彈性環(huán)氧聚氨酯地坪涂料研究與發(fā)展

    0.引言

    為了滿足現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)車間功能要求和人性化管理要求，越來越多的生產(chǎn)車間、倉庫、生活區(qū)、辦公區(qū)使用色彩亮麗、性能優(yōu)良的地坪涂料，為人們創(chuàng)造良好的工作和生活環(huán)境。目前市場上使用較多的是環(huán)氧樹脂基和聚氨酯基地坪涂料，這兩類涂料都具有良好的裝飾性、耐化學(xué)品性和耐磨性，但是環(huán)氧地坪涂料質(zhì)地脆，受沖擊后容易開裂，而聚氨酯涂料在保持優(yōu)異理化性能的同時，根據(jù)應(yīng)用環(huán)境要求可以在很寬范圍內(nèi)調(diào)整涂層的表面硬度，因此，是一種性能優(yōu)良、裝飾性和實用性兼有的理想地坪涂料。

    彈性聚氨酯涂料是介于橡膠和塑料之間的一種高分子材料，其特性是大分子主鏈由玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低于室溫的柔性鏈段(即軟段)和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高于室溫的剛性鏈段(即硬段)嵌段而成的[1]。其中，貢獻柔順性的原料主要是含端羥基的線型聚醚或/和聚酯，其活動性相對較大；貢獻剛性結(jié)構(gòu)的原料主要是二異氰酸酯和小分子擴鏈劑，可以通過生成氫鍵形成物理交聯(lián)；另外在體系中引入少量多元醇，可以提高涂層的交聯(lián)密度和強度。通常情況下，在彈性聚氨酯固化劑中，軟段占的比例較大，約為50%～90%，軟段含量越高，涂層的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越低，延展性越好，但是硬度和機械強度降低，因此，通過對軟硬鏈段含量的合理設(shè)計，就可以使彈性聚氨酯涂層既具有高強度又具有良好彈性的獨特性能。

    本文介紹了以聚醚聚氨酯彈性預(yù)聚物為固化劑，環(huán)氧樹脂為羥基組分，配以顏填料、助劑和溶劑組成的一種雙組分彈性地坪涂料。該涂料既有環(huán)氧樹脂的強粘結(jié)力、高耐腐蝕性，又具有彈性聚氨酯優(yōu)異的耐磨、耐沖擊、高強度等特性。

    1.實驗部分

    合成工藝：將除TDI外的所有物料投入潔凈干燥的反應(yīng)設(shè)備中；攪拌，升溫至回流狀態(tài)，保持回流3h；降溫至40℃以下，分批加入TDI，繼續(xù)攪拌0.5h，緩慢升溫至80℃，并保持3h；降溫出料。

    1.2涂料色漿的制備

    將環(huán)氧樹脂用混合溶劑溶解后，依次加入顏填料、助劑和溶劑，混合均勻，研磨至細度合格，調(diào)節(jié)色漿的不揮發(fā)物含量合格，過濾包裝。

    1.3配漆

    按n(—NCO)∶n(—OH)=1.2～1.3配漆，用專用混合稀料調(diào)節(jié)施工黏度。

    1.4彈性環(huán)氧聚氨酯地坪涂料的主要性能

    彈性環(huán)氧聚氨酯地坪涂料主要性能如表2所示。

    2.結(jié)果與討論

    2.1彈性聚氨酯固化劑軟段的選擇

    根據(jù)原料的不同，彈性聚氨酯又可以分為聚酯型和聚醚型兩大類。聚酯型彈性聚氨酯涂層由于體系中酯鍵的存在，其耐水性稍差，聚酯型與聚醚型彈性聚氨酯涂層相比，耐水性相差5～10倍[2]，考慮到地坪涂料經(jīng)常與水接觸，因此本文采用聚醚為體系的軟段。

    2.2多元醇用量對涂層性能的影響

    在合成彈性固化劑時，多元醇的用量對涂層的干性、抗拉強度、斷裂伸長率和耐磨性等有較大影響，試驗結(jié)果見表3。

    隨著多元醇用量的增加，涂層的干性和力學(xué)性能呈現(xiàn)規(guī)律性變化：涂層的干燥時間縮短、抗拉強度提高、斷裂伸長率降低、耐磨性提高。這是由于多元醇用量提高，彈性預(yù)聚物分子鏈段上剛性鏈段含量增加，一方面束縛了柔性大分子的自由旋轉(zhuǎn)，另一方面由于分子間氫鍵作用加強，促進剛性鏈段的取向和有序排列，影響了微相分離。綜合考慮，多元醇用量確定為8%。

    2.3羥基樹脂的選擇

    在彈性聚氨酯固化劑中含有大量的—NCO基團，它們具有非?；顫姷幕瘜W(xué)活性，可以與含活潑氫的化合物在常溫下發(fā)生反應(yīng)。—NCO基團與—OH基團的反應(yīng)是聚氨酯化學(xué)中最基本和最主要的反應(yīng)，也是雙組分聚氨酯涂料固化成膜的理論基礎(chǔ)。含羥基的化合物品種繁多，性能差異較大，在與彈性聚氨酯固化劑配套時要求：

    (1)具有很好的混容性；

    (2)含有足夠的—OH基團，能與—NCO基團充分交聯(lián)成膜，并具有一定的強度；

    (3)不含水分和低分子單體，酸值盡可能低，不影響涂膜性能。

    常用的含羥基組分有醇酸樹脂、聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、羥基丙烯酸樹脂、羥基有機硅樹脂等。其中，由于環(huán)氧樹脂具有附著力好、耐水、耐油、耐化學(xué)品等許多優(yōu)異的性能而成為地坪涂料的首選。

    2.4環(huán)氧樹脂的對涂層性能的影響

    本文采用了最常用的雙酚A型環(huán)氧樹脂。不同雙酚A型環(huán)氧樹脂對彈性地坪涂料性能的影響見表4。

    隨著環(huán)氧樹脂相對分子質(zhì)量的增加，樹脂中的羥基含量增加，與彈性聚氨酯固化劑配合固化后力學(xué)性能和耐磨性呈上升趨勢；但是環(huán)氧樹脂相對分子質(zhì)量太高，由于混容性問題，影響了涂層的外觀和干性，抗拉強度和耐磨性也不穩(wěn)定。因此，采用E-20環(huán)氧樹脂比較合適。

    2.5配漆n(—NCO)∶n(—OH)當(dāng)量比的確定

    如果n(—NCO)∶n(—OH)太小，—NCO基團不足以與—OH基團反應(yīng)，漆膜的交聯(lián)密度較低，涂層發(fā)軟，抗拉強度和斷裂伸長率不理想；但是，如果當(dāng)量比太高，則多余的—NCO基團會吸收空氣中的潮氣轉(zhuǎn)化為脲，雖然可以增加交聯(lián)密度，提高涂層強度，但是也會使涂層彈性降低，脆性增加，耐沖擊性下降，涂層的表面狀態(tài)不好，出現(xiàn)針孔。經(jīng)過試驗，確定該涂料體系n(—NCO)∶n(—OH)為1.2～1.3較適宜。

     2.6干燥時間對涂層性能的影響

    通常對聚氨酯涂料而言，常溫和較低溫度下均可固化成膜，在一定溫度下，隨著時間的延長，涂層的固化程度不斷提高，但過分延長時間是沒有必要的。圖2為不同干燥時間對彈性地坪涂料抗拉強度和斷裂伸長率的影響.

    涂層在24h后力學(xué)性能基本不變，但是通常由于養(yǎng)護等原因，啟用時間需1周以上。

    2.7其他影響因素

    彈性聚氨酯涂料與普通雙組分聚氨酯涂料相比，由于軟段含量較大，微相分離程度更大，干性稍差，通常要加入催化劑，加速交聯(lián)固化反應(yīng)的速度，效果較好的是有機錫類催化劑，用量為總基料量的0.01%～0.05%。為了提高施工性能，確保涂層外觀質(zhì)量，生產(chǎn)過程中還要添加適量消泡劑、流平劑、消光劑等助劑，并控制適當(dāng)?shù)念伭象w積濃度。

    3.結(jié)語

    彈性環(huán)氧聚氨酯地坪涂料是中海油常涂院自主開發(fā)的一類新的涂料品種，它除了具有一般地坪涂料良好的裝飾性、耐化學(xué)品性外，突出的特點是具有高強度、高彈性，從而獲得極佳的耐磨性、耐沖擊性，可以廣泛應(yīng)用于各種倉庫、機加工車間等經(jīng)常碾壓和沖擊的場所，同時其優(yōu)異的吸振性和自愈合性，提高了人行走時的舒適度，防滑降噪，因此，也可在辦公區(qū)、生活區(qū)、人行過道等場所使用。該涂料性能全面，施工簡單，具有廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。

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