环氧地坪涂料的研制毕业论文.doc

环氧地坪涂料的研制 摘要 本文概要介绍了环氧地坪涂料的组成和发展方向 对组成环氧地坪涂料的原 料分别进行了分析 认为无溶剂环氧地坪涂料符合环保理念 无挥发性有机物排 放 满足现在工业需求 本设计方案主要研究无溶剂型环氧地坪涂料 通过对环氧地坪涂料生产的各 原料进行横向对比 对各种原料的组合生产出的产品进行分析 确定合适的原料 同时在此过程中研究无溶剂型环氧地坪涂料生产最佳的配比 生产出性能优异的 产品 实验表明 采用 Shell828 环氧树脂 加入活性稀释剂调整粘度 固化剂采用 脂肪胺固化剂 1327 制备的无溶剂环氧地坪涂料 涂膜平整光亮 硬度高 耐 磨 耐化学腐蚀性好 干燥时间适中 色彩鲜艳 实验所制得无溶剂型环氧树脂 地坪涂料的最佳配比为 Shell 828 环氧树脂 53 1327 固化剂 32 稀释剂 5 5 助剂 3 颜料 1 5 填料 5 关键词关键词 无溶剂 环氧树脂 地坪涂料 Development of Epoxy Floor Coatings Abstract This article outlines the composition and the development of Epoxy Floor Coatings and analyzes the raw materials of Epoxy Floor Coatings generally holds the view that the solvent free epoxy floor coatings is more environmentally friendly and has non volatile organic compound emissions meeting the current industrial demand The design mainly research the solvent free epoxy floor coating through the horizontal comparison of all raw materials and the analysis of the combination of various raw materials production I determine the appropriate materials while research the best ratio of epoxy floor coatings in the process of producing and produce an excellent product Experiments shows that the solvent free epoxy floor coatings uses Shell828 resin adds active diluents to adjust the viscosity and adds 1327 curing agent the characteristics of this epoxy floor coatings are as follows smoothly light high hardness wear resistance chemical resistance moderate drying time colourful the best ratio of the prepared epoxy floor coatings is Shell 828 epoxy resin accounts 53 1327 curing agent accounts 32 thinner accounts 5 5 3 additives and pigments accounts 1 5 filler accounts 5 Key words Solvent free Epoxy resin Floor Coatings 目 录 1 引言 1 1 1 环氧地坪涂料的概况 1 1 1 1 环氧地坪涂料的分类及简介 1 1 1 2 环氧地坪涂料的质量要求 2 1 1 3 环氧地坪涂料的特性及应用领域 3 1 2 环氧地坪涂料的组成 3 1 2 1 环氧树脂 3 1 2 2 环氧树脂固化剂 5 1 2 3 环氧树脂稀释剂 7 1 2 4 颜填料 7 1 2 5 助剂 9 1 3 环氧地坪涂料的发展方向 12 1 3 1 新型环氧树脂 12 1 3 2 溶剂型环氧涂料的低污染化 12 1 3 3 新型颜料开发利用 12 1 3 4 功能性固化剂的开发利用 13 1 3 5 提高涂装质量 13 2 实验 14 2 1 实验原料 14 2 2 实验器材 14 2 3 实验的流程 14 2 4 环氧自流平涂料制备步骤 15 2 4 1 色浆的制备 15 2 4 2 基料的制备 15 2 4 3 固化剂的加入 16 2 5 环氧地坪涂料的性能检测 16 3 结果与讨论 17 3 1 原料种类的选择及加入量的确定 17 3 1 1 环氧树脂的选择 17 3 1 2 固化剂的选择 20 3 1 3 稀释剂的选择 21 3 1 4 助剂的选择 21 3 1 5 颜料的选择 23 3 1 6 填料的选择 26 4 结论 28 谢辞 29 参考文献 30 外文资料 32 1 引言 环氧地坪涂料是一种高强度 耐磨损 美观的地板 具有无接缝 质地坚实 耐药品性佳 防腐 防水 防尘 保养方便 维护费用低廉等优点 环氧地坪涂料可分为溶剂型和无溶剂型 溶剂型环氧地坪涂料在生产 施工 和固化过程中会排放一定量的挥发性有机物 VOC 但成本比较低 而无溶剂环 氧地坪涂料符合环保理念 无挥发性有机物排放 但生活上大部分属于溶剂型涂 料在生产 施工和固化过程中会排放大量的挥发性有机物 VOC 这些挥发 性有机物不仅影响人们的身体健康 而且会造成环境污染近几年来 挥发性 有机物 VOC 的危险性已引起各国政府的重视 并已颁布了相关的法规对其 排放进行了限制 因此 发展无溶剂型涂料和水性涂料已是大势所趋 无溶剂 环氧地坪涂料不仅具有优良的耐水 耐油污 耐化学品腐蚀等化学特性 而 且具有附着力好 机械强度高 固化后漆膜收缩率低 能一次涂装成厚膜等优 点 因此被广泛用于现代工业地坪的涂饰中 环氧地坪涂料从开始时用于功能性地坪 如防腐 耐磨 防滑 发展到通用 的普通工业地坪 除了具有功能性的要求 还具有装饰性的效果 在工业地坪获 得广泛应用的基础上 随着人们生活水平的不断提高 现已在家庭装潢中得以推 广应用 然而地坪基材通常是混凝土 其表面遍布孔隙 孔隙中含有水分和碱性物质 如不经处理直接涂装 漆膜不仅附着力差 而且会发生起泡 龟裂 泛白甚至脱 层等弊病 为了避免以上问题的出现 延长涂层的使用寿命 除了控制基材的含 水率及进行正确的表面处理外 正确的涂料配方是必须的 1 1 环氧地坪涂料的概况 1 1 1 环氧地坪涂料的分类及简介 1 普通环氧地坪 也叫涂装式环氧地坪 薄层环氧地坪等等 其主要特点如 下 1 a 涂层薄 一般为 0 2 0 5mm 最厚不超过 1mm b 中涂层采用刮腻子工艺 更简单的不刮腻子 c 面层采用溶剂型地坪涂料 采用辊涂工艺 厚约 0 1mm 也有采用喷涂工艺 厚度亦差不多或更薄 但外观有改善 普通环氧地坪涂装常用 于对表面要求平整性 装饰性及洁净度等有要求的一般场所 2 环氧砂浆地坪 施工工艺 素地处理 底涂 环氧中涂 环氧腻子 磨平 吸尘 面涂 其主要特点如下 2 a 涂层厚度可根据要求达到 1 10mm 主要是调整 中涂砂浆层的厚度 b 中涂层要采用石英砂配制树脂砂浆 采用刮涂 采用平底刮 板刮板 抹涂 涂层设计厚时采用 用铺料器铺平后 采用抹光机抹平 或自流 平镘涂 采用镘刀或自流平耙子涂装 可厚可薄 同等厚度时和前两种工法相比成本 高 但平整度好 方式施工到一定厚采用辊涂工艺 厚约 0 1mm 也有采用喷涂工 艺 厚度亦差不多或更薄 但外观有改善 3 环氧自流平地坪 也叫流展地坪 环氧自流平砂浆地坪等 其主要特点如 下 3 a 涂层厚度可根据要求达到 1 5 10mm 通过调整中涂层厚度和面层厚度达 到设计要求 b 中涂层要采用刮涂腻子 涂层要求薄时 或采用石英砂配制树脂 砂浆 采用刮涂 1 3mm 时常采用 采用平底刮板刮板 抹涂 涂层设计厚时采 用 用铺料器铺平后 采用抹光机抹平 或自流平镘涂 采用镘刀或自流平耙子涂 装 可厚可薄 同等厚度时和前两种工法相比成本高 但平整度要好 方式施工到 一定厚度 c 面层采用无溶剂环氧自流平地坪涂料 采用锯齿镘刀镘涂 现在也 有公司为了节省价贵的面漆 而采用高压无空气喷涂方式 一般来说 如业主对面 层无厚度要求 采用锯齿镘刀施工一道 面层厚度约 0 7 1mm 当然也可按要求 厚涂 目前国内有一种做法 即将中涂层和面层合一 在涂装封闭底漆后 采用 着色的环氧树脂基料 现场加石英砂搅拌着色自流平环氧树脂砂浆 采用镘涂工法 一次施工要到要求厚度 通常此种方法施工快捷 但材料费高 环氧自流平地坪通 常用于对洁净度 平整度及外观要求高的场合 如制药车间 有洁净要求的电子车 间 无菌手术室等 4 环氧防静电地坪 按所用材料及工法可分为普通涂装式环氧防静电地坪和 环氧自流平防静电地坪 普通涂装式环氧防静电地坪 其主要做法类似于普通涂装式 只是加铺了导电 铜铂 导电铜铂上的涂层采用导电中涂及导电面层涂料 其主要特点如下 4 a 涂 层薄 一般为 0 2 0 5mm 最厚不超过 1mm b 中涂层采用贴铜铂及刮导电腻子 工艺 c 面层采用溶剂型导静电地坪涂料 采用辊涂或喷涂工艺 厚度约 0 2 0 5mm 环氧自流平防静电地坪 其主要特点工法于类似于环氧自流平防静电地坪涂料 镘涂或高压无空气喷涂 该产品适用于洁净度 美观度要求高 且具有防静电要 求的场所使用 如有洁净要求的集成电路 仪器仪表 模块安装等电子车间 4 5 水性环氧地坪 是一和环保型地坪产品 主要特点是采用水分散型环氧地坪 涂料 也可施工到一定厚度 被认为适合于潮湿底材 未做防水处理的底材 6 环氧玻璃钢地坪 也叫环氧玻璃积层地坪 环氧 FRP 地坪等 即在涂层 之间铺贴玻璃纤维布 可铺一至三道布 这种地坪有较强的抗拉抻性能 抗裂性等 常用于对抗渗性 抗裂性要求高的防腐蚀区域 1 1 2 环氧地坪涂料的质量要求 现代工业环境对地坪涂料 材料 有各种要求 如电子 食品 医药等工业 领域要求地坪不起灰 干净无尘 机械工业要求地坪耐强烈的机械冲击 耐磨损 能长期经受铲车等车辆的碾轧 即使局部损坏也易于维修 机床 仪器仪表等工 业车间地面常受到各种油类的侵蚀渗漏 难以彻底清除 要求地坪有优异的耐油 性 化工厂等场所要求地坪能耐各种化学介质的腐蚀 地下设施等领域需要抗静 电型地坪 现代文明场所的地坪应该平坦 亮丽 色彩丰富 给人们营造一种良 好的环境 1 1 3 环氧地坪涂料的特性及应用领域 1 环氧地坪涂料的特性 环氧地坪涂料具有良好的耐水性 耐油性 耐酸 碱性 耐盐雾腐蚀等化学特性 同时具有优良的耐磨性 耐冲压性 耐洗刷性等 物理特性 在使用时不易产生裂纹且易清洗 易维修保养 可满足现代工业对地 坪涂料占重要地位 是现代工业较理想的长效地坪涂料品种 2 环氧地坪涂料的应用领域 环氧地坪涂料已广泛用于汽车 航天 电子 食品 医药 电力 工业厂房 交通车道 建筑等场合 环氧地坪的主要类型有 自流平型 镘平型 传导型及地坪漆 1 2 环氧地坪涂料的组成 环氧地坪涂料主要有环氧树脂 稀释剂 固化剂 颜填料以及各种助剂组成 1 2 1 环氧树脂 1 2 1 1 环氧树脂的定义 环氧树脂是泛指含有两个或两个以上环氧基 以脂肪族 脂环族或芳香族等 有机物为骨架并能通过环氧基团反应形成有用的热固性产物的高分子低聚体 1 2 1 2 环氧树脂的类型 为有利于了解和掌握环氧树脂在固化过程中的行为和固化物的性能 按其化 学结构和环氧基的结合方式大体上分为五类 1 1 缩水甘油醚类 2 缩水甘油酯类 3 缩水甘油胺类 4 脂肪族环氧化合物 5 脂环族环氧化合物 1 2 1 3 环氧树脂及其固化物的性能特点 1 力学性能高 环氧树脂具有很强的内聚力 分子结构致密 所以它的力学 性能高于酚醛树脂和不饱和聚酯等通用型热固性树脂 2 粘结性能优异 环氧树脂固化体系中活性极大的环氧基 羟基以及醚键 胺键 酯键等极性集团赋予环氧固化物以极高的粘结强度 再加上它有很高的内 聚强度等力学性能 因此它的粘结性能特别强 可用作结构胶 3 固化收缩力小 一般为 1 2 是热固树脂中固化收缩力最小的品种之一 线膨胀系数很小 一般为 6 10 5 其产品稳定 内应力小 不易开裂 4 工艺性好 环氧树脂固化时基本上不产生低分子挥发物 所以可低压成型 或接触成型 配方设计的灵活性很大 可设计出适合各种工艺性要求的配方 5 电性能好 是热固性树脂中介电性能最好的品种之一 6 稳定性好 不含碱 盐等杂质的环氧树脂不易变质 只要贮存的得当 密 封 不受潮 不遇高温 其贮存期为一年 超期后若检验合格仍可使用 7 环氧固化物的耐热性一般为 80 100 环氧树脂的耐热品种可达 200 或 更高 8 在热固树脂中 环氧树脂及其固化物的综合性能最好 1 2 1 4 环氧树脂的应用特点 1 具有极大的配方设计灵活性和多样性 能按不同的使用性能和工艺性能要 求 设计出针对性很强的最佳配方 但每个最佳配方都有一定的适用范围 不是 在任何工艺条件和任意使用条件下都宜采用 由于不同配方的环氧树脂固化体系 的固化原理不安全相同 所以环氧树脂的固化历程 即固化工艺条件对环氧固化 物的结构和性能影响极大 2 不同的环氧树脂固化体系分别能在低温 室温 中温 或高温固化 能在 潮湿表面甚至在水中固化 能快速固化 也能缓慢固化 所以它对施工和制造工 艺要求的适应性很强 环氧树脂可低压成型或接触压成型 因此可降低对成型设 备和模具的要求 减少投资 降低成本 3 在三大通用型热固性树脂中 环氧树脂的价格偏高 从而在应用上受到一 定的影响 但是 由于它的性能优异 所以主要用于对性能要求高的场合 尤其 是对综合性能要求高的领域 1 2 1 5 环氧树脂在涂料行业的共性 环氧树脂在涂料中的应用占较大的比例 它能制成各具特色 性能各异的品 种 其共性如下 3 1 耐化学品性能优良 尤其是耐碱性 2 漆膜的附着力强 特别是对金属 3 具有较好的耐热性和电绝缘性 4 漆膜保色性较好 1 2 1 6 环氧树脂的应用发展概况 1 国外环氧树脂概况 目前 世界环氧树脂的总消费量约为 112 Mt a 其中西欧 美国和日本的消费 量约为 800 kt 约占世界环氧树脂总消费量的 67 世界各国或地区的环氧树脂 消费结构各不相同 西欧环氧树脂的消费结构为 涂料对环氧树脂的需求量约占 总消费量的 58 美国环氧树脂的消费结构为 涂料对环氧树脂的需求量约占总消 费量的 54 日本环氧树脂的消费结构为 涂料对环氧树脂的需求量约占总消费量 的 33 目前 世界上使用最广泛的环氧树脂品种是双酚 A 型环氧树脂 它约占世 界环氧树脂总消费量的 80 以上 其次是溴化双酚 A 型和酚醛型环氧树脂 其他品 种的生产使用量相对很小 但近年来由于市场需求的变化 目前国外特种环氧树脂 消费比例不断增加 5 2 国内环氧树脂发展概况 我国的环氧树脂产业在 20 世纪 80 年代以前发展一直比较缓慢 改革开放以 后才得到巨大的发展 目前我国环氧树脂的生产厂家有 170 多家 2003 年总生产 能力达 300 kt 2003 年的总产量达 288 kt 2004 年总生产能力已达 320 kt 2004 年的总产量达 300 kt 生产厂家主要有广东宏昌化工公司 张家港陶氏工厂 湖南 巴陵公司环氧树脂事业部 大连齐华化工公司 江苏无锡树脂厂等 环氧树脂产业随着国民经济快速 稳健发展 得到了长足进步 近 10 年来基本 上以 20 左右速度增长 下游产业应用的深度和广度都增加 2005 年我国环氧树 脂生产量达 33 万吨 表观消费量达 63 万吨 今年产能的增幅更大 而且月进口量 也首次超过了 2 万吨 成为全球主要生产国和重要消费国 中国的整个环氧树脂产 业格局发生了根本性变化 我国环氧树脂消费领域与国外基本相同 主要用于涂料 复合材料 电子电 器 黏合剂等四大领域 2005 年我国涂料领域对环氧树脂的需求量为 10 万吨 2010 年以前该领域对环氧树脂的消费量年均增长率为 9 电子电气 复合材料 黏合剂领域的消费量分别为 25 万吨 8 万吨和 1 万吨 5 1 2 2 环氧树脂固化剂 固化剂是与环氧树脂发生化学反应 形成网状立体聚合物 把复合材料骨材包 络在网状体之中 使线型树脂变成坚韧的体型固体的添加剂 作为环氧地坪涂料 中不可或缺的组分之一 其主要是通过直接与环氧树脂发生固化反应而结合在漆 膜结构中 由于环氧树脂品种较多 故其固化剂品种更为繁多 但按其化学结构 不同可大致分为如下几类 6 1 2 2 1 聚酰胺固化剂 聚酰胺固化剂是由 18 碳不饱和脂肪酸经 Diels Alder 反应所得到的二聚酸与脂 肪胺的反应产物 二聚酸的长链起到内增塑剂作用 使涂层具有韧性 由于分子 中既有极性的氨基 又有非极性的长链羟基 类似于表面活性剂 所以能在潮湿 表面使用 聚酰胺固化剂可在室温条件下固化环氧树脂 低毒 适 难 须添加固 化促进剂 由于分子链较长 交联密度用期长 耐水性好 主要用于溶剂型地坪 涂料的底 低 聚酰胺固化的环氧树脂 其抗溶剂性 耐化学品涂和面涂 低温条 件下 10 以下 聚酰胺固化困 性稍逊于脂肪胺 1 2 2 2 酰胺基胺固化剂 酰胺基胺是多元胺与植物油脂肪酸反应的产物 反应时若升高温度则脱水产 生咪唑啉基团 粘度明显下降 酰胺基胺固化剂具有低粘度较好的反应活性 对 湿凝土和湿底基有极好的粘接性 大量用于可镘平地坪以及无溶剂地坪的底涂和 中涂 1 2 2 3 脂肪族多元胺固化剂 绝大部分脂肪族胺在常温下是液体 能在常温条件下快速固化环氧树脂 固 化物具有优良的耐化学品 耐溶剂性能 耐磨性好 脂肪胺的缺点曾经阻碍它在 地坪涂料中的应用 如固化时散热量大 一次配料不能太多 操作期短 易与空 气中二氧化碳 水分反应 生成氨基甲酸酯 使地坪表面光泽性降低 出现白色 斑点或粘手油状物 这不仅影响外观 而且降低了涂层机械强度和附着力 目前 在地坪涂料中得到广泛应用的是改性脂肪胺或一些特殊结构的脂肪胺 如三甲基 己二胺 醚胺 间苯二甲胺 这些固化剂用作无溶剂地坪的面涂和中涂 具有适 用范围广 粘度低 高光泽 耐水性强等特点及优良的机械性能和耐化学品性 1 2 2 4 脂环族胺固化剂 脂环族胺是指至少有一个氨基直接连接到饱和环上的多元胺 有代表性的品 种是异弗尔酮二胺或成物 可得到较理想的可在低温和高湿条件下固化的环氧固 化剂 这类固化剂的主要特点是固化物有良的光泽和光泽稳定性 很高的硬度和 耐化学品 4 4 二氨基二环己基甲烷 通常脂环族胺能够在性 在无溶剂自流平和 可镘平地坪涂料中已得到广室温下固化 但反应迟缓 通过添加促进剂或制成加 泛应用 1 2 2 5 芳香族胺固化剂 大部分芳香族胺如间苯二胺 4 4 二氨基二苯甲烷在常温条件下是固体 须 加热固化 地坪涂料使用的是芳香胺的液态改性物 它具有不同的固化周期和适 用范围 可在低温 5 高湿甚至水中固化环氧树脂 固化物具有高光泽 良好 的物理机械性能和抗化学品性 特别对无机酸和有机酸 芳香族胺的缺点是颜色 深 易变色 有一定的毒性 通常用于深色地坪涂料或地坪涂料的中涂 不宜在 食品厂 医院使用 1 2 2 6 水性固化剂 环氧地坪施工中遇到的一大难题是如何降低体系粘度 实际工作中常采用加 热固化 加入活性稀释剂以及使体系分散于水中等方法 随着人类社会的进步 对于环境保护提出了更高的要求 水性固化剂迅速发展 这类固化剂的特点是 挥发性有机化合物为零 低粘度 低气味 不燃烧 粘接性好 特别对潮湿或 绿色 混凝土适用性更强 早期的水性固化剂是一种改性的聚酰胺水溶液 在 室温条件不能乳化和固化环氧树脂 通常用作地坪涂料的底涂 适用于不能使用 有机溶剂的场合 如医院 屠宰场 隧道 食品厂等 以减少火灾和气味 新一 代水性固化剂是一种改性脂肪胺溶液 它能在室温条件下乳化并固化普通的液体 环氧树脂 如 E 51 331 Shell828 固化物聚合后的光泽高 机械强度和耐磨性 优良 不须特别进行处理就能够在潮湿混凝土表面一次性完成自流平地坪的施工 1 2 3 环氧树脂稀释剂 稀释剂主要用来降低环氧胶粘剂体系的黏度 溶解 分散和稀释涂料 改善 胶液的涂布性和流动性 此外 稀释剂也起到延长使用寿命的作用 但是加入稀 释剂也会降低固化后树脂的热变形温度 胶接温度 耐介质及耐老化等性能 然 而 为了使树脂胶液便于浸润胶合物的表面 提高其浸润能力和湿润能力 有利 于操作 必须加入适量的稀释剂 稀释剂的分类方法很多 按其使用机理 2 可分为非活性稀释剂与活性稀释 剂两大类 1 2 3 1 非活性稀释剂 非活性稀释剂不与环氧树脂 固化剂等起反应 纯属物理地掺混到树脂中 非活性稀释剂如要为一些惰性的溶剂 如甲苯 乙醇 丙酮 丁醇 二丁酯等 它与树脂仅是机械的混合 起稀释和降低黏度作用的液体 它在胶液的固化过程 中大部分是挥发掉的 它会给树脂固化物留下孔隙 使收缩率相对增大 因此 非活性稀释剂对固化后的树脂性能的不利影响比活性稀释剂大 但却能少许提高 树脂的韧性 当使用要求较高时不能使用非活性稀释剂 应选用活性稀释剂 1 2 3 2 活性稀释剂 活性稀释剂一般是指带有一个或两个以上环氧基的低分子化合物 它们可以 直接参与环氧树脂的固化反应 成为环氧树脂固化物交联网络的一部分 对固化 物产物的性能几乎无影响 有时还能增加固化体系的韧性 活性稀释剂主要为缩 水甘油醚类的物质 又分为单环氧基活性稀释剂和多环氧基活性稀释剂两种 某 些单环氧基稀释剂 如丙烯基缩水甘油醚 丁基缩水甘油醚和苯基缩水甘油醚 对于胺类固化剂反应活性较大 某些烯烃或脂环族单环氧基稀释剂对酸酐固化剂 反应活性较大 因此 使用活性稀释剂时 固化剂的用量 品种应作相应的调整 1 2 4 颜填料 1 2 4 1 颜料 不含颜料的涂料称为清漆 清漆由于它的透明性 只能显现出物体的本色 不能遮盖物体表面的缺陷 在清漆中加入颜料 得到的涂料称为色漆 色漆不仅 能遮住被涂物体的表面缺陷 还能使物体外观更加美观 因此 颜料是生产涂料 的主要原料之一 颜料粒子的粒径为 0 01 50 m 在砖石结构的涂料中也用更大的粒径的颜料 作为填料 但一般使用的颜料粒径在 25 m 以下 颜料供应商提供的颜料可以是完 全分散的 润湿的 稳定的 并保证生产的涂料在贮存和干燥过程中不会发生絮 凝现象 颜料最重要的作用是其遮盖和赋于涂层以色彩的作用 但它的作用也不只于 此 还有 2 1 增加强度 颜料的活性表面可以和大分子链相结合 形成交联结构 当其中一条链受到 应力时 可通过交联点将应力分散 颜料与大分子间的作用力一般是次价力 经过化学处理 可以得到加强 颜 料粒子的大小和形状对强度很有影响 粒子越细 增强效果越好 2 增加附着力 涂料在固化时常伴随有体积的收缩 产生内应力 影响涂料的附着 加入颜 料可以减小收缩 改善附着力 3 改善流变性能 颜料可以提高涂料的黏度 还可以赋于涂料以很好的流变性能 例如 通过 添加颜料 如气相 SiO2 赋予触变性质 4 改善耐候性 有的颜料可吸收紫外光或反射紫外光 起光屏蔽作用 如炭黑既是黑色颜料 又是一个紫外吸收剂 5 功能作用 如防腐蚀作用 在防腐蚀颜料中由起钝化作用的颜料 如红丹 Pb3O4 也 有对水与空气起屏蔽作用的颜料 如铝粉 云母及玻璃鳞片 还有作为类似牺牲 阳极的锌粉等 6 降低光泽 在涂料中加入颜料可破坏漆膜表面的平滑性 因而可降低光泽 在清漆中常 用的极细的二氧化硅或蜡来消光 7 降低成本 许多不起遮盖和色彩作用的颜料 如 CaCO3 SiO2 滑石粉等 价钱便宜 加入涂料中不影响涂层性质 但可增加体积 大大降低成本 它们称为体积颜料 或惰性颜料 1 2 4 2 填料 填料的适应性不仅取决于填料的化学组成 还与其形状及颗粒的大小 粒径 或粒度 有关 例如为改进机械性能 最好采用针状或纤维状 棒状 填料 这 种填料由玻璃 石棉 粘土 碳酸钙等 要改进热传导性 可采用导热好的铝 镁 及其化合物 各种结晶性硅石 金属等 在环氧树脂中加入一些粉状的无机填料 可以降低其价格 促使其硬度增加 在放热的固化反应中作为一个热渗入物 减少在固化中的收缩率 并改善其他工 艺及性能参数 填料对环氧树脂增粘的效果主要与填料表面的物理化学结构有关 也与填料粒子的大小和形状有关 通常说来 填料的加入 环氧树脂从均一体系 变成了非均一体系 随着填料用量的增加 环氧树脂加填体系的粘度亦随之增加 为了改善填料的表面性质 增加填加量 改善环氧树脂固化物的性能 常常用硅 烷偶联剂和钛酯系偶联剂对填料进行表面处理 处理效果因偶联剂的种类不同而 不同 1 2 5 助剂 正确使用助剂 可以提高涂料产品的质量 扩大涂料产品的用途 改善涂料 的施工功能 随着环境保护的需要 水性涂料 粉末涂料 水稀释性涂料 高固 含量涂料日益增多 助剂的品种也越来越丰富 若正确设计添加助剂的涂料配方 不仅可以提高涂膜的各项性能指标 使涂料具有一些新的特性 还可以提高涂料 产品的经济效益 1 2 5 1 消泡剂 1 气泡的产生 在涂料生产过程中 泡沫是作为干扰因素出现的 它使涂料产品在应用时产 生表面缺陷 既有损外观 也会影响涂膜的防腐性和耐候性 空气不仅在涂料制造期间能进入涂料体系 在涂料施工期间同样也会进入涂 料体系而产生泡沫 消除在涂料施工时产生的泡沫比消除涂料生产时产生的泡沫 更为困难 因为消除施工时产生的泡沫 不仅必须在涂料干燥以前 而且还要留 下足够的时间让湿膜流平 否则会给漆膜留下缺陷 漆涂施工对消泡剂的性能由 很高的要求 因为涂料离开喷嘴后被空气包围 所以消泡剂必须立即破坏掉在底 材上所形成的任何微泡 无空气喷涂也会有泡沫问题 因为在施工前必须对涂料 进行搅拌 此时空气就会进入 另外在泵内受压条件下 空气会溶解在涂料之中 在压力降低之后及在涂料通过喷嘴后 涂料中溶解的空气和涂料从喷嘴出来时夹 带的空气都会导致涂膜中产生微泡 帘式淋涂时 涂料通过帘幕从狭缝隙中流入 底材上 多余的涂料通过泵送回储槽中 此时相当多的细分散空气就会混入涂料 里 若没有足够多的消泡剂把这些空气消除 继续涂装就会造成有缺陷的涂层产 生 在使用漆刷和辊筒涂装时 空气也会随漆刷和辊筒的移动进入涂抹中 此外 多孔底材 如墙壁 未经处理的木材等也能显示出增加成泡的倾向 要实现泡沫的稳定化 必须满足如下条件 3 介质必须是液体 而且至少要 由两种物质所组成 必须有可溶性的表面活性剂存在 必须产生 Marangoni 效应 必须有凝胶状表面层形成 2 消泡剂的分类 对于各种涂料所用消泡剂品种来说 它们的作用明显 专用性强 不会出现 任何不能接受的副作用 一次它们与非辅料用消泡剂相比 将更为复杂 它们通 常已液体形式供应 液体类型的消泡剂 多数为复配型 尤其是乳胶漆总是由的 更是如此 为了便于自动化生产中 用泵输送物料 这类消泡剂以低黏度为好 按目前的习惯 涂料用消泡剂可分为三大类 2 矿物油类消泡剂 聚二甲基硅氧 烷或改性聚二甲基硅氧烷 俗称有机硅类消泡剂 不含有机硅的聚合物类消泡剂 a 矿物油类消泡剂 矿物油类消泡剂通常由三类物质组成 载体占整个系统的 75 85 憎水颗 粒占 10 15 乳化剂或展开剂占 5 10 有的配方里还有少量的稳定剂或防 腐剂 载体是把主要消泡物质带入泡沫体系中 并帮助扩散到泡膜上 起到承载和 稀释的作用 它对消泡剂的消泡性能和消泡性能的持久性有较大的影响 对泡沫 体系来说 其特点是具有选择性 载体应该是低表面张力的物质 它对泡沫体系 必须有适宜的不相容性 且易上升到泡沫体系表面 常用的载体是烃油或水 其 他的如脂肪醇 脂肪酸酯或溶剂 憎水性组分在消泡剂配方中起着主要的活性作用 它可以是液体 也可以是 固体形式 若以液体形式则以乳液液滴存在 如以固体颗粒存在 它的粒径应为 0 1 20 m 之间的憎水性材料 颗粒太小 有效性显著降低 颗粒太大 就不能进 入泡沫膜层 微泡聚集程大泡就不会发生 它们既不溶于本配方的体系之中 又 不溶于泡沫体系之中 选用哪种憎水性组分 在很大程度上取决于泡沫介质的性 质 既要能消除泡沫 又要给涂料留下平整 光滑的膜 这极为重要 有许多憎 水性材料可供选择 它们是蜡 金属皂 聚氨酯 高分子量聚乙二醇 饱和脂肪 酸和不饱和脂肪酸 聚脲等 乳化剂或展开剂也十分重要 因为它们可以调整活性组分在涂料体系的相容 性 使之达到相容性和不溶性的平衡 使活性组分达到所需要的粒径大小 发挥 消泡作用 它们还能保持活性组分渗透到表面膜 迅速扩散并急剧贯穿涂膜表面 使活性成分立即起消泡作用 可以使用的乳化剂或展开剂是 脂肪酸酯 磺化脂 肪酸 脂肪酸硫化琥珀酸酯 辛基或壬基酚聚氧乙烯醚 脱水山梨 糖 醇酯和 它的乙氧基化物等 b 有机硅类消泡剂 有机硅类消泡剂一般是指两类化学物质 一类以聚二甲基硅氧烷为主 在某 些情况下 也可以是乙基和部分羟基 苯基 氰基 三氟丙基等的硅氧烷 另一 类是以聚醚或有机物改性的聚二甲基硅氧烷 聚二甲基硅氧烷类消泡剂 聚二甲基硅氧烷为不挥发油状液体 在水 动植 物油及矿物油中不溶解或溶解性很差 既耐高温 又耐低温 物理性能稳定 化 学惰性 无生物活性 且有很低的表面张力 是一类应用广泛的消泡剂 聚二甲 基硅氧烷用作消泡剂时 它的聚合度 n 值为几十到几百 相对短链的聚硅氧烷常 用作涂料的表面助剂 在涂料中常显示出稳定泡沫的性质 是稳定泡沫还是消泡 则取决于所有硅氧烷的溶解度和相容性 只有选择适宜的溶解度和相容性的硅氧 烷的产品才能有消泡功能 改性聚二甲基硅氧烷类消泡剂 为了满足不同漆种和各种配方有选择性相宜 的不相容性 既能满足小跑能力的要求 又有适宜的亲水性和亲油性的平衡 有 良好的漆膜外观 人们在聚二甲基硅氧烷主链上用各种聚醚和有机物基团进行改 造 获得了理想的结果 c 不含有机硅的聚合物消泡剂 不仅聚硅氧烷可用作消泡剂 其他一些聚合物也可以通过有选择性相宜的不 溶性而起消泡作用 例如丙烯酸酯与环氧树脂就存在这样的不相容性 为了获得 混溶 与 不混溶 间的适当平衡 可有意识地改变聚合物的极性和分子量 分子量分布 来获取我们所需要的产品 与有机硅消泡剂相比 聚合物型消泡 剂的混荣幸即使很好 也不会稳定泡沫 这就是这类消泡剂的优点 但是 它们 可能消泡效果太弱 甚至完全没有 1 2 5 2 润湿分散剂 润湿分散剂用于促进基料对颜料的润湿及分散 颜料良好的润湿分散 是配 漆的重要部分 新粉碎的颜料粒子是疏液的 只有润湿后 才能从疏液态转变成 亲液态 亲液的颜料粒子能很好地与树脂溶液相容 不会受到树脂溶液的压迫而 相向运动 造成絮凝 会在分散剂中运行无定向的布朗运动 使分散体处于良好 的稳定分散状态 颜料的分散是指在外力的作用下把颜料颗粒润湿 粉碎 分散到展色剂中 以期待得到一个稳定的悬浮体 所以 润湿 粉碎 稳定是三个不可分离的紧密 相连的过程 润湿实际是颜料表面的置换工程 指的是用树脂或表面活性剂取代 颜料表面上的吸附物 空气 水等 增强颜料与展色剂的相容性 粉碎指的是利 用机械力把凝集的二次团粒粉碎到工艺要求的细小颗粒 构成悬浮分散体 稳定 指的是制成的悬浮分散体在无外力作用下 能够处于稳定的状态 不再产生凝聚 或沉降 上述三部分中又以稳定最为重要 若颜料分散后部稳定 将出现诸如光泽不 良 浮色发花等弊病 润湿分散剂的功用主要在于稳定 同时对湿润及分散亦有 效用 1 3 环氧地坪涂料的发展方向 1 3 1 新型环氧树脂 新型环氧树脂的开发应用是环氧涂料应用技术发展的基本保证条件 新型低 粘度环氧树脂 图脂肪族环氧树脂 杂环型环氧树脂 均一相对分子质量的环氧 齐聚物等 都会明显改变环氧涂料的质量 增加环氧涂料新品种 不含溴阻燃型 环氧树脂 有机 无机环氧树脂等新型环氧树脂的开发应用 是环氧涂料行业的重 要技术课题之一 液晶环氧树脂 新型耐温及耐湿环氧树脂 是功能性环氧涂料 不可缺少的基料 1 3 2 溶剂型环氧涂料的低污染化 全世界每年向大气中释放碳氢化合物约为 20000kt 其中有机溶剂为 3500kt 大部分是涂料行业所为 为净化大气 减少污染 限定甲苯 二甲苯和甲乙酮等 有机溶剂的排放量 VOC 6 7 因此 家底溶剂型环氧涂料的有机溶剂污染 改 善生态环境 应采取有效措施 7 1 改变溶剂组成 采用高环烷烃类 如 CYPAR7 及 CYPAR9 溶剂 二元 酸酯 DBE 溶剂等无危害性混合溶剂替代溶剂型环氧树脂涂料中的乙二醇醚类 和二甲苯等有污染性溶剂 2 开发低污染溶剂体系 准确掌握有机溶剂的理化性能 研究配制低黏度 高溶解力和低污染的混合溶剂体系 生产无三苯 甲苯 二甲苯 苯 和无支链 酮类的溶剂型环氧涂料 3 减少有机溶剂的用量 减少有机溶剂在涂料中的用量是降低对环境污染及 对人体危害的切实可行方法 结合我国国情 是一种易于被接受 比较受用户欢 迎的有效措施 经过应用基础开发研究 有些溶剂型环氧涂料中的有机溶剂将大 幅度减少 具备条件时 实现高固体化 1 3 3 新型颜料开发利用 利用铁酸锌等取代传统的铅 铬 系防锈颜料 铋黄替代镉黄 选用脂肪族 环氧树脂作基料 可制造新型环氧树脂涂料 开发低污染杂环类高饱和度的红色 颜料 扩大新型有机 无机颜料应用范围 开发高品质金属氧化物复合颜料 采用 颜料包膜及纳米技术 开发涂料专用纳米材料品种 1 3 4 功能性固化剂的开发利用 功能性固化剂及特效助剂是全面提升环氧涂料水平及产品精细化率的关键性 的材料 今后应着力开发应用功能性固化剂及特效助剂 推出环氧涂料新品种 满足相关行业的新要求 1 3 5 提高涂装质量 加强对涂装工艺的合理性及安全性的研究 开发利用先进的涂装设备 改进 涂装技术 提高涂料利用率 保证涂膜使用效果 随着人们现代生活和行为方式的改变 各种公用 公共场合对地面的装饰 清洁 安全和功能的要求在不断提高 推进了地坪涂料尤其是功能性地坪涂料的 应用与发展 虽然我国现有的地坪涂料品种已相对较为齐全 但产品质量参差不 齐 尤其是产品质量的稳定性差 目前还缺少相应的产品标准 施工技术的普及 性差使地坪涂料的应用受到限制 使成品涂料地坪层的质量受到约束 专业施工 公司也非常少 这些都是今后发展中值得注意的问题 随着应用的继续普及和市 场的进一步扩大 其中一些问题将会在发展中得到解决 同时 随着新材料的引 入和工业发展对新型地坪功能要求的提高 将会有新的产品出现于市场 另一方 面 地坪涂料的环保性也将会受到重视 水性地坪涂料 聚合物改性水泥基地坪 涂料 如环氧改性水泥类 丙烯酸酯改性水泥类 会受到更多的重视 并会出现 更多的研究和应用 2 实验 2 1 实验原料 实验所用的原料见表 1 表 1 实验所用的原料 原料名称生产厂家 E 51 环氧树脂河北诺尔信化工有限公司 Shell828 环氧树脂荷兰 Shell co J 50 固化剂天津延安化工厂 T 100 固化剂天津延安化工厂 1327 固化剂天津润升化工有限公司 二乙烯三胺香港环琦化工有限公司 T 31 固化剂天津延安化工厂 钛白粉德国拜尔公司 中铬黄德国拜尔公司 铁红德国拜尔公司 酞菁蓝德国拜尔公司 6800 消泡剂台湾德谦 EFKA 消泡剂德国 EFKA 904S 润湿分散剂德国 EFKA 稀释剂上纬 上海 化工有限公司 2 2 实验器材 主要实验器材 三辊研磨机 秦皇岛金佳机械有限公司 搅拌棒 容器 天 平 2 3 实验的流程 图1 实验的工艺流程图 首先将取出的环氧树脂放入容器里 加入稀释剂 颜料 润湿分散剂和消泡 剂等助剂 搅拌均匀后在三辊研磨机上研磨 分别得到四种颜料的色浆 将色浆 放入储存罐里 将取出的环氧树脂放到另一个容器 加入稀释剂 填料 助剂 放到三辊研磨机上研磨 得到基料 将基料储存到另一个容器里 取出各种色浆 配成所需的涂料的颜色后 加入基料和固化剂搅拌均匀 放置一段时间涂膜 一 段时间后测量涂料的各项性能 2 4 环氧自流平涂料制备步骤 2 4 1 色浆的制备 色浆是由环氧树脂 稀释剂 颜料 助剂等配制而成的 用天平称取适量的 环氧树脂 根据环氧树脂的粘度加入稀释剂搅拌均匀 稀释剂的加入量根据环氧 树脂的粘度确定 然后加入适量的加入适量的颜料和润湿分散剂 最后将配置好 的混合料用三辊研磨机进行研磨 研磨至需要的粒径后储存起来备用 在制备色浆的过程中应该注意的问题有 1 研磨色浆颜色应该有浅到深 顺序为 白色 黄色 红色 蓝色 2 由于颜料是颗粒状的所以必须不断的调试三棍研磨机使颜料研磨至需要的 粒径从而使颜料分散均匀 3 颜料的加入量应控制 尤其是制备蓝色浆颜色不要太深 4 色浆储存在带盖的容器中 实验过程中分别用E 51环氧树脂和Shell828树脂制备了白 红 黄 蓝四种色 环氧树脂基 料 填 料 研 磨 助 剂 混合搅拌 涂 膜测试性能 研 磨色 浆环氧树脂 稀释剂 颜 料助 剂 固化剂 浆 E 51环氧树脂黄色浆的各种原料的加入量见表2 表2 E 51环氧树脂黄色浆 2 4 2 基料的制备 基料是由环氧树脂 稀释剂 碳酸钙 助剂等混合后 再用三辊研磨机进行 研磨得到的 在制备基料的过程中应该注意如果碳酸钙颗粒较大可以先研磨再加 入基料中 用天平称取适量的环氧树脂 根据环氧树脂的粘度加入稀释剂搅拌均匀 然 后加入适量的分散剂 最后将配置好的混合料用三辊研磨机进行研磨 研磨至需 要的粒径后储存起来备用 2 4 3 固化剂的加入 1 将制备好的色浆按一定的比例调色 如调制出草绿色 咖啡色 橙黄色 橙红色等 2 按比例放大调制成一定量的颜色的色浆 3 将制备好的色浆加入适量的基料或不加基料 均匀的分成四份 然后分别 加入一定量的T 31 J 50 T 100 1327固化剂 4 加入固化剂后 加入少量消泡剂再静止一会然后将各种涂料铺展在铝板上 通过观察检测不同种类固化剂的涂膜的性能和不断改变固化剂的加入量确定 固化剂的最佳种类用量 2 5 环氧地坪涂料的性能检测 按相关国家标准对涂料性能进行检测 见表3 7 表3 无溶剂自流平环氧地坪涂料检测标准 检测项目检测结果检测方法 外观平整光滑目测 表干 25 h 6GB T 1728 89 实干 25 h 24GB T 1728 89 原料百分含量 E 51 环氧树脂82 1 稀释剂16 6 润湿分散剂0 1 消泡剂0 1 颜料 黄 1 1 合计100 固含量 100GB T 1725 89 附着力 划圈法 级 1GB T 9286 88 硬度 铅笔 3HGB T 6739 96 光泽 90GB T 1743 89 3 结果与讨论 3 1 原料种类的选择及加入量的确定 3 1 1 环氧树脂的选择 环氧树脂分子中的环氧基和羟基是环氧树脂固化反应的活性中心 环氧树脂 可与多种活性官能团发生反应 进行交联固化或改性 环氧树脂在固化过程的行 为及固化物的性能取决于环氧树脂的性能 固化剂和其他助剂的性能以及它们与 树脂之间的相互影响及合理配合 此外还和他们的固化历程有密切关系 而这些 又取决于他们的分子结构 环氧树脂最大的特征是含有反应活性很高的环氧基 环氧基是由两个碳原子和一个氧原子组成的三元环 两个碳原子和一个氧原子在 同一平面上 反应性相当活泼氧的电负性比碳大 导致静电极化作用 使氧原子 周围电子云密度增加 在环氧基上就形成两个可反应的活性中心 当亲电试剂靠 近时就攻击氧原子 而当亲核试剂靠近时则攻击碳原子 并迅速发生反应 引起 C O键断裂 使环氧基开环 常用的环氧树脂为缩水甘油醚类 缩水甘油醚类可分为双酚A 双酚F 双酚S 等型号 8 3 1 1 1双酚A型环氧树脂 双酚A 即二酚基丙烷 型环氧树脂即二酚基丙烷缩水甘油醚 在环氧树脂中 它的原材料易得 成本最低 因而产量最大 在我国约占环氧树脂总产量的90 在世界约占环氧树脂总产量的75 80 用途最广 被称为通用型环氧树脂 1 其结构特点 a 大分子的两端是反应能力强的环氧基 b 分子主链上有很多醚键 是一种线型聚醚结构 c n值较大的树脂分子链上有规律地 相距较远地出现许多仲羟基 可以看成 是一种长链多元醇 d 主链上还有大量的苯环 次甲基和异丙基 9 2 双酚A型环氧树脂的性能 a 是热塑性树脂 但具有热固性 能与多种固化剂 催化剂及添加剂形成多 种性能优异的固化物 几乎能满足各种使用要求 b 树脂的工艺性好 固化时基本上不产生小分子挥发物 可低压成型 能溶 于多种溶剂 c 固化物有很高的强度和粘结强度 d 固化物有很高的耐腐蚀性和电性能 e 固化物有一定的韧性和耐热性 主要缺点是 耐热性和韧性不高 耐湿性和耐候性差 常见的不同类型的双酚A型环氧树脂见表4 表5 表4 E系列环氧树脂 同一型 号 习惯型 号 外观色泽 号 环氧值 g 100g 挥发物含量 E 51618淡黄至黄色透明粘稠液体20 48 0 541 E 44610160 41 0 471 E 42634 淡黄至棕黄色透明粘稠液 体80 38 0 451 E 2061080 18 0 221 E 12604 淡黄至棕黄色透明固体 80 09 0 141 表5 Shell公司的双酚A型环氧树脂 EPON商标 型 号环氧当量 g 100g 粘度 25 mPa s 826180 1886500 9500 828185 19210000 16000 830190 21015000 22500 834230 280 836290 335 因双酚A型环氧树脂分子中含有极性高而不易水解的脂肪族羟基和醚键 使其 在潮湿状态对混凝土底材也有较高的附着力 而且耐化学品性能也高 又因其结构 为刚性的苯核和柔性的烃链交替排列 从而赋予漆膜较好的物理机械性能 所以本 实验选用双酚A型环氧树脂作为实验原料 3 1 1 2双酚F型环氧树脂 双酚F型环氧树脂通常是用双酚F 二酚基甲烷 与环氧氯丙烷在氢氧化钠的 作用下反应 而获得液态双酚F型环氧树脂 也可合成固态双酚F型环氧树脂 双 酚F型环氧树脂的特点是粘度小 不到双酚A型环氧树脂粘度的1 3 对纤维的浸渍 性好 其固化物的性能与双酚A型环氧树脂几乎相同 但耐热性稍低而耐腐蚀性稍 优 3 1 1 3双酚S型环氧树脂 双酚S型环氧树脂是有双酚S与环氧氯丙烷在碱性条件下合成的一种耐高温环 氧树脂 双酚S型环氧树脂的特点是高温下强度高 热稳定性 化学稳定性及尺寸 稳定性好 与醇酸树脂 酚醛树脂 脲醛树脂等有很高的反应能力 对玻璃纤维 及碳纤维有较好的润湿性和粘接力 经比较由于双酚F耐热性差 双酚S常温为固体 且双酚A型较双酚F以及双酚S 等型号颜色浅有利于提高涂膜效果 所以选用双酚A型环氧树脂作为本实验