環氧樹脂在建筑中的應用

1､概述
    現代清潔生產要求車間地面潔凈耐磨,室內空氣含塵量盡量低,這不僅是改善勞動條件的要求,更是產品質量的保證｡1995年起我國制藥企業開始實施GMP(Good Manufacturing Process)驗證工作,各藥廠都在努力使生產的硬件和軟件水平均能達到GM舊規范｡規范中潔凈度最重要的指標就是地面的抗磨耗性,抗磨耗性越好,地面的析塵量也越低,所能達到的潔凈級別越高｡對于高級別潔凈場所(100-1000級),建議采用不析塵或弱析塵材料;析塵量較大的材料可用于低級別潔凈場所(10萬-百萬級);而強析塵材料不能用于有潔凈要求的場所｡
    為了滿足工業化生產車間的功能需求和現代化管理的要求,常常選用有特殊性能的地面材料進行地面裝飾｡其中地面涂料是重要的選擇材料｡國外的許多潔凈車間地面也采用了整體聚合物面層,包括涂料和貼面材料｡
    用于工業生產車間的地面涂料,也稱為工業地面涂料,一般常用環氧樹脂涂料和聚氨酣涂料｡這兩類涂料都具有良好的耐化學品性,耐磨損和耐機械沖擊性能｡但是由于水泥地面是易吸潮的多孔性材料,聚氨酯對潮濕的容忍性差,施工不慎易引起層間剝離,針孔等弊病,且對水泥基層的粘結力較環氧樹脂涂料差,因而當以耐磨,潔凈為主要的性能要求時宜選用環氧樹脂涂料,而以彈性要求為主要性能要求時則宜使用聚氨酯樹脂涂料｡
    環氧樹脂耐磨潔凈地面涂料為雙組分常溫固化的厚膜型涂料,通常將其中無溶劑環氧樹脂涂料稱為“自流平涂料”,國內在20世紀80年代開始研制和試用,目前已在國內藥廠GMP驗證地面工程中廣泛應用,并取得了很好的效果｡
    無溶劑環氧自流平耐磨潔凈地面涂料用于工業地面具有許多優點｡例如:
    (1)與基層的粘結強度高,硬化收縮極低,不易開裂｡
    (2)整體無縫,易清洗,不集聚灰塵､細菌｡
    (3)高固體份,一次成膜厚;無溶劑,施工毒性小,符合環保對涂料VDC要求｡
    (4)強度高,耐磨損,經久耐用,能長時間經受鏟車､推車和其他工具的碾壓｡
    (5)抗滲透,耐化學藥品的腐蝕性能強,對油類也有較好的容忍力｡
    (6)極佳的施工性和流平性,具有良好的裝飾性｡
    (7)室溫固化成膜,容易維修保養｡
    (8)表面平整光滑,色彩豐富,能美化工作環境｡
    (9)地面無毒,符合衛生要求,有一定的阻燃性｡
    (10)對有導靜電要求的地面,可制成導靜電環氧地面涂料｡

2､環氧樹脂耐磨地面涂料的組成
    潔凈耐磨地面涂料中最常用的成膜物是以環氧樹脂為代表的合成樹脂類材料｡涂料一般分為無溶劑型､溶劑型及水溶性型等｡溶劑型系統一般具有溶劑揮發､涂料粘度較小､固體含量低､一次成膜薄､施工時易發生浮色(floating and fiood)等缺陷成膜物抗沖能力較弱｡無溶劑型系統因不含非活性溶劑,固體含量可調整至近100%,一次成膜厚,施工中不會出現貝納德窩(Benard cell)和浮色(foating)｡水溶性潔凈耐磨地面涂料對潮濕基面有良好的粘結力｡本章節著重介紹無溶劑型系統的耐磨地面涂料｡
(1)成膜物質
    根據潔凈耐磨地面涂料的要求,成膜物應具有如下性能:常溫固化､高粘結力､較強機械性能､抗化學藥品性強､良好的電氣性｡環氧樹脂耐磨地面涂料的成膜物普遍采用雙酚A型環氧樹脂,其性能在前面有關章節已有介紹｡作為地面涂料的基料要求對混凝土等多種底材有優良附著力,固化時體積收縮率低,抗化學性能優異,涂膜堅韌耐磨,對潮濕表面有一定的“容忍”力等特點｡雙酚A環氧樹脂按相對分子質量不同可分為團體環氧樹脂和液體環氧樹脂｡高相對分子質量的固體環氧樹脂分子中含較多羥基,可催化環氧基與胺的固化反應,干燥速度較快,但固體含量低,涂膜薄,與固化劑的混溶性差,涂料熟度高,流平性差｡低黏度環氧樹脂雖然缺少羥基,固化速度較慢,但可制成高固體含量厚膜涂料,且與固化劑混溶性好,施工時涂料流平性好,固化速度可通過加入團化促進劑來提高｡因而宜選用低相對分子質量環氧樹脂,常用的有E44(6101)､E42(644)､E51,進口的有D.E.R.331和SHELL828等代表性樹脂｡
(2)固化劑
    胺類固化劑是環氧涂料的主要固化劑,這類固化劑主要有脂肪胺､脂肪胺加成物､脂環胺､脂環胺加成物､聚酰胺､聚酰胺加成物､曼尼其堿等｡
各種固化劑中,脂肪胺與環氧樹脂反應迅速,放熱量大,涂膜交聯密度高,抗化學府性能很好｡脂肪胺加成物在刺激性､泛白､與環氧樹脂相容性等方面有較大改善,但最終涂膜的交聯結構與脂肪胺相似,玻璃化溫度高,脆性大,主要用于高抗化學品耐溶劑型涂料｡
    脂環胺及其加成物的許多性能較脂肪胺及其加成物有較大提高,如色淺､流平性好､光澤高､不泛白､不需誘導期,其玻璃化溫度仍較高,主要用作無溶劑環氧地面涂料的固化劑｡
    聚酰胺固化劑綜合性能優良,分子內長鏈烴具有很好的內增塑作用,使涂膜柔軟､耐沖擊,酰胺鍵提供了更大的粘附性､潤濕性､剝離強度和對潮濕表面的容忍度｡耐化學府性較其他胺固化劑下降,但仍保持很高的韌性,廣泛用作溶劑型環氧地面涂料的固化劑｡
    聚酰胺與環氧的混溶性不好,施工前沒有熟化仍有發白出油現象,而聚酰胺加成物與環氧樹脂相容性好,游離胺含量低,較標準聚酰胺在不良條件下易固化而得到不變黃､無白霜的涂膜,因而目前大多數環氧地面涂料都選用聚酰胺加成物作為地面涂料固化劑｡
    曼尼其堿又叫酚醛胺,其特點是分子中含有酚羥基,能促進固化,常用于低溫､潮濕､水下固化涂料｡由于分子中苯環的剛性使涂膜脆性較大,故單獨作為地坪涂料的固化劑應用不多,多用作中間層膠泥､砂漿的固化劑｡
(3)稀釋劑
    稀釋劑即能溶解樹脂的有機溶劑｡主要作用是降低樹脂膠液黏度,同時也有利于把樹脂固化過程中放出的熱量傳遞出來,可適當延長膠液的使用期｡稀釋劑分非活性稀釋劑和活性稀釋劑兩類｡
    1)非活性稀釋劑本身不參與固化反應,僅達到物理混合和減低黏度的目的｡一般加入量為樹脂重量的5%一15%,在樹脂固化時,會有部分逸出,從而增加樹脂的收縮率,降低粘結力､機械強度及熱變形溫度,嚴重時甚至會產生氣孔｡溶劑型環氧地面涂料使用時應特別注意｡
    2)活性稀釋劑的種類及使用｡活性稀釋劑具有環氧基,能參與環氧樹脂的環氧固化反應,所以并無逸出之弊｡
對固化后樹脂無太多的影響,同時還往往起著增韌作用,在配方中增韌劑的用量可以減少或不用｡但加入活性稀釋劑時固化劑應相應增加用量｡
    潔凈耐磨地面涂料一次施工成膜厚度達0.8-3.0㎜,為防止非活性溶劑揮發而產生涂抹膜陷,多選用了活性稀釋劑,制成無(揮發)溶劑型自流平涂料,同時也符合環保綠色涂料要求,進一步改善了施工條件｡
    稀釋劑用量過多,對性能也有一定的影響｡由于稀釋劑本身是短鏈分子,碳鏈比環氧樹脂短,因而阻礙了鏈的形成,影響了成膜物的主要性能｡
    (4)顏､填料
    環氧樹脂耐磨地面涂料屬于厚漿型涂料,著色顏料的用量可比普通顏料少｡另一方面,環氧地面涂料表干時間長,使用有機顏料易產生浮色､發花等問題,且有機顏料的耐化學性能有局限性,因而大多選用無機顏料,如鉆白粉､氧化鉻綠和氧化鐵系的顏料等｡
    填料可選用重晶石粉､碳酸鈣､天然礦物粉､云母粉和石英粉｡由于是厚膜涂料,為了降低涂膜的收縮應力,避免因涂膜固化過程中體積收縮過大而導致開裂,尚須使用一些粗質填料(也稱為粗細骨料)｡
    填料的外形尺寸､吸油量､添加量對地面涂料的最終性能有決定作用,主要為達到低收縮率､低教度､高添加量､高耐磨性和良好的貯存性等目的｡目前,市場上較好的無溶劑環氧自流平涂料多選用天然(耐磨)礦石粉作為主要填料,它與常用的碳酸鈣填料相比有其獨特之處｡
    1)填料添加量對涂料熟度的影響｡無論是施工性還是從成膜物的性能看,地面涂料的教度是至關重要的｡一方面希望涂料的固體含量盡量高,可降低成本,達到一次成膜厚的目的;一方面又不希望黏度太高,黏度高不利于施工,影響成膜物的流平性､消泡性｡通過實驗發現:耐磨礦物粉加入量對涂料鼓度影響變化較少｡這是由于天然礦物粉與碳酸鈣相比有相對低的吸油量所致｡在相同吸油量的涂料中(輕質)碳酸鈣的加入量不超過30%,而天然礦物粉加入量可達50%以上｡
    2)填料添加量對涂膜線收縮率的影響｡對環氧耐磨地面涂料而言,其最大的優勢就在于可做到一次施工面積大,整體無縫,這就對涂膜線性收縮率有較高要求｡
    (3)填料對涂膜磨耗量的影響｡根據GB/T1768-89實驗測試,(CS17,500*2g,1000R｡)
    天然(耐磨)礦物粉填料在許多方面優于一般的碳酸鈣填料,使環氧自流平耐磨地面涂料施工工藝得到顯著提高,具有以下優點:
    ①填料添加量大大提高,同時又不顯著提高涂料熟度,保證施工時涂料的流平性｡
    ②獨特的纖維狀幾何結構粉料加入能明顯降低涂膜線性收縮率,提高耐磨耗性｡
    ③填料與樹脂等材料能很好相容,不影響涂膜耐化學藥品性和其他綜合性能｡
    (5)助劑
環氧潔凈耐磨地面涂料對涂膜的流平性要求極高,特別是成膜較厚情況下,既要使涂膜在活性期內充分流平,又要求濕膜中的氣泡迅速排出而表面不留下缺陷,因此,流平､消泡等助劑的選擇及用量是極為關鍵的因素｡一方面此類助劑用量增加會降低涂膜成膜時的表面張力,有利于涂膜自流平和消泡,另一方面這類助劑過多加入會引入不相溶物,對樹脂､稀釋劑及填料問的粘結產生不利影響｡
    涂料中各種顏料､填料須經過分散研磨,為保證細度,提高分散效率,還加入了分散類助劑｡所有助劑的加入都是以提高施工性和改善涂膜性能為目的的｡
    環氧樹脂耐磨地面涂料應考慮選用以下幾種助劑——
    1)分散劑地面涂料中額､填料含量高,教度相對較高,通常方法分散時,分散效率低,且易產生浮色､發花現象,須加入濕潤分散劑加以改善｡聚羥酸酯類分散劑有理想的潤濕､降教､分散､反浮色､反發花作用,還可提高涂膜光澤,促進流平,防止涂料沉淀等作用,用量為涂料量的0.5%-1.5%｡
    2)流平劑由于環氧樹脂耐磨地面涂料溶劑含量少,無溶劑環氧樹脂耐磨地面涂料不含揮發性溶劑,涂料的教度高,表面張力大,施工后對底材濕潤性差,流平性不佳,涂膜易出現桔皮､刷痕､波紋､縮孔和針子等表面狀態缺陷｡因而須添加流平劑來降低涂料的表面張力,延長流動時間,提高流平性能｡流平劑宜選用丙烯酸共聚物類,例如BYK公司的BYK-VP-354｡其表面張力較低,與環氧樹脂相容性有限,可在短時間內遷移到涂膜表面,形成單分子層,使表面張力均一化,減少因表面張力梯度而引起的各種涂膜表面弊病｡
    3)消泡劑環氧樹脂耐磨地面涂料內含多種具有表面活性的物質,容易起泡;水泥砂漿底材存在很多孔隙,孔隙內空氣會被涂料置換出來留在涂膜中;地面涂料在施工時通過機械攪拌及刮板會使大量空氣陷入涂膜內;而涂料自身的黏度大,氣泡在涂膜中穩定,不易排出,這些因素使得涂料中須加入消泡劑加速氣體的排出,減少針子､魚眼等缺陷｡可選用非硅系消泡劑,例如BYK公司的BYK055/057｡其表面張力低,擴散滲透性好,在氣泡壁上形成表面張力差而導致表層流動,使泡壁變薄而破裂｡該類消泡劑和丙烯酸流平劑配合使用,有很好的協同作用,得到極佳的消泡和流平效果,而且不易出現縮孔等副作用｡