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  • 防静电环氧地坪漆的水性化设计与涂装

    作者:东恒净化科技有限公司 时间:2016-08-25

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  •   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1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2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1类。空化的“AncarezAr550”为其代表。
      第3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4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1类最成熟,从成本、性能匹配上操作性。所以后面配方论述中也采用第1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1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2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3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,得到一个黄金比配。
      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。
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