生火情时,阻燃环氧地坪涂料可以增加绝热性能,阻止火势蔓延或者隔离火源,从而可以有效的降低大规模火灾发生的概率。在阻燃这方面,环境友好的膨胀型阻燃剂备受关注,典型的膨胀型阻燃剂由三聚氰胺和季戊四醇以及聚磷酸铵构成一种包覆型微胶囊,洪晓东等人正是利用这一点,研究了对添加这种微胶囊的环氧树脂阻燃性能进行了研究。汝宗林则选用复配氢氧化铝、三氧化二锑、四溴双酚A、聚磷酸铵这四种阻燃剂,通过改变这4种物质的添加量来调配各阻燃剂在环氧地坪体系中的比例,固化制样,通过GB/T8626-2007建筑材料可燃性试验方法测试火焰持续时间,研究了阻燃环氧地坪涂料中阻燃剂的协同作用。
不仅可以从添加阻燃剂的角度来提高阻燃性能和耐热性能,还可以从环氧地坪的固化剂入手,来提高耐热性能。用腰果酚、甲醛以及胺类物质合成腰果酚醛环氧地坪固化剂,与环氧树脂反应成环氧漆膜后测试热失重,其初期分解温度和失重率10%时的温度向高温移动,说明新型腰果酚醛环氧地坪固化剂有效的提高了环氧地坪的耐热性能。
4.1.2 抗菌环氧地坪
随着工业的发展,环氧地坪涂料开始逐渐向高新电子食品生产基地、医院、养殖场等方面拓展应用市场[环氧树脂自流平地坪在现代洁净车间中的应用]。这些应用场所对于环氧地坪的抗菌性有一定的标准要求。抗菌涂料主要为添加型和结构型两种形式涂料添加型的抗菌剂通常可以分为有机抗菌剂、无机抗菌剂高分子抗菌剂以及天然抗菌剂。在市场中绝大多数采用的是添加型抗菌剂,添加型抗菌剂更加简单、直接、有效。
负离子抗菌剂,是一种地坪涂料中常用抗菌剂。这种负离子抗菌剂是由负离子发生材料和无机抗菌材料相结合而成的新型材料,可杀灭常见的细菌,并且效率高。主要是通过涂料中羟基负离子电性中和、化学反应和物理吸附的优势,破坏常见细菌的生物活性以及代谢繁衍的能力,从而使得环氧地坪涂料在高度清洁、无菌场所及高湿潮湿环境等地发挥作用。张然等人在水性环氧固化剂B组分中添加一定量的。
4.1.3 防静电环氧地坪
电子电器制造、微机计算机精密设备、电气控制、印刷、纺织、军工等这些场所对于地面有防静电和防爆需求,主要是因为摩擦会产生静电荷,当静电荷如不能及时导出,会形成静电积累,有时静电压高达上万伏。因此采用环氧防静电地坪涂料涂装混凝土地面来获得防止静电产生的办法越来越得到广泛应用。
环氧防静电环氧地坪主要是添加型地坪涂料,如导电助剂、导电纤维、导电金属剂、维、粉末、导电金属氧化物、导电聚合物、碳系导电物等。当导电物质在地坪涂层中分布均匀、且导电率和导电性高时,则可以成功的防止静电电荷的积累。在施工时应注意地坪涂料的粘度、涂层的表干时间、导电物质分散的均匀程度,当导电物质沉降易导致地坪表面抗静电性能下降,且导电物质分散不均匀时,易导致地坪表面抗静电性不均匀。
4.1.4 高铅笔硬度环氧地坪
环氧树脂在工业应用方面有着大量的优点,但是同时也存在着一些缺点。其缺点之一就是抗划性较差,当环氧地坪涂层表面抵抗砂状物等类似尖锐强度高的物质时,其表现划痕明显,从而使得实用性和美观度下降。为了改善这一缺点,通常可以添加一些自身有较高硬度的粒子:碳纳米管、石英砂、白炭黑。张雪梅等人采用在环氧树脂地坪体系中添加并复配石英砂尾砂和白炭黑的方式来提高漆膜的铅笔硬度。复配两种物质的添加量,当石英砂尾矿添加量过多时,分散不易均匀,易导致孔隙率变大;而白碳黑添加量过多时,易形成团聚从而破坏涂层结构。当两种物质的添加量适配时,可以发挥最大协同作用,提高性能。
4.1.5 高防滑性环氧地坪
一般的环氧地坪在铺装后,部分验收后虽然符合GB/T22374-2008标准要求,但是地坪表面较为光滑,一方面是容易被划伤,另一方面其防滑性能较差,不满足一些特定场所的性能要求,并且当阴雨天气时,存在一定的安全隐患。地坪材料的防滑功能可以通过施工时工艺手段的调整,使表面形成拉毛花纹、皱面亦或是橘纹表面和通过添加固体颗粒来实现。在地坪涂料中添加固体颗粒来增加其防滑性能时,若是配方调试合理的情况下,添加固体颗粒对于环氧地坪涂料的防滑性能有一定的提高促进作用;而没调试好的情况下,固体颗粒会沉在地面底部,在固体颗粒的上层涂覆一层环氧地坪材料,这样会形成小的接触角,反而提高了易滑的概率。
唐植贤等人设计出一种带有桔皮纹理效果的功能性环氧地坪就很好地解决了防滑性较差的这个问题。其环氧地坪涂料的防滑性通过两种措施来提高:一方面通过在配方中添加有机膨润土和气相白炭黑来提高漆膜的硬度和粗糙度;另一方面通过改变施工工艺来实现,主要通过特制的专用拉花辊筒将涂料涂布均匀,并且拉出橘皮纹路。在改善这两个方面的基础上,最终的环氧地坪防滑性能可以达到0.7。
4.1.6 耐磨环氧地坪
环氧地坪涂料被广泛应用的其中一个原因就是其出色的耐磨性,现在由于应用在不同的场所,对于其耐磨的要求有所提高。常见的提高耐磨性能的方式一方面为单纯物理添加无机填料将其共混:刚玉、纳米金刚石粉、纳米氧化铝、硅粉、碳化硅和氧化铝复配、二硫化钼或者通过添加耐磨的颜填料(不同颜色的石英粉、硫酸钡)。这种耐磨涂层属于结构型非金属复合材料,是将热固性高分子胶黏剂基体和硬质耐磨颗粒结合的一种技术。另一方面还可以通过有机改性来提高环氧树脂的耐磨性能,由于异氰酸酯的耐磨性优于填料,所以可以引入聚氨酯来对环氧树脂进行改性;还可以用硅酸酯预聚物、有机硅氧烷以及聚硫橡胶等来进行改性。此外当今纳米插层技术得到了广泛发展,可以将耐磨物质通过化学插层手段引入聚合物中,最终制得高耐磨环氧地坪涂料。
4.2 绿色环氧树脂地坪
随着社会的发展,环境友好材料越发的受到重视,很多材料都在不断向着绿色方向研发以及发展。住建部科技与产业发展中心推出的《绿色建材评价标准》研讨会于2017年-2018年陆续在各地召开,更加说明了绿色、节能、环保是未来产业发展趋势,并且会推动整个产业链的质量提升。与此同时,很多人也在这方面做了深入研究。
王斌等人利用了环氧大豆油(ESO)分子链中含有环氧基团的优势,且其拥有粘度低的物理性能和无毒的化学性能的优点,将ESO作为活性稀释剂成分共混到环氧地坪中,共混后可以增塑和稀释环氧树脂材料,从而达到改性环氧地坪涂料的目的。ESO尽管绿色环保,但是只用ESO会大大降低环氧地坪的强度,却可以增韧环氧地坪材料,并且ESO和环氧树脂混合后的粘度并没有单纯用660A和环氧树脂混合后的粘度低,所以可以选用ESO和660A进行复配,从而兼顾了两者的优势,可以改善环氧地坪材料的柔韧性差的缺点。
在2010年前,我国的水性环氧地坪发展较为缓慢,其技术关键点在于使用水性环氧固化剂,以水为溶剂,通过水溶性固化剂与环氧树脂或水性环氧树脂结合而成的双组分地坪涂料,水性环氧树脂地坪在化学物质释放方面拥有低VOC甚至零VOC的优势,并且在物理性能方面可以释放地面反上来的水汽以降低起鼓、剥离脱落的概率,并且与基材的附着力强。我国政府于2015年进一步加大对环保型涂料的支持力度,水性环氧地坪开始逐渐加大生产并扩大了应用市场。2017年江苏省出台新政:各行业全面实施水性漆替代油性漆。这种大力加强环保的决心使得很多传统环氧地坪企业开始转型。
水性环氧地坪涂料现在主要分为Ⅰ型和Ⅱ型,Ⅰ型水性环氧树脂为低分子量的液态环氧树脂配合具有乳化功能的改性胺类固化剂组成的,Ⅱ型水性环氧树脂为高分子量的固态环氧树脂粉末配合助剂,乳化成水性环氧树脂乳液。刘保磊等人对比了这两种方法中涂膜外观、干燥时间、耐冲击性、柔韧性、附着力、耐水性这几个性能指标,结果表明这两种类型各有优缺点,可以根据不同技术需求以及应用场合来加以利用并改进。
姚俊海等人依据GB/T22374-2008对油性环氧树脂和水性环氧树脂的力学性能进行对比,并对水性环氧树脂的透气性原理进行了详细的分析。水性环氧树脂涂料施工后水分挥发后,漆膜中空位会形成小筛孔,可以成为水蒸气的疏散通道。主要可以应用于一些地基含水量高的地方。
4.3 美观型环氧树脂地坪
与上述功能型优势或者环保型优势的环氧树脂地坪不同,美观型环氧树脂地坪更注重成品的呈现性、艺术性。这种环氧树脂地坪主要指环氧磨石地坪。主要应用于各种高档公共场所、机场、展览馆、高档私人住宅等。相比一般地坪来说,环氧磨石价格相对昂贵,但是却有着图案易设计、装饰性强、可以墙地一体等突出优势,逐渐成为高端市场的宠儿。环氧磨石主要是通过繁复的施工工艺,将环氧树脂的优点展现的同时兼具了成品的艺术效果。
孙再武等人研究了含镶嵌式图案的环保型高装饰性环氧磨石地坪,探究了磨石集料、颜基比、图案的制作方法。谢亦富等人主要研究了环氧磨石地坪涂层体积收缩率的影响因素。赖映标等人以E51环氧树脂和自制耐黄变环氧固化剂为主要成膜物制备无溶剂环氧磨石试验中的骨料、配比等进行深度探究。
5 结语
相比于聚氨酯地坪涂料、丙烯酸地坪涂料,环氧地坪涂料在我国的发展较早,其市场占有率和市场应用相对来说较广,因此其发展进程会更快。随着社会的发展以及科学的进步,环氧树脂地坪涂料会逐渐向着更优异的性能,更绿色的产品和工艺方向发展。其中,未来水性环氧地坪涂料将成为市场的主打产品,相信在接下来的应用过程中,优异物理性能的水性环氧地坪涂料将占主流地位,更受市场的青睐。