環(huán)氧涂料具有對混凝土附著力好、體積收縮率低、硬度高、耐磨性好及耐化學介質(zhì)性能優(yōu)等特點，因此被廣泛應用于各類工業(yè)地坪涂裝。傳統(tǒng)的溶劑型環(huán)氧地坪涂料含有大量的揮發(fā)性有機溶劑，對人體健康和環(huán)境會造成一定危害，另外，當應用于潮氣較重的基面時，由于其涂膜透氣性差，容易出現(xiàn)鼓泡、起泡、脫落等不良現(xiàn)象。隨著水性涂料技術的發(fā)展，以及人們環(huán)保意識的提高，水性環(huán)氧涂料替代溶劑型環(huán)氧涂料已成為趨勢。水性環(huán)氧涂料不僅具有溶劑型環(huán)氧涂料的諸多優(yōu)異性能，還具有以下優(yōu)點：以水為分散介質(zhì)，體系中揮發(fā)性有機化合物（VOC）含量較低，對環(huán)境污染??；固化后的涂膜具有微孔結構，允許水汽滲透而液態(tài)介質(zhì)不能通過，釋放了基材中水汽的壓力，從而避免了涂膜鼓泡脫落；可在潮濕的環(huán)境中使用，對基材的含水率要求不嚴格，施工方便。

    常見的水性環(huán)氧涂料主要有兩種：一種是以環(huán)氧樹脂乳液與水性胺固化劑配用的體系，另一種是以低相對分子質(zhì)量的液體環(huán)氧樹脂與水性胺固化劑配用的體系。前者全部是水性體系，更能直接體現(xiàn)出水性涂料的特點，使用方便，但涂料價格過高，消費者往往難以承受，而且環(huán)氧樹脂乳液中含有較多的親水鏈段，對涂膜的耐水性有一定影響。后者在施工時需進行水性胺固化劑乳化低相對分子質(zhì)量液體環(huán)氧樹脂的操作步驟，使用不方便，但基于使用成本原因，目前市售水性環(huán)氧地坪涂料大部分為第二種體系。本文也采用該種技術路線，制備了綜合性能優(yōu)良的水性環(huán)氧地坪涂料。

    1·實驗部分

    1.1 原材料

    環(huán)氧樹脂E-51、E-44，工業(yè)品；環(huán)氧稀釋劑，工業(yè)品；水性胺固化劑A、B，工業(yè)品；各色顏料，工業(yè)品；各種填料，工業(yè)品；消泡劑、潤濕流平劑、增稠劑，工業(yè)品。

    1.2 基本配方及制備工藝

    水性環(huán)氧地坪涂料由甲組分及乙組分兩部分組成，基本配方見表1。

表1 水性環(huán)氧地坪涂料的基本配方

    制備工藝：

    甲組分：在合適的容器中投入環(huán)氧樹脂、環(huán)氧稀釋劑，攪拌均勻后即得甲組分。

    乙組分：在合適的容器中投入部分水性胺固化劑、去離子水、各色顏料、各種填料、消泡劑，攪拌均勻后，用砂磨機分散至細度≤30μm，再補加余下的水性胺固化劑、潤濕流平劑及增稠劑，攪拌均勻后即得乙組分。

    1.3 配漆及性能測試

    將甲、乙組分按配比充分混合均勻，在攪拌條件下，慢慢加入適量的水稀釋。然后分別在鋼板、水泥板、鋁板上制備樣板，樣板在標準狀態(tài)下放置7d，測試涂膜的各項基本性能。

    2·結果與討論

    2.1 環(huán)氧樹脂的選用

    環(huán)氧樹脂是水性環(huán)氧地坪涂料的主要成膜物質(zhì)之一，其環(huán)氧值的高低及相對分子質(zhì)量的大小對涂料性能有很大影響。環(huán)氧值高的環(huán)氧樹脂與水性胺固化后涂膜交聯(lián)密度大、硬度高、耐化學腐蝕性好。環(huán)氧值低的環(huán)氧樹脂相對分子質(zhì)量大，黏度高，需要加入更多的稀釋劑稀釋才能被水性胺固化劑乳化，另外，環(huán)氧值低的環(huán)氧樹脂分子中羥基含量高，涂料固化后殘留在涂膜中，降低了涂膜的耐水性。因此在水性環(huán)氧地坪涂料中，通常選用高環(huán)氧值、低相對分子質(zhì)量的液體環(huán)氧樹脂。

    本文選用市場上zui常見的E-51，其樹脂分子中環(huán)氧基含量高、羥基含量低，與水性胺固化劑固化交聯(lián)后，涂膜具有優(yōu)異的耐水性及耐化學介質(zhì)性。在常溫下E-51的黏度為12000~14000mPa·s，水性胺固化劑很難將其乳化，必須使用稀釋劑降低其黏度。為了不增加涂料體系的VOC，通常采用帶有環(huán)氧基官能團的活性稀釋劑，在涂料干燥成膜時，和環(huán)氧樹脂一起與水性胺交聯(lián)固化。單官能團活性稀釋劑的加入降低了涂膜的交聯(lián)密度，改善了柔韌性，但是涂膜的耐化學介質(zhì)性會下降；雙官能團活性稀釋劑的加入對涂膜性能影響不大，但其價格過于昂貴。綜合考慮，選用單官能團活性稀釋劑稀釋環(huán)氧樹脂E-51，控制其添加量在5%~10%，對涂膜的綜合性能影響不大。

    2.2 水性胺的選用

    溶劑型環(huán)氧涂料中環(huán)氧樹脂和溶劑型胺混合后是一種均相體系，相互間交聯(lián)反應在分子級別上進行，環(huán)氧基與胺氫容易接觸并反應，固化反應比較充分。而水性環(huán)氧體系的固化機理與溶劑型體系不同，水性胺既是交聯(lián)劑，又是乳化劑，兩組分混合后，水性胺將液體環(huán)氧樹脂乳化為液滴，形成水包油體系，水性胺與環(huán)氧分散相粒子表面接觸發(fā)生固化反應，同時水性胺向分散相內(nèi)部擴散并發(fā)生進一步固化反應。水性環(huán)氧體系的交聯(lián)固化程度及速度主要取決于水性胺向環(huán)氧分散相內(nèi)部擴散的速度，而擴散速度由水性胺與環(huán)氧樹脂的相容性決定，相容性越好，水性胺乳化環(huán)氧樹脂所得分散相粒徑越小，水性胺越容易向環(huán)氧分散相內(nèi)部擴散，固化越*，水性胺中胺氫基團越容易與環(huán)氧樹脂中的環(huán)氧基接觸并反應，固化交聯(lián)速度越快。反之，水性胺與環(huán)氧樹脂相容性差，所得環(huán)氧分散相粒徑過大，水性胺不易向環(huán)氧分散相內(nèi)部擴散，固化交聯(lián)不*，影響涂膜的性能。因此水性胺的選擇對制備高性能水性環(huán)氧地坪涂料至關重要。

    本文選用市售A、B兩種水性胺，分別制備水性環(huán)氧地坪涂料的乙組分，配制的涂料其環(huán)氧基/胺氫的比例及涂料的顏基比相同，涂膜的性能對比見表2。

表2 不同水性胺固化涂膜性能對比

    由表2可見：采用水性胺A固化的涂膜耐化學介質(zhì)性較好，硬度高，但柔韌性稍差。水性胺B固化的涂膜有少量縮孔，可能是由于其乳化能力弱，對底材的潤濕性差所致。

    圖1對比了由A、B兩種水性胺制備的水性環(huán)氧地坪涂料甲、乙組分混合后的黏度變化情況。

圖1 不同水性胺固化體系的黏度變化情況

    由圖1可見：水性胺A固化體系的黏度增長明顯快于水性胺B固化體系，這是由于水性胺A對環(huán)氧樹脂相容性好，乳化作用強，所得環(huán)氧乳膠粒徑較小，有利于水性胺固化劑向環(huán)氧乳膠內(nèi)部擴散并反應，因此固化反應速度快。但是，由于水性胺A與環(huán)氧樹脂反應過快，導致涂料的適用期過短，不利于工程施工。對于水性胺B的固化體系，水性胺B與環(huán)氧樹脂相容性稍差，交聯(lián)固化速度較慢，涂料的適用期較長。將水性胺A、B混合配用作為固化劑，性能可互補。圖2是水性胺A、B不同配比固化體系的黏度變化情況，表3是涂膜的性能檢測結果。

圖2 水性胺A B不同配比固化體系的黏度變化情況

表3 水性胺A B不同配比的涂膜性能

    綜合圖2及表3的結果，以A∶B＝1∶1為宜，此時涂料具有適宜的適用期，同時涂膜綜合性能良好。

    2.3 顏填料的選用

    顏料在涂料中起著色和遮蓋作用。水性環(huán)氧地坪涂料與其它水性涂料體系一樣在涂膜干燥過程中容易發(fā)生浮色、發(fā)花等不良現(xiàn)象，因此應選用耐化學介質(zhì)性能優(yōu)良、不易浮色發(fā)花的無機顏料，如氧化鐵系列顏料等。填料的加量對涂料性能有很大影響，添加量適當，不僅可降低涂料成本，縮短涂膜表干時間，還可以提高涂料的施工性及涂膜的物理機械性能。填料應選用低吸油量、耐酸堿性優(yōu)良的*、硅微粉等，加入適量的*，可以改善涂膜的耐沖擊性、涂料的貯存穩(wěn)定性及輥涂施工性。一般顏填料加量為顏基比0.6左右，若過量添加，固化后的涂膜過于疏松，降低了涂膜的耐化學介質(zhì)性。

    2.4 助劑的選用

    與其他水性涂料體系一樣，水性環(huán)氧地坪涂料需要加入多種助劑來改善涂料的施工性、涂膜外觀及其他性能，常用助劑如下：

    （1）分散劑。分散劑的作用是將顏填料表面潤濕，經(jīng)機械高速剪切達到或接近初級顆粒粒徑，并使顏填料穩(wěn)定地懸浮在涂料中。通常分散劑不參與涂膜的交聯(lián)固化，游離于涂膜中，因此對涂膜的耐水性及耐化學品性有一定影響。水性胺是一種具有表面活性劑特性的高分子化合物，對有機或無機顏填料均具有很好的潤濕分散作用。本文直接使用水性胺來分散顏填料，由其制備的色漿漿料及配制的涂料貯存穩(wěn)定性好，并且在施工時可有效控制涂膜的浮色發(fā)花，因此無需再另行添加分散劑。

    （2）潤濕流平劑。水性環(huán)氧地坪涂料中含有大量的水，只有極少量的親水性有機溶劑，水的表面張力高達72mN/m，對基材的潤濕性差；一些助劑，如消泡劑等的使用，容易產(chǎn)生縮孔，因此必須加入潤濕流平劑加以改善。良好的潤濕流平劑應能有效降低體系的表面張力，改善涂料對基材的潤濕性和滲透性，提高附著力。在選用潤濕流平劑時還應考慮其易起泡的特性。本文通過試驗比較，選擇BYK-346作為潤濕流平劑。

    （3）消泡劑。水性胺具有表面活性劑的特性，在生產(chǎn)和施工時容易產(chǎn)生氣泡，加入消泡劑可以有效防止和消除涂料中的氣泡。常用的消泡劑有礦物油類和有機硅類，礦物油類消泡劑對涂膜的光澤有一定影響。本文選用有機硅類消泡劑BYK-028。

    （4）增稠劑。其作用是在水性涂料貯存過程中防止顏填料的沉降，提高涂料的施工性。在溶劑型環(huán)氧地坪涂料中通常加入膨潤土作為增稠劑，但在水性環(huán)氧涂料體系中采用有機膨潤土增稠時，涂料的觸變性明顯增大，雖然提高了涂料的防沉降性，但影響了干膜的平整性。在水性涂料體系中常用的增稠劑有纖維素類、堿溶脹型、聚氨酯類，纖維素類增稠劑增稠的涂料容易分水、觸變性大且耐水性差；堿溶脹型增稠劑則對涂膜的耐水性有影響。本文選用對涂膜耐水性影響zui小的聚氨酯增稠劑，如RM-8W等。

    2.5 環(huán)氧基與胺氫當量比的確定

    環(huán)氧樹脂與水性胺的配比（用環(huán)氧樹脂中環(huán)氧基與水性胺中胺氫當量比表示）對涂料的性能有很大影響。表4為環(huán)氧基與胺氫當量比對水性環(huán)氧地坪涂料性能的影響。

表4 環(huán)氧基與胺氫當量比的影響

    由表4可見：胺氫比例過低時，環(huán)氧樹脂乳化受到影響，對底材的浸潤性變差，涂膜出現(xiàn)少量縮孔，此時涂膜的交聯(lián)密度低，影響其耐溶劑性。隨著胺氫比例的增加，涂膜的交聯(lián)密度增加，硬度、光澤提高，而柔韌性變差。胺氫比例過大時，固化劑分子中有較多的胺氫不能參與環(huán)氧樹脂的交聯(lián)固化，殘留在涂膜中，嚴重影響涂膜的耐水性。綜合考慮，環(huán)氧基與胺氫當量比為1.0/0.8較為合適。

    2.6 涂料性能對比

    按比例將水性環(huán)氧地坪涂料的甲、乙兩組分充分攪拌均勻，在攪拌條件下，慢慢加入適量的水稀釋，熟化5min，制備樣板，并在標準條件下放置7d后，測其性能，與溶劑型環(huán)氧地坪涂料的主要性能對比見表5。由表5可見：本研究水性環(huán)氧地坪涂料與溶劑型環(huán)氧地坪涂料性能相當。

表5 涂料性能對比

    3·結語

    試驗表明，以低相對分子質(zhì)量液體環(huán)氧樹脂E-51作涂料的甲組分，水性胺固化劑A、B按1∶1混合，顏基比約為0.6，選用合適的助劑，制得涂料的乙組分，按環(huán)氧基/胺氫當量比1.0/0.8配制的水性環(huán)氧地坪涂料具有適宜的適用期，其主要性能與溶劑型環(huán)氧地坪涂料相當，可替代溶劑型環(huán)氧地坪涂料用于工業(yè)地坪的涂裝。