环氧树脂地坪的性能与应用

摘要：现在，各种聚合物已用于不同的领域，在涂料界，新型优良涂料正用于装饰和保护作用。工业地坪及重防腐地坪涂料的需求增加。为了适应最终应用的高要求，目前已开发的环氧新型涂料主要是作为地坪涂料。

本文将讨论环氧的化学性、产品范围、固化剂选择及作用、色漆和清漆，以及环氧整平、防滑应用和溶液应用的相关问题。

引言

建筑业与构造业目前发展速度迅猛，为达到美化、美观和长期耐久性的目的，越来越多的新材料正得到应用，然而在粘合材料地坪制备方面的应用仍有限，主要用在如下领域：工业地坪；水舱、储藏室、仓库；冷藏室；商场、超市；医院；室内游乐设施等。

目前在这些地方，大多采用树脂体系，这些体系可能是环氧或聚氨酯。采用树脂型地坪体系有各种理由，这些理由如下：

涂层长期耐久性可以持续保护地坪多年；
施工方便；
可获得不同涂膜厚度要求的涂层；
可获得有光、半光和无光的各种色彩涂层；
施工可在几小时内完成；
成本低，随时可调色；
硬度、柔韧性和耐磨性良好；
可耐酸碱；
建立耐擦伤、防滑体系；
适合于铲车、轻重车辆开过，耐工业包装箱和机器的磨损等。

1 似水泥的表面

有许多底材可用于地坪基，这些底材包括木材、瓷砖、钢材、水泥底材，多数使用的是混凝土或水泥，混凝土应是具有稳定机械性能的含砂、混凝料和水的水泥的均相材料，但实际上混凝土底材偶尔含硅酸盐、蜡、泥土材料等附加成分，可能严重影响混凝土表面与树脂地坪间的结合。

当树脂涂覆于混凝土表面时，是混凝土的表面力将树脂牢牢抓住，使树脂组分结合到混凝土表面。

新混凝土在环氧地坪施工前应固化至少 28 d ，混凝土浇后出现在表面的水泥粉称为水泥乳，它与混凝土本体的粘接度差、强度低，必须在环氧地坪化合物施工前将其除去，一般使用机械方法。

如果是旧混凝土则应先清洗修整，并用环氧树脂和硅砂填料混合物填补裂缝和孔洞；对钢材表面，作环氧地坪前应抛光砂磨；而对木材表面可直接施工。

但是，环氧地坪不推荐用于下列底材表面：沥青地坪； PVC 地坪；无纺布、纺织地毯。

2 环氧树脂及其机理

1934 年，第1 次将双环氧化合物与胺一起形成高相对分子质量聚酰胺衍生物用于纺织品处理； 1937 年，研究成功一种环氧化合物，固化后获得低收缩性热塑性材料，通过进一步研究用交联合成树脂制得了具有突出机械性能和极好耐热和耐化学性的环氧化合物；然后，以 Ciba 和 Shell 为主要生产商，研究成功了广泛用于包括粘合剂、油漆、表面涂料、铸模化合物等领域的一系列环氧产品。

环氧树脂这个词既表示含环氧基的化合物也表示相应的固化后的最终产品。环氧树脂是相对分子质量相对低的碱性化合物，通常，它们每分子平均含 1~2 个环氧基，这个基团异常活泼，添加含活性氢化合物如胺、酸、酚、醇醚等将打开三元环形成一个羟基 。

全世界 85% 的环氧树脂产品均含 2,2 – 双（ 4 – 羟基苯）丙烷，通常已知为双酚 A 与环氧氯丙烷，反应经由一种氯化醇中间体，生成称为 DGEBA 树脂双酚 A 甘油醚（式 2 ）。

通过DGEBA 的改性可以获得更高相对分子质量环氧树脂，而且，通过用其他各种助剂，可以制得低、中和高黏度的固体和液体环氧树脂，使最终产品具有不同的化学和机械性能。

3 产品范围

为设计环氧特种产品，需要了解一些化学要求，包括环氧当量、环氧指数、 – OH 当量、 – OH 值、酯化数酯化程度、分子质量和环氧官能度。

至于最终产品要求的性能，应考虑以下因素。

物理性能：聚合物流变学、操作；
耐化学性：耐酸碱性；
机械性能：附着力、粘接强度、硬度、抗冲击；
施工性能：树脂和固化剂的混合、混合物使用期、可延展性、遮盖力、干燥时间、涂装要求、无光、有光等。

化学分类

双酚 F 型环氧树脂——环氧酚醛；
环氧化酚醛——基于酚或甲酚；
脂族环氧化合物——用作活性稀料或柔性剂；
环脂族和杂环环氧树脂；
酚醛环氧树脂。

4 交联机理

为获得三维结构，环氧树脂需与各种化学物质交联，通常已知为交联剂、硬化剂或固化剂。没有这些助剂，环氧树脂自身涂膜性能差，良好的涂膜性能只有在与碱和固化剂混合物施工于推荐的表面，经要求时间交联才能获得，环氧树脂与适当的多官能匹配物反应。

环氧化合物与伯胺之间的反应如式 3 。

胺基与环氧基缩聚形成羟基和仲胺基，胺基依次与环氧分子反应获得叔胺基和新的羟基，固化过程由于脂族或酚羟基而加速，反应速度取决于采用的胺的结构，因此芳香胺要求比脂肪型更高的固化温度，脂肪胺甚至在室温就交联，这对于表面保护特别重要，因为固化可以不用外加热。

因为对于三维交联多官能匹配物是必要的，环氧不用单官能胺固化而用二元胺或主要含伯胺基的多元胺固化，冷固化常用聚酰胺或用胺加成物低分子量与环氧树脂的胺反应产生固化。

用多元酸酐交联：环氧树脂与多元酸酐固化在高温下是可能的。

与脂肪酸的交联：在脂肪酸与环氧树脂的反应中， – COOH 首先与环氧结合形成酯和羟基、环氧基既可用于自干漆也可引入氨基树脂作热固化漆。

通过用叔胺或咪唑催化固化，甚至通过酚醛树脂和氨基树脂最后用聚硅酸盐或有机硅 – 聚硅氧烷固化，环氧树脂也可与包括多酚在内的许多其他固化剂交联。

5 配制环氧地坪的产品

在考虑环氧地坪配制前，需要研究许多因素：

地区气候条件
施工条件、施工温度和湿度
最终应用要求如厚度、硬度
覆盖面积
黏度要求
底材和表面特性
操作期、使用期要求
要求慢、快还是中固化体系
地坪施工的最大允许时间
地坪化合物的施工方法
相配套的体系如底漆、中涂或密封层、整平和面漆。

5.1 常用的环氧地坪树脂

目前，有许多各种用途的环氧树脂的制造商，主要有 Ciba 、 Shell 和 Dow 化学公司。通常下列产品用于地坪，所考虑的最终应用为：

环氧底漆 – 溶剂型
环氧密封胶或面漆 – 溶剂型
环氧底漆 – 无溶剂型
环氧防滑材料含整平、溶剂或无溶剂型
水性环氧底漆
地坪用弹性环氧树脂
上述产品作清漆及色漆
上述产品作无光、半光或有光涂装。

所以，根据价格和技术要求的不同，环氧地坪用户有许多产品可供选择。同样，地坪化合物的环氧配方设计人员和制造商可以选择合适体系，开发满足客户需求的最好产品。产品范围简单列如下：

5.2 固化剂

有许多种固化剂或交联剂已投入商业化应用，但是多数受欢迎的固化剂具有通用指标和性能 , 如表 3 。

固化剂加到基料 ( 如特种环氧树脂 ) 中引发交联反应，存在于酸、酚、醇醚中的活性氢，打开环氧树脂的三元环形成羟基，新产生的羟基可以进一步与环氧或其他活性基反应。

活性稀料用于降低整个体系的黏度，这些稀料不仅降低黏度而且改善流动、流平润湿性能，最后成为没有挥发和体积收缩的整个体系的一部分。柔性稀料用于获得硬度与柔韧性效果的平衡。

6 环氧树脂地坪

化合物

环氧地坪材料的施工是一件非常困难和技巧性的工作，施工者要求具有专业知识和丰富经验，环氧地坪材料主要施工方法有3 种：涂抹地坪；自流平地坪；特种效果地坪。

所用的树脂、固化剂、填料和骨料类型和施工方法会随质量和最终施工要求的不同而变化。

6.1 涂抹地坪

这是高填料组分，可通过括刀施工到约 5~ 6 mm 厚，这种地坪具有高机械强度和耐化学性，因而适合于严酷环境如受车辆、叉车、圆桶严重磨损的区域，而且往往在这些地方产品的溢漏也是问题。

所用填料的选择和质量对配制良好质量的地坪很重要，填料的添加提供地坪机械强度，环氧树脂基料用于粘结这些填料粒子和提供耐化学性，所有填料粒子必须被基料树脂润湿不留下空隙或多孔表面，可以通过使用具有适当粒径级的填料和适当黏度和凝定时间的树脂来解决。

地坪的性能也受填料 / 基料比和填料的类型影响，因为填料的质量可改变硬度、耐磨性等。而且，地坪的施工性能、它的涂抹性取决于填料质量和用量。为提高性能，这些填料不应含水含潮。

既然地坪成本很重要且取决于填料质量、数量和粒径，为此目的广泛采用的填料是具有不同粒径分级的石英砂。

填 / 基比随所需要地坪性能而变化，可能在 5:1 到 6:1 ，填 / 基比影响机械性能如拉伸强度、弹性和抗冲击性。然而耐化学性能只能通过降低填料来获得。

6.2 涂抹混合物的制备

要获得性能良好的产品，基料和填料要混合适当，基料、固化剂要按制造商推荐的适当质量比例分开包装，然后完全混合在一起，用具有固定叶片的球磨机可获得满意效果而且操作简单。

混合材料应在使用期内用完。

6.3 特效地坪涂料

通过对自流平化合物作一些改变可获得特殊效果，地坪类型可按如下方式归纳：

装饰效果：通过选择特效颜料或透明色料，可获得有吸引力的地坪，而且可以通过铺展或喷洒同样粒径和不同粒径的着色填料获得设计效果。

防滑：胶化前在表面应用非常细的填料可以获得防滑表面，这种效果可以通过铺展或通过用喷枪获得。

无光涂装效果：自流平地坪的光泽取决于填料 / 基料比，填料含量越高光泽越低，但为获得这种效果实际上往往采用不光滑的填料。

7 结论

环氧地坪涂料的受欢迎程度目前在增加，主要作工业应用及用于像超市医院等地区；

目前采用越来越多的新型环氧树脂与一系列固化剂 – 交联剂以获得要求的性能；

除了环氧整平和自流平化合物外，目前还有各种特殊环氧地坪可以用来满足不同应用领域的要求。