水性環(huán)氧抗菌透氣地坪的研發(fā)及應(yīng)用

張 然 劉再康 金曉嵐 李繼凱 馬東旺 高曉靜

(河北金達(dá)涂料有限公司，河北 石家莊 052460)

水性環(huán)氧抗菌透氣地坪的研發(fā)及應(yīng)用

張 然 劉再康 金曉嵐 李繼凱 馬東旺 高曉靜

(河北金達(dá)涂料有限公司，河北 石家莊 052460)

本文介紹了一種新型水性環(huán)保型地坪涂裝材料——水性環(huán)氧抗菌透氣地坪涂料，該涂料以水性環(huán)氧固化劑與環(huán)氧樹脂、顏填料復(fù)配，并添加吸水造孔劑、負(fù)離子抗菌添加劑等功能助劑制備而成，不僅解決目前水性地坪涂料施工過程中由于地下水汽造成起泡、起鼓的問題，還實現(xiàn)了水性地坪在不需要光催化作用下長期抗菌殺菌功效。

水性環(huán)氧；地坪涂料；透氣性；抗菌殺菌

1 引 言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，食品加工、生產(chǎn)養(yǎng)殖、制藥、醫(yī)院等行業(yè)對地面的質(zhì)量要求越來越高，不僅要求地面有足夠的強(qiáng)度和耐腐蝕性，還硬具備防水、防潮、防滑、易于清掃、抗菌殺菌等特點。因此地坪涂料，作為地面或樓面的表面防護(hù)層，被得到廣泛應(yīng)用。其中，環(huán)氧地坪涂料更是具有良好的物理機(jī)械性能和優(yōu)異的耐化學(xué)品性能，可以滿足現(xiàn)代工業(yè)地坪的不同要求，是現(xiàn)代工業(yè)較理想的長效地坪涂料品種。

我國的工業(yè)地坪涂料分為溶劑型和無溶劑型兩大類，溶劑型地坪涂料在制作和使用過程中需用大量揮發(fā)性有機(jī)溶劑，污染環(huán)境，危害人體健康。無溶劑型地坪涂料一般采用自流平施工工藝，涂膜厚度為1-5mm，材料成本較高。無溶劑和溶劑型環(huán)氧地坪涂料漆膜十分致密、透氣性差，在沒有鋪設(shè)隔水層的底樓地面或潮氣較重的基面施工時，極易發(fā)生起泡、脫層等缺陷。尤其近年來，隨著人類環(huán)保意識的提高，節(jié)能減排已成為企業(yè)必須承擔(dān)的社會的責(zé)任，涂料的水性化技術(shù)作為節(jié)能減排、健康環(huán)保的主要措施成為行業(yè)關(guān)注的重點。水性地坪涂料憑借其環(huán)保優(yōu)勢、優(yōu)良的透氣性能以及和混凝土良好的相容性得到快速發(fā)展，成為地坪涂裝行業(yè)的新熱點[2]。

2 水性環(huán)氧抗菌透氣地坪的制備

2.1 基本配方

本涂料由低分子量的環(huán)氧樹脂E51(A組分)和自制水性環(huán)氧固化劑色漆(B組分)組成。考慮到顏填料在體系中的分散及研磨的難易程度，低分子量的液體環(huán)氧樹脂E51，加入顏填料后的粘度較高，研磨細(xì)度不易達(dá)標(biāo)，而水性環(huán)氧固化劑是水稀釋后的改性多元胺加成物，對顏填料有潤濕性，且在研磨過程中不受研磨溫度和研磨道數(shù)的影響，易于研磨。因此我們選擇將顏填料加入水性固化劑中制備B組分?；九浞?，見表1。

表1 水性環(huán)氧抗菌透氣地坪配方

2.2 原材料的選擇

2.2.1 環(huán)氧樹脂

環(huán)氧樹脂具有優(yōu)異的力學(xué)性能、粘結(jié)性能、加工性能及耐腐蝕性能，已在工業(yè)上獲得廣泛應(yīng)用。雙酚A型環(huán)氧樹脂的分子中含有極性高且不易水解的羥基和醚鍵，在高濕環(huán)境下對混凝土基材具有良好的附著力，且具有優(yōu)異的耐化學(xué)品性能。又因其分子結(jié)構(gòu)為剛性的苯環(huán)和柔性的烴鏈交替排列，使其漆膜具有較好的物理機(jī)械性能，因此被普遍應(yīng)用于環(huán)氧地坪涂料[1]。

雙酚A型環(huán)氧樹脂按其分子量大小可分為固體環(huán)氧樹脂和液體環(huán)氧樹脂。低分子量的環(huán)氧樹脂粘度低，不需要添加助溶劑進(jìn)行溶解稀釋，因此無揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)，且容易被水性固化劑乳化。不同環(huán)氧值的環(huán)氧樹脂與水性環(huán)氧固化劑固化時，有不同的有效交聯(lián)密度。環(huán)氧值大的環(huán)氧固化劑固化后交聯(lián)密度大，固化網(wǎng)絡(luò)的孔徑小。由于交聯(lián)的化學(xué)鍵的束縛作用，固化網(wǎng)絡(luò)對滲透介質(zhì)的滲透擴(kuò)散產(chǎn)生抵抗作用，分子量小、環(huán)氧值高的環(huán)氧樹脂涂膜的滲透指數(shù)較小，抵擋介質(zhì)滲透擴(kuò)散的能力較優(yōu)[3]。

因此本文選擇分子量小的液體環(huán)氧樹脂E51，并添加適量的活性稀釋劑，一方面降低樹脂的粘度，增加施工時固化劑與環(huán)氧樹脂的易混勻性，使固化劑對環(huán)氧樹脂的乳化作用更容易發(fā)揮；另一方面，改善了過高交聯(lián)密度導(dǎo)致的漆膜發(fā)脆的缺陷，且活性稀釋劑自身能與固化劑發(fā)生反應(yīng)，不產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)。

2.2.2 水性環(huán)氧固化劑

水性環(huán)氧固化劑是決定水性環(huán)氧抗菌透氣地坪涂料最終性能的關(guān)鍵成分之一，不僅要求與環(huán)氧樹脂有良好的相容性，還要易于溶解或分散到水中，并能在水中穩(wěn)定存在。本文選用的改性多元胺水性固化劑不僅滿足上述需求，同時對環(huán)氧樹脂還起到乳化劑的作用。并且對基材的潤濕性良好，在高濕環(huán)境下也有很好的固化性能，解決了潮濕基面施工的難題。

2.2.3 顏填料

顏填料作為水性環(huán)氧抗菌透氣地坪涂料中不可缺少的組分，其作用除裝飾性外，還具有改善涂料的物理化學(xué)性能，如涂膜的機(jī)械強(qiáng)度、附著力、防腐性及耐候性等。一般水性涂料中顏填料的含量為30%-38%，水性環(huán)氧抗菌透氣地坪涂料要求涂層具有適宜的透氣性，因此本文在保證成膜物質(zhì)不變的前提下，需要適當(dāng)提高顏填料的含量。同時，為避免降低涂膜的耐水性和防腐性，特選擇耐化學(xué)品性能良好、耐磨、硬度高、吸油量低的填料，如硫酸鋇、石英粉等，為降低漆膜的開裂和漆料的儲存穩(wěn)定性，還可加入適量的滑石粉。著色顏料選用耐化學(xué)品及耐候性較好的無機(jī)顏料，如金紅石型鈦白粉、酞青藍(lán)、氧化鉻綠等?？紤]水性固化劑呈為堿性，所以應(yīng)避免采用酸性的顏填料。

2.2.4 助劑

助劑是涂料體系組成的重要組分，在涂料的使用、施工及儲存過程中具有重要作用，本涂料綜合各方面影響因素，選用的助劑有潤濕分散劑、消泡劑、流平劑。其中潤濕分散劑為高分子聚合物型，其適中的親水親油平衡值使之與該雙組分體系具有較好的相容性，使顏填料穩(wěn)定地分散在體系中，有效地控制浮色，并提高了產(chǎn)品的貯存穩(wěn)定性。消泡劑選取了水油兩用的非硅型消泡劑，使兩組分混合以后具有良好的相容性。除此之外，為提高水性環(huán)氧抗菌透氣地坪涂料的抗菌透氣性還加入了一些功能性添加劑，負(fù)離子抗菌添加劑、吸水造孔劑、抗劃傷助劑等。

2.3 涂膜性能

將涂料的A、B組分按質(zhì)量比1:1配漆制板，其漆膜性能檢測結(jié)果如表2所示。

表2 涂膜性能檢測結(jié)果

2.4 水性環(huán)氧抗菌透氣地坪原理解析

傳統(tǒng)的溶劑型地坪涂料涂膜體系是一種特殊體系，即均相體系，它的特點是在固化的時非常完整，漆膜比較致密，因而透氣性極差。這一特點應(yīng)用在潮氣較重基面時，易產(chǎn)生漆膜鼓泡甚至剝離等現(xiàn)象。機(jī)理分析就是由于潮氣較重基面水汽的上升對漆膜產(chǎn)生浸透壓，而浸透壓力超過漆膜與基層間的附著力時，漆膜就會這個滲透壓頂起。

使用水性環(huán)氧抗菌透氣地坪涂料可以很好的克服上述缺陷。因為與傳統(tǒng)溶劑型環(huán)氧地坪涂料相比，水性環(huán)氧抗菌透氣地坪涂料幾乎不會構(gòu)成均相、完整固化的涂膜，降低了漆膜致密度，又顏基比較高，漆膜中存留較多開放的微孔。這些特點使得水性環(huán)氧抗菌透氣地坪涂料的漆膜具有優(yōu)秀的單向透氣性，基層水汽能以分子方式透過漆膜，漆膜外表的水粒徑較大，是締合方式的水，難以逆向透過漆膜向下滲透。另外采用水汽自然蒸發(fā)原理，在涂料體系中加入適量的吸水造孔劑，這些吸水造孔劑吸水膨脹，在漆膜內(nèi)部形成豐富細(xì)微的孔隙結(jié)構(gòu)通道，疏導(dǎo)底下水汽從漆膜排出，解決了地坪涂料在潮濕地面施工時，由于地下水汽造成的漆膜起泡、起鼓的問題。

涂料抗菌性一般通過在涂料體系中添加具有抗菌功能并能在涂膜中穩(wěn)定存在的抗菌劑，目前涂料中廣泛使用的抗菌劑為無機(jī)抗菌劑，無機(jī)抗菌劑大多采用物理吸附離子交換的方法，將銀、銅、鋅等金屬離子負(fù)載于多孔材料表面，利用金屬離子的抗菌能力，通過多孔材料的緩釋作用達(dá)到長效抑菌的目的，現(xiàn)有無機(jī)抗菌劑主要以銀和鋅離子以及一些納米材料(如納米二氧化鈦)為主，其中銀離子的抗菌效果最好，但銀離子類抗菌劑在使用過程中易變色的難題無法得到有效的解決；納米類抗菌劑需要在紫外線的催化下才能激活，同時普通納米材料的分散問題又是納米類抗菌劑難以解決的難題。

表3 涂膜抗菌性檢測結(jié)果

因此，本研究選用了一種新型的負(fù)離子抗菌添加劑。它是負(fù)離子發(fā)生材料與無機(jī)抗菌材料相結(jié)合的功能材料，其中的無機(jī)抗菌材料—四針狀氧化鋅晶須尖端具有納米活性，能夠高效殺滅和清除細(xì)菌及其殘骸，對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念珠球菌等格蘭氏細(xì)菌的殺滅率可達(dá)99%以上；而其中的負(fù)離子發(fā)生材料是自然界唯一天生帶電的高品質(zhì)極性材料，能在無光源激發(fā)的條件下，形成永久微電場，對空氣和水發(fā)生微弱電解生成羥基負(fù)離子。羥基負(fù)離子通過電性中和、化學(xué)反應(yīng)和物理吸附等作用，可分解祛除空氣中的甲醛等有害氣體，同時其分子結(jié)構(gòu)中極強(qiáng)氧化活性的原子氧，可破壞絕大多數(shù)細(xì)菌的生物活性和代謝繁殖功能，達(dá)到廣譜抗菌的目的。本研究特選取金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念珠球菌進(jìn)行抗菌性檢測，其檢測結(jié)果見表3。

3 施工方法

三分料，七分工，一種優(yōu)質(zhì)的涂料需求配合合理的施工工藝才能表現(xiàn)其優(yōu)良的性能，地坪涂料也是如此。施工工序一般為基層處理，封底漆，環(huán)氧砂漿加強(qiáng)層，膩子，面漆。

基層處理：施工底漆前，基面應(yīng)平整，無積水或明顯滲漏。水泥地面要求堅硬、平整、不起砂，如有空鼓、脫皮、起砂、裂痕等，必需將中空水泥砂漿進(jìn)行剔鑿并處理干凈；對于油污較多的混凝土地面，需用10%-15%的鹽酸液洗刷，然后用大量清水沖洗干凈，若在水磨石、地板磚等光滑地面須先打磨成粗糙面，從而避免附著不良的現(xiàn)象發(fā)生；

封底漆：底漆主要用來補(bǔ)強(qiáng)根底，穩(wěn)定基面殘留的塵粒。將A、B組分按規(guī)定比例混合均勻后輥涂于基層表面，使其充分潤濕并滲透到混凝土內(nèi)部，起粘結(jié)增強(qiáng)的作用。

環(huán)氧砂漿加強(qiáng)層：砂漿層的作用是增加漆膜厚度，增強(qiáng)地面承載能力和防腐性能，并延長涂層使用壽命。一般施工時需加入適量粒徑不同的混合石英砂，刮涂或鏝涂方法進(jìn)行施工。

膩子：膩子層為面涂提供平整堅固的基面。待環(huán)氧砂漿增強(qiáng)層充分固化后，用刮刀批刮兩道水性環(huán)氧膩子，干燥后打磨平整即可。

面漆：A、B組分按質(zhì)量比1:1混合均勻后，輥涂或噴涂的于基層表面，使其自然流平。

施工時現(xiàn)場相對濕度應(yīng)低于95%，并無明顯“返潮”現(xiàn)象；環(huán)境溫度在12℃以上，以免固化水平過低，影響涂層的綜合性能。施工時要特別控制好漆料的運用時間，可依據(jù)漆料的適用期和現(xiàn)場施工人員數(shù)量合理分配漆料。面漆施工結(jié)束后，24h內(nèi)應(yīng)避免人員入內(nèi)，根據(jù)溫度情況做好養(yǎng)護(hù)[4]。

4 結(jié) 論

現(xiàn)如今，隨著人們的環(huán)保意識的不斷提高，許多國家相繼頒布了限制揮發(fā)性有機(jī)溶劑(VOC)的環(huán)保法規(guī)，涂料的水性化、無溶劑化和高固體分化已成為涂料發(fā)展的必然趨勢。經(jīng)過環(huán)氧樹脂、水性固化劑、顏填料及助劑的精心選擇，制備的水性環(huán)氧抗菌透氣地坪不但符合環(huán)保要求，而且使用安全、施工方便，能在干、濕混凝土基面上施工，且濕附著力好、層間粘附力優(yōu)。

同時，通過添加功能性助劑的方法，賦予涂層良好的透氣性和抗菌殺菌功能，祛除空氣中有害物質(zhì)等性能，解決了潮濕地面施工鼓泡和白斑之憂，成為一種新型全效水性環(huán)氧地坪涂料。特別適用于醫(yī)院、乳品廠、日化、食品加工廠等需要高度清潔、無菌場所及高濕潮濕環(huán)境下的涂裝，具有廣闊的市場前景。

[1]陳作章，童忠良.涂料最新生產(chǎn)技術(shù)與配方[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015.

[2]孫再武，張伶俐，周子鵠。高性能薄涂型水性環(huán)氧地坪涂料的制備與施工工藝[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2005.05:1-4.

[3]周盾白，周子鵠，賈德民.環(huán)氧地坪涂料的研究及應(yīng)用進(jìn)展[J].中國涂料，2007.

[4]陳鋌，施雪珍.水性環(huán)氧地坪涂料的配方設(shè)計及施工 .上海涂料，2004.42(2):26-30.

Research and Application of antibacterial breathable Waterborne expoxy floor coating

This paper introduces a new type of water-based environmental protection floor coating material,the Antibacterial and breathable waterborne expoxy floor coating.This coating is composed of waterborne expoxy curing agent,expoxy resin,fillers,and function addictives such as pore-forming agent and anion antibacterial additives.This new type floor coating has not only solve the water-borne floor coating caused by underground water vapor bubbles during the process of construction, but also implements the coating long-term antibacterial and sterilization effect without photocatalysis.

waterborne paint；epoxy floor coating；breathability；antibacterial sterilization

TU56+1.63

：B文章標(biāo)號：1003-8965(2017)02-0026-03