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0 概 述
传统混凝土封闭底漆大多含有芳烃类、酮类及醇类等有机溶剂 , 具有挥发性 , 对环境易造成污染。本文研究的是采用复配的液态环氧树脂与水性环氧固化剂所组成的低 VOC 水性环氧底涂体系 , 通过活性共溶剂来调节环氧树脂的黏度以提高施工性与封闭性 , 同时改善涂料的粘结性能。所采用的多胺改性固化剂既是交联剂又是乳化剂 , 能够很好地分散或溶解在水中 , 从而对环氧树脂具有良好的乳化作用。该水性环氧封闭底涂可在湿的或新浇注的混凝土表面施工 , 对混凝土表面有良好的附着力及封闭性 , 并可防止泛碱。其封闭面上可直接施工溶剂型或水性环氧地坪涂料以及聚脲 ( SPUA) 涂层。与溶剂型环氧涂料相比 , 具有以下优势 : (1) 优异的耐碱性和抗泛碱性 ; (2) 水作为分散介质 , 低 VOC 含量 , 无环境污染 ; (3) 可在室温和潮湿环境中固化 , 较短的固化时间及较高的交联度 ; (4) 对混凝土基材具有良好的附着力及封闭性 , 可与水泥或砂浆配合使用。
1 实验部分
1 . 1 原材料
环氧 E - 44: 岳阳石化公司 ; 环氧 E - 51: 无锡阿尔兹化工公司 ; 固化剂 ( 203B 、 205B 、 206B ) : 上海汉中公司 ; 固化剂 (113B) : 无锡昌连合成 ; 消泡剂 (B - 998) : 北京金源化学 ; 共溶剂 : 乙二醇单乙醚 , 江苏瑞佳化学。
1 . 2 实验仪器及标准
柔韧性 : 按 GB /T 1731 — 1993 用 QTX 弹性测试仪测试 ; 干燥时间 : 按 GB /T 1728 — 1989 测试 ; 粘接强度 : 按 JC /T 907 — 2002 用 SANS 万能拉力机测试 ; 耐碱性能 : 按 GB /T 1763 — 1989 测试 ; 附着力 : 按 GB /T 1720 — 1989 测试。
1 . 3 配方设计
采用 L 16 (4 5 ) 正交试验法 , 设计方案列表 1 。
表 1 正交试验法配方设计方案
2 测试数据归纳整理
对实验配方的测试结果如表 2 所示。
表 2 实验测试数据
注 : 星形符号数目定性代表施工性能优劣程度
利用正交法计算的数据来分析主次影响因子 , 以便优选配方的因子水平组合 , 为进一步的试验提供有价值的依据。对表 2 的测试数据进行归纳整理 , 如表 3 所示 , 其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别为各对应列 ( 因子 ) 上 1 、 2 、 3 、 4 水平的特定性能数据和 , 其计算式是 :
Ⅰ i ( Ⅱ i, Ⅲ i, Ⅳ i) = 第 i 列上对应水平 (1, 2, 3, 4) 的特定性能数据和 ;
K i 为 i 水平数据的综合平均值 = Ⅰ i / 水平 i 的重复次数。
首先考虑各实验因子对涂料柔韧性能的影响。
以因子 A 为例 , 单独列出 4 个 A 因子水平对应的柔韧性数据是不能比较的 , 因为造成数据差异的原因除 A 因子外还有其他因素。但从整体上看 , 因子 A1 与其他因子各水平值全部匹配过 ,A2 、 A3 、 A4 亦是如此。这对于 A 因子下的 4 个数据综合来说 , 与 B 、 C 、 D 、 E 处于完全平等状态 , 此时 A 因子就具有可比性。所算得 A 因子下 4 次试验的柔韧性数值之和 :
Ⅰ A = xl + x2 + x3 + x4 = 3 + 2 + 3 + 4 = 12;
Ⅱ A = x5 + x6 + x7 + x8 = 2 + 3 + 2 + 3 = 10;
Ⅲ A = x9 + x10 + x11 + x12 = 3 + 3 + 2 + 2 = 10;
Ⅳ A = x13 + x14 + x15 + x16 = 2 + 1 + 3 + 2 = 8
分别填在 A 列下的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 4 行 , 再分别除以水平重复次数 4, 表示 A1 、 A2 、 A3 、 A4 时平均意义下的柔韧性 , 填入下 4 行 Kl 、 K2 、 K3 、 K4 。 R 行称为极差 , 表明因子对结果的影响幅度。同样地 , 为了分析 B 、 C 、 D 、 E 因子对柔韧性的影响 , 也算出同一水平下的对应的性能数据和 : I 、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ , 再计算其平均值 K 和极差 R 并填入表 3 中。
表 3 因子对柔韧性能的影响
按照同样方法 , 计算出 A 、 B 、 C 、 D 、 E 因子对粘结性能及表干时间的影响数据 , 将相应的 I A 、Ⅱ A 、Ⅲ A 、Ⅳ A , I B 、Ⅱ B 、Ⅲ B 、Ⅳ B , Ic 、Ⅱ c 、Ⅲ c 、Ⅳ c, I D 、Ⅱ D 、Ⅲ D 、Ⅳ D , I E 、Ⅱ E 、Ⅲ E 、Ⅳ E 及其平均值 K 和极差 R 填入表 4 及表 5 中。
表 4 因子对粘结性能的影响
表 5 因子对涂料表干时间的影响
3 结果与讨论
由于粘接性能和柔韧性能的综合效应与附着力性能具有等效性 , 干燥时间与适用期也具有等效性 , 而耐碱性能全部合格 , 因此下面仅讨论分析各因子对粘接强度、柔韧性、表干时间的影响 , 而对施工性能仅做定性讨论。
3. 1 E - 51 / E - 44 比例对涂料性能的影响
因子 A 对柔韧性的影响见图 1 。
图 1 因子 A 对柔韧性的影响
由图 1 及表 3 、表 5 的 R 值可以看出 , 因子 A 对涂料的干燥时间、施工性及柔韧性都有较显著的影响。随着 E - 51 / E- 44 比的增加 , 涂膜柔韧性逐渐变差 , 施工性能变好 , 而表干时间变长。这是由于环氧树脂的相对分子质量及黏度的差异性造成的。 E - 51 属于低黏度低相对分子质量液体环氧树脂 , 不能只通过水分蒸发来达到表干 , 而必须经过固化反应才能达到表干。而树脂 E - 44 相对分子质量高于 E - 51, 固化剂分子必须从水相中迁移到环氧树脂微粒表面 , 进而扩散到微粒内部才能反应 , 仅凭水分的蒸发便可以达到表干。高相对分子质量环氧树脂体系的缺点是成膜性能较差、黏度高 , 随着固化反应的进行 , 环氧树脂分散相的相对分子质量和玻璃化温度逐渐提高 , 使得固化剂分子向环氧树脂分散相粒子内部的扩散速度逐渐变慢。因此 , 环氧树脂体系随着相对分子质量增大 , 其成膜性及施工性也降低。数据表明 , 采用适当比例 E - 51 / E - 44 复配的方式 , 改善了涂料的柔韧性与成膜性 , 缩短了干燥时间 , 同时也提高了涂料的施工性。综合上述 , 因子 A 采用 0 . 6 ∶ 0 . 4 为宜。
3. 2 胺氢与环氧基物质量的比对涂料性能的影响
因子 B 对粘结性能的影响见图 2 。
图 2 因子 B 对粘结性能的影响
由表 2 、 4 数据表明 , 环氧树脂与水性环氧固化剂比例 ( 即因子 B) 对水性环氧涂料的粘接性能、附着力性能影响明显 , 对干燥速度也呈现出明显的规律性。由表 2 、 4 数据及图 2, 可以看出 , 随着 n ( 胺氢 ) ∶ n ( 环氧基 ) 比的增加 , 粘接强度及附着力随之增加 , 而表干时间及适用期缩短。这是因为随着胺氢量增加 , 固化反应的速度加快 , 固化交联度增加的结果。综合上述分析 , 因子 B 选择 1 . 2 ∶ 1 为最佳水平。
3. 3 固化剂的选择
固化剂是影响水性环氧涂料性能的最关键因素之一。水性环氧混凝土封闭底涂是应用在室温固化场合 , 要求在常温下相对于其他固化剂反应快、附着力好。在室温至 50 ℃ 固化的固化剂多采用多元胺、胺加成物 , 利用其胺基上的活泼氢与环氧树脂分子的环氧基反应 [ 1 ] 。本文选择 B - 203 、 B205 、 B - 206 、 B - 113 这 4 种胺类固化剂进行对比试验 , 由表 4 可看出 , 固化剂对粘结性能的极差 R 值最大 , 表明因子 C 对粘结性能影响显著 , 其中 K1 值最大 , K2 次之 , 即选择 B203 为最佳因子水平。
3. 4 填料对涂料的影响
填料的选择原则是采用低吸油量、细度适中、性能稳定的填料。考虑到水性环氧固化剂呈弱碱性 , 同时应用在混凝土基面上 , 应避免采用酸性填料。本实验主要选用云母粉、滑石粉及高铝水泥等作为填料。由表 3 及表 5 的数据作图 3 及图 4 。由表 3 、表 5 中的 R 值可看出 , 因子 D 对涂料柔韧性能及干燥性能影响最为显著 , 适量加入能大大缩短干燥时间 , 提高涂膜粘接强度 , 同时可降低涂料成本 , 但是过量加入则大大降低了涂层的柔韧性 , 同时增加涂料的黏度 , 从而导致涂料施工性能下降。
图 3 因子 D 对涂料柔韧性的影响
综合上述分析 , 因子 D 选择 25 或 40 为佳。本实验中 , 考虑到环氧树脂组分黏度较高 , 填料仅加在双组分中的固化剂组分中。
3. 5 共溶剂
共溶剂也是影响涂料粘结性能的关键因素之一 , 其对涂料粘结性能的影响参见表 2 及图 5 所示 , 体系中加与不加共溶剂对粘结性能影响显著 , 这说明共溶剂在体系中不仅仅是一种稀释剂或溶剂 , 而且是一种活性成分 , 对双组分的固化交联反应起到了促进的作用。加入共溶剂后 , 使涂料的最低成膜温度逐渐降低 , 有利于固化凝结成膜。同时 , 还能调节涂料体系的黏度 , 改善水性环氧涂料的流平性及施工性。在温度较低的季节施工 , 可起到稀释剂的作用。根据上述数据 , 共溶剂的添加量以 E1 为宜。
图 4 因子 D 对涂料干燥时间的影响
图 5 因子 E 对涂料粘结性能的影响
3. 6 其他助剂
在配方体系中 , 除上述提到的组分 , 还有抑泡剂、消泡剂、润湿剂等组分。润湿剂 : 因为水表面张力较高 , 对混凝土底材的润湿性较差 , 特别是有油脂残余的表面更难以润湿 , 这时应加入润湿剂来提高其润湿性 ; 抑泡剂和消泡剂 : 在水性环氧固化剂组分中 , 因为胺固化剂的存在 , 降低了表面张力而容易夹带空气 , 涂料配制和施工也容易带入空气 , 因此配方要加入抑泡剂和消泡剂 , 通常在分散前加入抑泡剂 , 分散后再加入消泡剂 , 这样才能使底涂在涂装时形成平整的涂层 [ 2 ] 。
4 结 语
综合上述讨论分析结果 , 选择 A2B 1C 1D2E1 及 A2B 1C 1 - D3E1 因子组合符合性能设计要求 , 但考虑到成本的因素 , 配方 A2B 1C 2D3E1 为最佳配方。 |
