防靜電環氧地坪漆的水性化設計與涂裝

在建筑涂料領域里，地坪漆所占的比重呈上升趨勢；在地坪材料范圍中，地坪漆的產值也是排在前列的。而觀整個地坪漆的市場，七成是環氧型的。這種優勢地位的形成，決不是偶然運氣造就的。地面涂料需要具備的與水泥類基材粘結力好、耐磨性好、耐水性好、耐化學介質能力好幾大特征，恰恰是雙組分環氧的強項。

    應該看到，國內的環氧地坪漆絕大部分還是溶劑型和部分無溶劑型。前者大量VOC自不待言，后者的活性稀釋劑毒性不可小視。存在這是當下的事實，卻并非永遠。環保形勢日益嚴峻化，東部地區的霧霾不斷給國人拉響警報。建筑涂料領域的水性化是首當其沖的，能水性化的應盡可能地水性化。

    從性能和涂裝比較，溶劑型環氧地坪漆會有鼓泡、脫落的概率傾向，施工時有毒物會有污染，且易燃易爆；水性環氧地坪漆對干濕面附著力均佳,有單向透氣性,使用工具可清洗,節約了工具成本,也保護了現場作業者.

    水性抗靜電環氧地坪漆是功能性涂料,它的設計理念是既要擁有水性環氧的閃光點,又可以獲得快速釋放掉靜電電荷的能力,并確保此能力的持久。靜電的不期而至，會帶來相當多的麻煩。例如產生電磁波干擾自動儀表，電荷使車間產品帶塵不利于精加工等等。實驗室、加工車間、倉儲部門等場所都非常需要這類涂料。

  1·抗靜電環氧地坪漆的水性化設計

    1.1水性環氧的體系

    歐美自20世紀70年代業已著手水性環氧的研發工作，特別是歐洲很重視水性產品，投入力度頗大。時下雙組分室溫固化水性環氧體系常見有四類：

    第1類低相對分子質量的液態環氧樹脂+水性環氧固化劑

    環氧樹脂不先行乳化，而是施工前與固化劑混合用固化劑乳化。這里的水性環氧固化劑有雙重作用。涂膜硬度增長較快。

    第2類高相對分子質量的固體環氧樹脂分散體+水性環氧固化劑

    高相對分子質量的環氧樹脂反應活性小于低相對分子質量環氧樹脂，所以適用期大于第1類?？栈摹癆ncarezAr550”為其代表。

    第3類低相對分子質量的液態環氧樹脂乳液+水性環氧固化劑

    環氧樹脂乳化劑有親水的表面活性鏈段，又有親油的環氧樹脂鏈段，可用來乳化環氧樹脂。

    第4類水性環氧樹脂乳液+聚氨酯改性環氧固化劑

    聚氨酯改性環氧固化劑改變了以往環氧固化劑的局限性，用來固化水性環氧樹脂乳液得到的涂料綜合性能優良。

雙組分水性環氧混合涂層固化過程如下：

    水分蒸發→粒子聚結→固化劑擴散→固化反應

    這四個過程既有先后，又不分割開。首先是涂膜里的水分持續蒸發，這樣聚合物粒子持續接近構成緊密堆積，從而粒子開始聚結。在此階段，固化劑分子得以擴散滲入聚合物粒子。固化劑中胺基與環氧樹脂中的環氧基反應，整個體系逐漸形成均相完整的涂膜。要注意當部分反應后粒子表面會導致一層硬殼，這會阻礙固化劑進一步的擴散和進一步的固化，要協調好聚結、擴散、固化過程。

    1.2抗靜電的機理

    電阻率小于1Ω.cm的物體為導體，電阻率大于109Ω.cm向絕緣體過渡。電阻率在105-109Ω.cm時，物體具有抗靜電能力。導電介質均勻分布于涂膜，控制了涂膜的電阻率。當電荷進入會立刻引導至相連的接地或其它低電位泄去?？轨o電是一種實用功能，通過涂層間的配合發揮出作用，一般為底涂、中涂、膩子、面漆，底中之間有導電銅網。當然也可以和其它功能性涂層相疊加成系統，大家以模塊化的方式共同發力。且模塊之間應是可選擇可拆卸的，如蓄光層、抗菌層等。要充分發揮出抗靜電的作用，一個完整的涂料配套系統是需要的。

    現有的導電介質有導電助劑、導電纖維、導電金屬粉末、導電金屬氧化物、導電聚合物、碳系導電物等。導電助劑如季銨鹽類表面活性劑，分散均勻，易遷移流失。導電纖維導電性好，加量少，分散性不佳。導電金屬粉末導電性好，有顏色，分散性不佳，易氧化。導電金屬氧化物導電性好，加量大，電阻率控制好。導電聚合物如摻雜聚苯胺，導電性好，耐腐蝕。碳系導電物如石墨和炭黑，導電性好，顏色深。

    1.3環氧樹脂的水性化

    國內外環氧樹脂的水性化主要是乳化法和成鹽法。前者指樹脂的直接乳化、自乳化或水性環氧固化劑乳化。前面講到水性環氧體系時已有涉及。后者指樹脂引入羧基、胺基等，再分別用相對分子質量小的堿或酸中和成鹽。事實上，對于水性環氧地坪漆，主流上用乳化法制備；而相應水性環氧體系以第1類最成熟，從成本、性能匹配上操作性。所以后面配方論述中也采用第1類體系加以說明。

    1.4固化劑的水性化

    地坪漆的干燥條件一般為室溫自然干燥，固化劑必不可少。水性環氧的顯在固化劑大多采用多元胺或其改性物，利用胺基上的活潑氫與環氧基團交聯反應。通過固化劑可乳化樹脂，也可不乳化，合理地選配使體系的適用期、固化條件、涂膜性能等合乎客戶要求。

    多元胺有三種水性化的改性方式，改性可以克服一般胺類固化劑的缺陷：

    第1種多元胺與單脂肪酸反應制備酰胺化的多胺

    這種類型的多胺有一定的水溶性或水可分散性，本身有一定的水可稀釋性。另外有一定的表面活性作用，可乳化低相對分子質量的液態環氧樹脂。表現好在適用期、施工性可以；弊病在于多胺與環氧組分的相容性有問題，固化反應也不完全。

    第2種多元胺與二聚酸反應制備聚酰胺

    多元胺與二聚酸縮合得到的水性聚酰胺，一方面與環氧樹脂的相容性提高了，另一方面用它乳化環氧樹脂的涂料適用期短，涂膜機械性能差，顏色深。

    第3種多元胺與環氧樹脂反應制備多元胺-環氧加成物

    多元胺與環氧樹脂加成得到的多元胺-環氧加成物，由于伯胺基團的減少，固化劑活性的變小，使得涂料適用期的變長。引入氧化烷基鏈段等可使之能乳化環氧樹脂并提升了涂膜質量。從效果上看，第三種優于前兩種。

1.5配方設計

    1.5.1環氧基與胺氫當量比

    環氧樹脂組分與改性多元胺固化劑的配比，實質上就是環氧基與胺氫當量比的計算。國內原料環氧樹脂組分常用環氧值指標，胺類用胺值。

    環氧當量=100/環氧值

    胺氫當量=56000/胺值

    環氧基團過量，展現環氧的特性多一點，適用期相對延長了，耐水、耐酸、耐堿加強了，耐腐蝕提高。

    胺氫過量，固化速率變快了，附著力、耐磨性、耐溶劑、耐污性均提升。

    當量比理論測算后，應根據具體應用場合及小試性能測試作浮動，得到一個黃金比配。

    1.5.2顏料的選型

    以胺類為水性環氧固化劑時，考慮到胺類的弱堿性，顏料不當使用酸性顏料。顏基比要高一點，保證良好的透氣性。著色顏料選擇耐候性和耐化學介質好的無機顏料或其色漿。填充顏料選吸油量小、性能惰性的。不僅是降低成本，更是起到提高物理化學性能的作用，如耐磨性、遮蓋力,對儲存也有正作用。填充顏料過多，對流變、表觀有負作用。

    導電介質中還是導電顏料導電性能好。不同的導電顏料添加量不一樣，其對各方面影響有差異。綜合比較，導電金屬氧化物和導電聚合物表現上佳，碳系導電物只用作中涂或輔助作用。

    1.5.3助劑的選型

    導電助劑：導電助劑多呈表面活性，只是初期抗靜電效果好。在一段時間后由于不斷滲出導致了抗靜電能力減弱乃至消失。建議不要單獨使用。

    潤濕分散劑：顏料如果在環氧樹脂中分散，受困于樹脂粘度，分散效率不會高。還是在固化劑組分加入恰當。如果固化劑含表面活性鏈段，有一定的潤濕分散能力，理論上可不加分散劑?？紤]到導電顏料與其它成分的相容性及爭取短時間分散好導電顏料，選用合適的潤濕分散劑是需要的。

    消泡劑：要重視消泡劑，因為各成分中有的有表面活性作用，容易形成泡沫；施工會夾帶空氣；漆膜致密度不夠，有微孔；膜厚影響氣泡排出速度。抑泡劑和消泡劑組合應用會更好。

    潤濕流平劑：水的表面張力偏高，對基材潤濕顯弱。同時在有限時間里涂膜能充分流平，可以確保光澤等不打折扣。潤濕流平劑的需求可見一斑。

    成膜助劑：成膜助劑的作用在于降低MFFT，調節體系粘度，對表觀等有助益。良好的成膜助劑應該符合：

    ①好的水解穩定性

    ②低的凝固點

    ③適當的揮發率

    ④好的凝結效率

    ⑤環保類型

    防沉劑：防沉劑使導電介質和其它能平均分布在體系中，一是提高了儲存穩定，二是有利于涂層電阻值的均勻性。

    增稠劑：增稠劑調節固化劑組分的粘度，讓兩組分粘度大小靠攏，便于混合操作。