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抗静电环氧地坪漆的水性化设计与涂装

2016-07-06 09:44:11
作者:殷立平,宋云娟
来源:现代涂料与涂装

在建筑涂料领域里,地坪漆所占的比重呈上升趋势;在地坪材料范围中,地坪漆的产值也是排在前列的。而观整个地坪漆的市场,七成是环氧型的。这种优势地位的形成,决不是偶然运气造就的。地面涂料需要具备的与水泥类基材粘结力好、耐磨性好、耐水性好、耐化学介质能力好几大特征,恰恰是双组分环氧的强项。

    0·前言


    在建筑涂料领域里,地坪漆所占的比重呈上升趋势;在地坪材料范围中,地坪漆的产值也是排在前列的。而观整个地坪漆的市场,七成是环氧型的。这种优势地位的形成,决不是偶然运气造就的。地面涂料需要具备的与水泥类基材粘结力好、耐磨性好、耐水性好、耐化学介质能力好几大特征,恰恰是双组分环氧的强项。


    应该看到,国内的环氧地坪漆绝大部分还是溶剂型和部分无溶剂型。前者大量VOC自不待言,后者的活性稀释剂毒性不可小视。存在这是当下的事实,却并非永远。环保形势日益严峻化,东部地区的雾霾不断给国人拉响警报。建筑涂料领域的水性化是首当其冲的,能水性化的应尽可能地水性化。


    从性能和涂装比较,溶剂型环氧地坪漆会有鼓泡、脱落的概率倾向,施工时有毒物会有污染,且易燃易爆;水性环氧地坪漆对干湿面附着力均佳,有单向透气性,使用工具可清洗,节约了工具成本,也保护了现场作业者。


    水性抗静电环氧地坪漆是功能性涂料,它的设计理念是既要拥有水性环氧的闪光点,又可以获得快速释放掉静电电荷的能力,并确保此能力的持久。静电的不期而至,会带来相当多的麻烦。例如产生电磁波干扰自动仪表,电荷使车间产品带尘不利于精加工等等。实验室、加工车间、仓储部门等场所都非常需要这类涂料。


    1·抗静电环氧地坪漆的水性化设计


    1.1水性环氧的体系


    欧美自20世纪70年代业已着手水性环氧的研发工作,特别是欧洲很重视水性产品,投入力度颇大。时下双组分室温固化水性环氧体系常见有四类:


    第一类低相对分子质量的液态环氧树脂+水性环氧固化剂


    环氧树脂不先行乳化,而是施工前与固化剂混合用固化剂乳化。这里的水性环氧固化剂有双重作用。涂膜硬度增长较快。


    第二类高相对分子质量的固体环氧树脂分散体+水性环氧固化剂


    高相对分子质量的环氧树脂反应活性小于低相对分子质量环氧树脂,所以适用期大于第一类。空化的“AncarezAr550”为其代表。


    第三类低相对分子质量的液态环氧树脂乳液+水性环氧固化剂


    环氧树脂乳化剂有亲水的表面活性链段,又有亲油的环氧树脂链段,可用来乳化环氧树脂。


    第四类水性环氧树脂乳液+聚氨酯改性环氧固化剂


    聚氨酯改性环氧固化剂改变了以往环氧固化剂的局限性,用来固化水性环氧树脂乳液得到的涂料综合性能优良。


    双组分水性环氧混合涂层固化过程如下:


    水分蒸发→粒子聚结→固化剂扩散→固化反应


    这四个过程既有先后,又不绝对分割开。首先是涂膜里的水分持续蒸发,这样聚合物粒子持续接近构成紧密堆积,从而粒子开始聚结。在此阶段,固化剂分子得以扩散渗入聚合物粒子。固化剂中胺基与环氧树脂中的环氧基反应,整个体系逐渐形成均相完整的涂膜。要注意当部分反应后粒子表面会导致一层硬壳,这会阻碍固化剂进一步的扩散和进一步的固化,要协调好聚结、扩散、固化过程。


    1.2抗静电的机理


    电阻率小于1Ω。cm的物体为导体,电阻率大于109Ω。cm向绝缘体过渡。电阻率在105-109Ω。cm时,物体具有抗静电能力。导电介质均匀分布于涂膜,控制了涂膜的电阻率。当电荷进入会立刻引导至相连的接地或其它低电位泄去。抗静电是一种实用功能,通过涂层间的配合发挥出作用,一般为底涂、中涂、腻子、面漆,底中之间有导电铜网。当然也可以和其它功能性涂层相叠加成系统,大家以模块化的方式共同发力。且模块之间应是可选择可拆卸的,如蓄光层、抗菌层等。要充分发挥出抗静电的作用,一个完整的涂料配套系统是需要的。


    现有的导电介质有导电助剂、导电纤维、导电金属粉末、导电金属氧化物、导电聚合物、碳系导电物等。导电助剂如季铵盐类表面活性剂,分散均匀,易迁移流失。导电纤维导电性好,加量少,分散性不佳。导电金属粉末导电性好,有颜色,分散性不佳,易氧化。导电金属氧化物导电性好,加量大,电阻率控制好。导电聚合物如掺杂聚苯胺,导电性好,耐腐蚀。碳系导电物如石墨和炭黑,导电性好,颜色深。


    1.3环氧树脂的水性化


    国内外环氧树脂的水性化主要是乳化法和成盐法。前者指树脂的直接乳化、自乳化或水性环氧固化剂乳化。前面讲到水性环氧体系时已有涉及。后者指树脂引入羧基、胺基等,再分别用相对分子质量小的碱或酸中和成盐。事实上,对于水性环氧地坪漆,主流上用乳化法制备;而相应水性环氧体系以第一类最成熟,从成本、性能匹配上最具操作性。所以后面配方论述中也采用第一类体系加以说明。


    1.4固化剂的水性化


    地坪漆的干燥条件一般为室温自然干燥,固化剂必不可少。水性环氧的显在固化剂大多采用多元胺或其改性物,利用胺基上的活泼氢与环氧基团交联反应。通过固化剂可乳化树脂,也可不乳化,合理地选配使体系的适用期、固化条件、涂膜性能等合乎客户要求。


    多元胺有三种水性化的改性方式,改性可以克服一般胺类固化剂的缺陷:


    第一种多元胺与单脂肪酸反应制备酰胺化的多胺


    这种类型的多胺有一定的水溶性或水可分散性,本身有一定的水可稀释性。另外有一定的表面活性作用,可乳化低相对分子质量的液态环氧树脂。表现好在适用期、施工性可以;弊病在于多胺与环氧组分的相容性有问题,固化反应也不完全。


    第二种多元胺与二聚酸反应制备聚酰胺


    多元胺与二聚酸缩合得到的水性聚酰胺,一方面与环氧树脂的相容性提高了,另一方面用它乳化环氧树脂的涂料适用期短,涂膜机械性能差,颜色深。


    第三种多元胺与环氧树脂反应制备多元胺-环氧加成物


    多元胺与环氧树脂加成得到的多元胺-环氧加成物,由于伯胺基团的减少,固化剂活性的变小,使得涂料适用期的变长。引入氧化烷基链段等可使之能乳化环氧树脂并提升了涂膜质量。从效果上看,第三种优于前两种。


    1.5配方设计


    1.5.1环氧基与胺氢当量比


    环氧树脂组分与改性多元胺固化剂的配比,实质上就是环氧基与胺氢当量比的计算。国内原料环氧树脂组分常用环氧值指标,胺类用胺值。


    环氧当量=100/环氧值


    胺氢当量=56000/胺值


    环氧基团过量,展现环氧的特性多一点,适用期相对延长了,耐水、耐酸、耐碱加强了,耐腐蚀提高。


    胺氢过量,固化速率变快了,附着力、耐磨性、耐溶剂、耐污性均提升。


    当量比理论测算后,应根据具体应用场合及小试性能测试作浮动,得到一个最佳配比。


    1.5.2颜料的选型


    以胺类为水性环氧固化剂时,考虑到胺类的弱碱性,颜料不当使用酸性颜料。颜基比要高一点,保证良好的透气性。着色颜料选择耐候性和耐化学介质好的无机颜料或其色浆。填充颜料选吸油量小、性能惰性的。不仅是降低成本,更是起到提高物理化学性能的作用,如耐磨性、遮盖力,对储存也有正作用。填充颜料过多,对流变、表观有负作用。


    导电介质中还是导电颜料导电性能好。不同的导电颜料添加量不一样,其对各方面影响有差异。综合比较,导电金属氧化物和导电聚合物表现上佳,碳系导电物只用作中涂或辅助作用。


    1.5.3助剂的选型


    导电助剂:导电助剂多呈表面活性,只是初期抗静电效果好。在一段时间后由于不断渗出导致了抗静电能力减弱乃至消失。建议不要单独使用。


    润湿分散剂:颜料如果在环氧树脂中分散,受困于树脂粘度,分散效率不会高。还是在固化剂组分加入恰当。如果固化剂含表面活性链段,有一定的润湿分散能力,理论上可不加分散剂。考虑到导电颜料与其它成分的相容性及争取短时间分散好导电颜料,选用合适的润湿分散剂是需要的。


    消泡剂:要重视消泡剂,因为各成分中有的有表面活性作用,容易形成泡沫;施工会夹带空气;漆膜致密度不够,有微孔;膜厚影响气泡排出速度。抑泡剂和消泡剂组合应用会更好。


    润湿流平剂:水的表面张力偏高,对基材润湿显弱。同时在有限时间里涂膜能充分流平,可以确保光泽等不打折扣。润湿流平剂的需求可见一斑。


    成膜助剂:成膜助剂的作用在于降低MFFT,调节体系粘度,对表观等有助益。良好的成膜助剂应该符合:


    ①好的水解稳定性


    ②低的凝固点


    ③适当的挥发率


    ④好的凝结效率


    ⑤环保类型


    防沉剂:防沉剂使导电介质和其它能平均分布在体系中,一是提高了储存稳定,二是有利于涂层电阻值的均匀性。


    增稠剂:增稠剂调节固化剂组分的粘度,让两组分粘度大小靠拢,便于混合操作。


    1.6水性化配方工艺及性能


    1.6.1参考配方


    1


    1.6.2操作工艺


    ①将环氧树脂与成膜助剂搅匀成组分A,包装。


    ②将水性固化剂、去离子水、润湿分散剂、抑泡剂投入配料罐,搅拌至完全混合。


    ③在中等速度下投粉料入配料罐,先分散20min,再入砂磨机研磨至细度≤50μm。


    ④将上述浆料低速加入其它助剂并调节粘度,过滤包装成组分B。


    1.6.3性能测试


    A、B以1:1混合配成面漆,制作样板,养护后测试性能。


    2


    2·水性抗静电环氧地坪漆的涂装工艺


    地坪基材要平整、牢固、清洁,底涂与中涂间铺设铜箔或铜网接地,面漆薄涂法。该涂装工艺适用于电子、通讯、化工、医疗、纺织等行业对抗静电有要求的地方……具体如下:


    基层表面处理→封闭底涂→铺铜箔或铜网→中涂施工→腻子追平→面漆施工


    ⑴施工前将地面清理干净。一般混凝土地面可用电磨,水磨石等宜打磨成毛面。2m靠尺不大于3mm,基面无积水及渗漏。针对油污多的地方,可用10-15%盐酸洗刷,完后再用清水洗净。将起壳、疏松等附着力不够处要去除。


    ⑵待基层处理完毕,干燥之后,将水性环氧底漆辊涂一到两遍。底漆起到补强稳固、增强附着、封闭隔离,要充分均匀渗透进去。


    ⑶铜网铺设是在施工区域中心,架一个+字,然后在区域边线50-100cm处铺一封闭回路,最后从中心往边线铺设。间距通常是300-600cm。


    ⑷在涂料中可加入一定量的混合石英砂,搅匀后抹涂一定厚度。中涂的作用是抗冲击、耐承载、延长使用寿命等。


    ⑸待固化完全后,批刮两道水性环氧腻子。干透磨平,要求无空洞、无印记。


    ⑹把组分A与B混匀,电动搅拌搅数分钟,辊涂或刷涂在上。注意环境温度在12-40度间,相对湿度<85%为宜。要算好一次用量,避免浪费。到达凝胶点的过程上,水性双组分无明显的外观表征,施工者要重视。


    3·结语


    抗静电环氧地坪漆的水性化是大势所趋,箭在弦上,不可能有回头路可走。人们每天直接面对墙体、地面这些建筑构件。这些与人体的健康从生理上、心理上都息息相关。为了人类的生存,为了大自然的美好,我们完全可以以先进的设计加严格的涂装,做好这门功课。这个工作只能加强,不能削弱。目前该涂料还存在不适宜低温高湿施工、光泽度不够等问题,还需要发挥聪明才智加以攻克。有理由相信今后这个市场随着新造地坪、翻新地坪会越来越大,社会效益、经济效益会越来越好。让我们每个涂料人为投身入这个浪潮而感到自豪!

 

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责任编辑:刘洋

标签: 抗静电, 环氧地坪漆, 水性化, 涂装, 耐磨性

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