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抗静电环氧地坪漆的水性化设计与涂装

作者
殷立平,宋云娟
来源
中国腐蚀与防护网
发布时间
2016-07-06
关键词
抗静电, 环氧地坪漆, 水性化, 涂装, 耐磨性
领域
腐蚀领域
摘要
抗静电环氧地坪漆的水性化设计与涂装
正文
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 1.6.2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·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！ 更多关于材料方面、材料腐蚀控制、材料科普等方面的国内外最新动态，我们网站会不断更新。希望大家一直关注中国腐蚀与防护网http://www.ecorr.org 责任编辑：刘洋 《中国腐蚀与防护网电子期刊》征订启事 投稿联系：编辑部 电话：010-62313558-806 邮箱：ecorr_org@163.com 中国腐蚀与防护网官方 QQ群：140808414

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