环氧树脂在建筑中的应用
2012-03-21 15:24:14
环氧树脂在建筑中的应用
1､概述 现代清洁生产要求车间地面洁净耐磨,室内空气含尘量尽量低,这不仅是改善劳动条件的要求,更是产品质量的保证｡1995年起我国制药企业开始实施GMP(Good Manufacturing Process)验证工作,各药厂都在努力使生产的硬件和软件水平均能达到GM旧规范｡规范中洁净度最重要的指标就是地面的抗磨耗性,抗磨耗性越好,地面的析尘量也越低,所能达到的洁净级别越高｡对于高级别洁净场所(100-1000级),建议采用不析尘或弱析尘材料;析尘量较大的材料可用于低级别洁净场所(10万-百万级);而强析尘材料不能用于有洁净要求的场所｡ 为了满足工业化生产车间的功能需求和现代化管理的要求,常常选用有特殊性能的地面材料进行地面装饰｡其中地面 涂料是重要的选择材料｡国外的许多洁净车间地面也采用了整体聚合物面层,包括涂料和贴面材料｡ 用于工业生产车间的地面涂料,也称为工业地面涂料,一般常用环氧树脂涂料和聚氨酣涂料｡这两类涂料都具有良好的耐化学品性,耐磨损和耐机械冲击性能｡但是由于水泥地面是易吸潮的多孔性材料,聚氨酯对潮湿的容忍性差,施工不慎易引起层间剥离,针孔等弊病,且对水泥基层的粘结力较环氧树脂涂料差,因而当以耐磨,洁净为主要的性能要求时宜选用环氧树脂涂料,而以弹性要求为主要性能要求时则宜使用聚氨酯树脂涂料｡ 环氧树脂耐磨洁净地面涂料为双组分常温固化的厚膜型涂料,通常将其中无溶剂环氧树脂涂料称为“自流平涂料”,国内在20世纪80年代开始研制和试用,目前已在国内药厂GMP验证地面工程中广泛应用,并取得了很好的效果｡ 无溶剂环氧自流平耐磨洁净地面涂料用于工业地面具有许多优点｡例如: (1)与基层的粘结强度高,硬化收缩极低,不易开裂｡ (2)整体无缝,易清洗,不集聚灰尘､细菌｡ (3)高固体份,一次成膜厚;无溶剂,施工毒性小,符合环保对涂料VDC要求｡ (4)强度高,耐磨损,经久耐用,能长时间经受铲车､推车和其他工具的碾压｡ (5)抗渗透,耐化学药品的腐蚀性能强,对油类也有较好的容忍力｡ (6)极佳的施工性和流平性,具有良好的装饰性｡ (7)室温固化成膜,容易维修保养｡ (8)表面平整光滑,色彩丰富,能美化工作环境｡ (9)地面无毒,符合卫生要求,有一定的阻燃性｡ (10)对有导静电要求的地面,可制成导静电环氧地面涂料｡
洁净耐磨地面涂料中最常用的成膜物是以环氧树脂为代表的合成树脂类材料｡涂料一般分为无溶剂型､溶剂型及水溶性型等｡溶剂型系统一般具有溶剂挥发､涂料粘度较小､固体含量低､一次成膜薄､施工时易发生浮色(floating and fiood)等缺陷成膜物抗冲能力较弱｡无溶剂型系统因不含非活性溶剂,固体含量可调整至近100%,一次成膜厚,施工中不会出现贝纳德窝(Benard cell)和浮色(foating)｡水溶性洁净耐磨地面涂料对潮湿基面有良好的粘结力｡本章节着重介绍无溶剂型系统的耐磨地面涂料｡
(1)成膜物质
根据洁净耐磨地面涂料的要求,成膜物应具有如下性能:常温固化､高粘结力､较强机械性能､抗化学药品性强､良好的电气性｡环氧树脂耐磨地面涂料的成膜物普遍采用双酚A型环氧树脂,其性能在前面有关章节已有介绍｡作为地面涂料的基料要求对混凝土等多种底材有优良附着力,固化时体积收缩率低,抗化学性能优异,涂膜坚韧耐磨,对潮湿表面有一定的“容忍”力等特点｡双酚A环氧树脂按相对分子质量不同可分为团体环氧树脂和液体环氧树脂｡高相对分子质量的固体环氧树脂分子中含较多羟基,可催化环氧基与胺的固化反应,干燥速度较快,但固体含量低,涂膜薄,与固化剂的混溶性差,涂料熟度高,流平性差｡低黏度环氧树脂虽然缺少羟基,固化速度较慢,但可制成高固体含量厚膜涂料,且与固化剂混溶性好,施工时涂料流平性好,固化速度可通过加入团化促进剂来提高｡因而宜选用低相对分子质量环氧树脂,常用的有E44(6101)､E42(644)､E51,进口的有D.E.R.331和SHELL828等代表性树脂｡
(2)固化剂
胺类固化剂是环氧涂料的主要固化剂,这类固化剂主要有脂肪胺､脂肪胺加成物､脂环胺､脂环胺加成物､聚酰胺､聚酰胺加成物､曼尼其碱等｡
各种固化剂中,脂肪胺与环氧树脂反应迅速,放热量大,涂膜交联密度高,抗化学府性能很好｡脂肪胺加成物在刺激性､泛白､与环氧树脂相容性等方面有较大改善,但最终涂膜的交联结构与脂肪胺相似,玻璃化温度高,脆性大,主要用于高抗化学品耐溶剂型涂料｡
脂环胺及其加成物的许多性能较脂肪胺及其加成物有较大提高,如色浅､流平性好､光泽高､不泛白､不需诱导期,其玻璃化温度仍较高,主要用作无溶剂环氧地面涂料的固化剂｡
聚酰胺固化剂综合性能优良,分子内长链烃具有很好的内增塑作用,使涂膜柔软､耐冲击,酰胺键提供了更大的粘附性､润湿性､剥离强度和对潮湿表面的容忍度｡耐化学府性较其他胺固化剂下降,但仍保持很高的韧性,广泛用作溶剂型环氧地面涂料的固化剂｡
聚酰胺与环氧的混溶性不好,施工前没有熟化仍有发白出油现象,而聚酰胺加成物与环氧树脂相容性好,游离胺含量低,较标准聚酰胺在不良条件下易固化而得到不变黄､无白霜的涂膜,因而目前大多数环氧地面涂料都选用聚酰胺加成物作为地面涂料固化剂｡
曼尼其碱又叫酚醛胺,其特点是分子中含有酚羟基,能促进固化,常用于低温､潮湿､水下固化涂料｡由于分子中苯环的刚性使涂膜脆性较大,故单独作为地坪涂料的固化剂应用不多,多用作中间层胶泥､砂浆的固化剂｡
(3)稀释剂
稀释剂即能溶解树脂的有机溶剂｡主要作用是降低树脂胶液黏度,同时也有利于把树脂固化过程中放出的热量传递出来,可适当延长胶液的使用期｡稀释剂分非活性稀释剂和活性稀释剂两类｡
1)非活性稀释剂本身不参与固化反应,仅达到物理混合和减低黏度的目的｡一般加入量为树脂重量的5%一15%,在树脂固化时,会有部分逸出,从而增加树脂的收缩率,降低粘结力､机械强度及热变形温度,严重时甚至会产生气孔｡溶剂型环氧地面涂料使用时应特别注意｡
2)活性稀释剂的种类及使用｡活性稀释剂具有环氧基,能参与环氧树脂的环氧固化反应,所以并无逸出之弊｡
对固化后树脂无太多的影响,同时还往往起着增韧作用,在配方中增韧剂的用量可以减少或不用｡但加入活性稀释剂时固化剂应相应增加用量｡
洁净耐磨地面涂料一次施工成膜厚度达0.8-3.0㎜,为防止非活性溶剂挥发而产生涂抹膜陷,多选用了活性稀释剂,制成无(挥发)溶剂型自流平涂料,同时也符合环保绿色涂料要求,进一步改善了施工条件｡
稀释剂用量过多,对性能也有一定的影响｡由于稀释剂本身是短链分子,碳链比环氧树脂短,因而阻碍了链的形成,影响了成膜物的主要性能｡
(4)颜､填料
环氧树脂耐磨地面涂料属于厚浆型涂料,着色颜料的用量可比普通颜料少｡另一方面,环氧地面涂料表干时间长,使用有机颜料易产生浮色､发花等问题,且有机颜料的耐化学性能有局限性,因而大多选用无机颜料,如钻白粉､氧化铬绿和氧化铁系的颜料等｡
填料可选用重晶石粉､碳酸钙､天然矿物粉､云母粉和石英粉｡由于是厚膜涂料,为了降低涂膜的收缩应力,避免因涂膜固化过程中体积收缩过大而导致开裂,尚须使用一些粗质填料(也称为粗细骨料)｡
填料的外形尺寸､吸油量､添加量对地面涂料的最终性能有决定作用,主要为达到低收缩率､低教度､高添加量､高耐磨性和良好的贮存性等目的｡目前,市场上较好的无溶剂环氧自流平涂料多选用天然(耐磨)矿石粉作为主要填料,它与常用的碳酸钙填料相比有其独特之处｡
1)填料添加量对涂料熟度的影响｡无论是施工性还是从成膜物的性能看,地面涂料的教度是至关重要的｡一方面希望涂料的固体含量尽量高,可降低成本,达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,影响成膜物的流平性､消泡性｡通过实验发现:耐磨矿物粉加入量对涂料鼓度影响变化较少｡这是由于天然矿物粉与碳酸钙相比有相对低的吸油量所致｡在相同吸油量的涂料中(轻质)碳酸钙的加入量不超过30%,而天然矿物粉加入量可达50%以上｡
2)填料添加量对涂膜线收缩率的影响｡对环氧耐磨地面涂料而言,其最大的优势就在于可做到一次施工面积大,整体无缝,这就对涂膜线性收缩率有较高要求｡
(3)填料对涂膜磨耗量的影响｡根据GB/T1768-89实验测试,(CS17,500*2g,1000R｡)
天然(耐磨)矿物粉填料在许多方面优于一般的碳酸钙填料,使环氧自流平耐磨地面涂料施工工艺得到显著提高,具有以下优点:
①填料添加量大大提高,同时又不显著提高涂料熟度,保证施工时涂料的流平性｡
②独特的纤维状几何结构粉料加入能明显降低涂膜线性收缩率,提高耐磨耗性｡
③填料与树脂等材料能很好相容,不影响涂膜耐化学药品性和其他综合性能｡
(5)助剂
环氧洁净耐磨地面涂料对涂膜的流平性要求极高,特别是成膜较厚情况下,既要使涂膜在活性期内充分流平,又要求湿膜中的气泡迅速排出而表面不留下缺陷,因此,流平､消泡等助剂的选择及用量是极为关键的因素｡一方面此类助剂用量增加会降低涂膜成膜时的表面张力,有利于涂膜自流平和消泡,另一方面这类助剂过多加入会引入不相溶物,对树脂､稀释剂及填料问的粘结产生不利影响｡
涂料中各种颜料､填料须经过分散研磨,为保证细度,提高分散效率,还加入了分散类助剂｡所有助剂的加入都是以提高施工性和改善涂膜性能为目的的｡
环氧树脂耐磨地面涂料应考虑选用以下几种助剂——
1)分散剂地面涂料中额､填料含量高,教度相对较高,通常方法分散时,分散效率低,且易产生浮色､发花现象,须加入湿润分散剂加以改善｡聚羟酸酯类分散剂有理想的润湿､降教､分散､反浮色､反发花作用,还可提高涂膜光泽,促进流平,防止涂料沉淀等作用,用量为涂料量的0.5%-1.5%｡
2)流平剂由于环氧树脂耐磨地面涂料溶剂含量少,无溶剂环氧树脂耐磨地面涂料不含挥发性溶剂,涂料的教度高,表面张力大,施工后对底材湿润性差,流平性不佳,涂膜易出现桔皮､刷痕､波纹､缩孔和针子等表面状态缺陷｡因而须添加流平剂来降低涂料的表面张力,延长流动时间,提高流平性能｡流平剂宜选用丙烯酸共聚物类,例如BYK公司的BYK-VP-354｡其表面张力较低,与环氧树脂相容性有限,可在短时间内迁移到涂膜表面,形成单分子层,使表面张力均一化,减少因表面张力梯度而引起的各种涂膜表面弊病｡
3)消泡剂环氧树脂耐磨地面涂料内含多种具有表面活性的物质,容易起泡;水泥砂浆底材存在很多孔隙,孔隙内空气会被涂料置换出来留在涂膜中;地面涂料在施工时通过机械搅拌及刮板会使大量空气陷入涂膜内;而涂料自身的黏度大,气泡在涂膜中稳定,不易排出,这些因素使得涂料中须加入消泡剂加速气体的排出,减少针子､鱼眼等缺陷｡可选用非硅系消泡剂,例如BYK公司的BYK055/057｡其表面张力低,扩散渗透性好,在气泡壁上形成表面张力差而导致表层流动,使泡壁变薄而破裂｡该类消泡剂和丙烯酸流平剂配合使用,有很好的协同作用,得到极佳的消泡和流平效果,而且不易出现缩孔等副作用｡ |
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