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水性環(huán)氧混凝土封閉底涂料的研究
 

 
                             水性環(huán)氧混凝土封閉底涂料的研究

                                     周玉生

                  (中冶集團建筑研究總院工程材料院防水所,北京100088)

    摘要:簡(jiǎn)述了室溫固化水性環(huán)氧混凝土封閉底涂料的特點(diǎn),重點(diǎn)討論了該涂料的配方設計及其主要成分對涂膜性能的影響,給出了水性環(huán)氧封閉底涂料的參考配方及性能。

    關(guān)鍵詞:水性環(huán)氧涂料;室溫固化;混凝土底涂料;配方設計

    1·概述

    傳統混凝土封閉底漆多含有芳烴類(lèi)、酮類(lèi)及醇類(lèi)等有機溶劑,具有揮發(fā)性,對環(huán)境易造成污染。本項目研究的是采用復配的液態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂與水性環(huán)氧固化劑所組成的低VOC水性環(huán)氧底涂料體系,通過(guò)活性共溶劑來(lái)調節環(huán)氧樹(shù)脂的粘度以提高施工性與封閉性,同時(shí)改善涂料的粘結性能。本研究所采用的多胺改性固化劑既是交聯(lián)劑又是乳化劑,能夠很好地分散或溶解在水中,從而對環(huán)氧樹(shù)脂具有良好的乳化作用。 

    該水性環(huán)氧封閉底涂料可在濕的或新澆筑的混凝土表面施工,對混凝土表面有良好的附著(zhù)力及封閉性,并可防止泛堿。其封閉面上可直接施工溶劑型或水性環(huán)氧地坪涂料以及聚脲(SPUA)涂層。與溶劑型環(huán)氧涂料相比,該水性環(huán)氧封閉底涂料具有以下優(yōu)勢:

    1)優(yōu)異的耐堿性和抗泛堿性;

    2)水作為分散介質(zhì),低VOC含量,無(wú)環(huán)境污染;

    3)可在室溫和潮濕環(huán)境中固化,具有較短的固化時(shí)間及較高的交聯(lián)度;

    4)對混凝土基材具有良好的附著(zhù)力及封閉性,可與水泥或砂漿配合使用。

    2·實(shí)驗部分

    2.1原材料

    環(huán)氧E-44,岳陽(yáng)石化公司;

    環(huán)氧E-51,無(wú)錫阿爾茲化工公司;

    固化劑:B-203,B-205,B-206,上海漢中公司;

    固化劑:B-113,無(wú)錫昌連合成;

    消泡劑:B-998,北京金源化學(xué);

    共溶劑:乙二醇單乙醚,江蘇瑞佳化學(xué)。

    2.2性能測試依據標準

    柔韌性:GB 173l—93;

    干燥時(shí)間:GB/T 1728—1989;

    粘結強度:JC/T 907—2002;

    耐堿性:GB/T 1763—1989;

    附著(zhù)力:GB/T 1720—1989。

    2.3配方設計

    

                 

    3·結果與討論

    對實(shí)驗配方的測試結果如表2所示。由于粘結性能和柔韌性能的綜合效應與附著(zhù)力性能具有等效性,干燥時(shí)間與適用期也具有等效性,而耐堿性能全部合格,因此下面僅討論分析各因子對粘結強度、柔韌性、表干時(shí)間的影響,對施工性能僅做定性討論。

    利用正交法計算的數據來(lái)分析主次影響因子,以便優(yōu)選配方的因子水平組合,為進(jìn)一步的試驗提供有價(jià)值的依據。對表2的測試數據進(jìn)行歸納整理,結果見(jiàn)表3,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別為各對應列(因子)上1、2、3、4水平的特定性能數據和,其計算式是:

    Ⅰi(Ⅱi,Ⅲi,Ⅳi)=第i列上對應水平(1,2,3,4)的特定性能數據和;

    K i為i水平數據的綜合平均值=Ⅰi/水平i的重復次數。

    首先考慮各實(shí)驗因子對涂料柔韌性能的影響。

             

    以因子A為例,單獨列出4個(gè)A因子水平對應的柔韌性數據是不能比較的,因為造成數據差異的原因除A因子外還有其他因素。但從整體上看,因子A1與其他因子各水平值全部匹配過(guò),A2、A3、A4亦是如此。這對于A(yíng)因子下的4個(gè)數據綜合來(lái)說(shuō),與B、C、D、E處于完全平等狀態(tài),此時(shí)A因子就具有可比性。所算得A因子下4次試驗的柔韌性數值之和:

    ⅠA=xl+x2+x3+x4=3+2+3+4=12;

    ⅡA=x5+x6+x7+x8=2+3+2+3=10;

    ⅢA=x9+x10+x11+x12=3+3+2+2=10;

    ⅣA=x13+x14+x15+x16=2+1+3+2=8。

    分別填在A(yíng)列下的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4行。再分別除以水平重復次數4,表示A1、A2、A3、A4時(shí)平均意義下的柔韌性,填入下4行Kl、K2、K3、K4。R行稱(chēng)為極差,表明因子對結果的影響幅度。同樣地,為了分析B、C、D、E因子對柔韌性的影響,也算出同一水平下對應的性能數據和Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ,再計算其平均值K和極差R并填入表3中。

             

    按照同樣方法,計算出A、B、C、D、E因子對粘結性能及表干時(shí)間的影響數據,將相應的ⅠA、ⅡA、ⅢA、ⅣA,ⅠB、ⅡB、ⅢB、ⅣB,ⅠC、ⅡC、ⅢC、ⅣC,ⅠD、ⅡD、ⅢD、ⅣD,ⅠE、ⅡE、ⅢE、ⅣE及其平均值K和極差R填入表4及表5中。

              

    3.1 E-51/E-44比例對涂料性能的影響

    由圖1及表3、表5的R值可以看出,E-51/E-44(因子A)對涂料的干燥時(shí)間、施工性及柔韌性都有較顯著(zhù)的影響。隨著(zhù)E-51/E-44比例的增加,涂膜柔韌性逐漸變差,施工性能變好,而表干時(shí)間變長(cháng)。

             

    這是由于環(huán)氧樹(shù)脂的分子量及粘度的差異性造成的。E-51屬于低粘度低分子量液體環(huán)氧樹(shù)脂,無(wú)法只通過(guò)水分蒸發(fā)來(lái)達到表干,而必須經(jīng)過(guò)固化反應才能達到表干。而樹(shù)脂E-44分子量高于E-51,固化劑分子必須從水相中遷移到環(huán)氧樹(shù)脂微粒表面,進(jìn)而擴散到微粒內部才能反應,僅憑水分的蒸發(fā)便可以達到表干。高分子量環(huán)氧樹(shù)脂體系的缺點(diǎn)是成膜性能較差、粘度高,隨著(zhù)固化反應的進(jìn)行,環(huán)氧樹(shù)脂分散相的分子量和玻璃化溫度逐漸提高,使得固化劑分子向環(huán)氧樹(shù)脂分散相粒子內部的擴散速度逐漸變慢。因此,環(huán)氧樹(shù)脂體系隨著(zhù)分子量增大,其成膜性及施工性也降低。

    數據表明,采用適當比例E-51/E-44復配的方式,改善了涂料的柔韌性與成膜性,縮短了干燥時(shí)間,同時(shí)也提高了涂料的施工性。綜合上述分析,因子A采用0.6∶0.4為宜。

    3.2環(huán)氧基與胺氫當量比對涂料性能的影響表2、表4數據表明,環(huán)氧樹(shù)脂與水性環(huán)氧固化劑的比例(因子B)對水性環(huán)氧涂料的粘結性能、附著(zhù)力性能影響明顯,對干燥速度的影響也呈現出明顯的規律性。

    由表2、表4數據及圖2可以看出,隨著(zhù)胺氫/環(huán)氧基比例的增加,粘結強度及附著(zhù)力隨之增加,而表干時(shí)間及適用期縮短。這是因為隨著(zhù)胺氫量的增加,固化反應的速度加快,固化交聯(lián)度增加。綜合上述分析,因子B選擇1.2∶1為最佳水平。

             

    3.3固化劑的選擇

    固化劑(因子C)是影響水性環(huán)氧涂料性能的最關(guān)鍵因素之一。水性環(huán)氧混凝土封閉底涂料應用在室溫固化場(chǎng)合,要求在常溫下相對于其他固化劑反應快、附著(zhù)力好。在室溫至50℃固化的固化劑多采用多元胺、胺加成物,利用其胺基上的活潑氫與環(huán)氧樹(shù)脂分子的環(huán)氧基反應[1]。

    本研究選擇B-203、B-205、B-206、B-113這4種胺類(lèi)固化劑進(jìn)行對比試驗,由表4可看出,固化劑對粘結性能的極差R值最大,表明因子C對粘結性能影響顯著(zhù),其中K1值最大,K2次之,即選擇B-203為最佳因子水平。

    3.4填料對涂料的影響

    填料(因子D)的選擇原則是采用低吸油量、細度適中、性能穩定的填料?紤]到水性環(huán)氧固化劑呈弱堿性,同時(shí)應用在混凝土基面上,應避免采用酸性填料。本研究主要選用云母粉、滑石粉及高鋁水泥等作為填料。

    由表3及表5的數據作圖3及圖4。由表3、表5中的R值可看出,因子D對涂料柔韌性能及干燥性能影響最為顯著(zhù),適量加入能大大縮短干燥時(shí)間,提高涂膜粘結強度,同時(shí)可降低涂料成本;但過(guò)量加入則會(huì )大大降低涂層的柔韌性,同時(shí)增加涂料的粘度,從而導致涂料施工性能下降。

             

    綜合上述分析,因子D選擇25或40為佳。本研究中,考慮到環(huán)氧樹(shù)脂組分粘度較高,填料僅加在雙組分中的固化劑組分中。

    3.5共溶劑

    共溶劑(因子E)也是影響涂料粘結性能的關(guān)鍵因素之一。表2及圖5顯示,體系中加與不加共溶劑對粘結性能影響顯著(zhù),這說(shuō)明共溶劑在體系中不僅僅是一種稀釋劑或溶劑,而且是一種活性成分,對雙組分的固化交聯(lián)反應起到了促進(jìn)作用。

              

    加入共溶劑后,使涂料的最低成膜溫度逐漸降低,有利于固化凝結成膜。同時(shí),還能調節涂料體系的粘度,改善水性環(huán)氧涂料的流平性及施工性。在溫度較低的季節施工,共溶劑可起到稀釋劑的作用。根據上述數據,共溶劑的添加量以E2(1%)為宜。  

     3.6其他助劑

    在配方體系中,除上述提到的組分,還有抑泡劑、消泡劑、潤濕劑等組分。

    潤濕劑:因為水的表面張力較高,對混凝土底材的潤濕性較差,特別是有油脂殘余的表面更難以潤濕,這時(shí)應加入潤濕劑來(lái)提高其潤濕性。

    抑泡劑和消泡劑:在水性環(huán)氧固化劑組分中,由于胺固化劑的存在,降低了表面張力而容易夾帶空氣,涂料配制和施工也容易帶入空氣,因此配方中要加入抑泡劑和消泡劑。通常在分散前加入抑泡劑,分散后再加入消泡劑,這樣才能使底涂料在涂裝時(shí)形成平整的涂層[2]。

    4·結論

    綜合上述討論分析結果,選擇A2B1C1D2E2及A2B1C1D3E2因子組合符合性能設計要求,但考慮到成本的因素,以配方A2B1C1D3E2為最佳配方。

    參考文獻

    [1]陳平,王德中主編.環(huán)氧樹(shù)脂及其應用.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2004,50

    [2]涂偉萍.主編.水性涂料.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2007,283-285

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