环氧自流平地坪涂料

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一、一种新型洁净工业地坪
随着现代工业技术和生产的发展，对于生产条件和环境的洁净度要求越来越高。不但要求车间地坪耐磨、耐压、耐腐蚀，而且其洁净和无菌程度也成为衡量现代化生产水准的重要因素，室内空气含尘量需尽可能地低。如食品、烟草、电子、精密仪器仪表、医药、医疗手术室、汽车和机场等生产制作场所，均要求洁净车间。这不仅是改善劳动条件的需求，更是现代产品质量的保证和标志。

要达到这样的要求，作为洁净车间的主要组成部分，地坪应具备两个基本条件，一是地面整体本身不起尘，二是地面无缝隙。目前国外的许多洁净车间地坪通常采用整体聚合物面层，其中基本上以一种称为“自流平涂料”的材料为主。这种地坪采用一次性涂覆工艺，不管有多大的面积，都不存在连接缝。

由于一般情况下涂料的化学基材为环氧树脂，所以国内一般称为“环氧自流平涂料”（epoxy self-levelling flooring），这是一种弱析尘的材料。目前在国内被众多的厂家和用户所接受和使用，尤其是医药行业，1996年国家开始在制医行业实施GMP标准，其中一个基础的硬件水平就是洁净地坪的具备。

环氧自流坪可分为溶剂型和无溶剂型两种。溶剂型环氧自流坪涂料在生产、施工和固化过程中会排放大量的挥发性有机物（VOC），这些挥发性有机物不仅影响人们的身体健康，而且会造成环境污染。近几年来，挥发性有机物（VOC）的危险性已引起各国政府的重视，并已颁布了相关的法规对其排放进行了限制，所以，溶剂型环氧自流坪没难以成为厂商的最佳选择，发展无溶剂型环氧自流坪已是大势所趋。无溶剂环氧地坪涂料附合环保理念，无挥发性有机物排放。该涂料不仅具有优良的耐水、耐油污、耐化学品腐蚀等化学特性，而且具有附着力好、机械强度高，固化后漆膜收缩率低，能一次涂装成厚膜等优点，因此被广泛用于现代工业地坪的涂饰中。

无溶剂环氧自流平地坪作为一种洁净度高的地面装饰材料，表面平整光洁，具有很好的装饰性，可以满足100级洁净度要求等级。特别适用于医药、食品、电子、精密仪器等行业，具有表面光亮、平整美观、耐化学品性佳等特点。

二、环氧自流坪地坪涂料的原料机理分析
环氧自流平洁净地坪的原材料是无溶剂环氧自流坪涂料。它是以环氧树脂为涂料成膜物，通过添加固化剂、无挥发性的活性稀释剂、助剂和颜料和填料配制成的一种无溶剂型的高性能涂料。环氧自流平涂料的成膜过程是一种化学成膜方法，首先将可溶性的低分子量的环氧树脂涂覆在基材表面后，分子间发生反应而使分子量进一步增加或发生交联而形成坚韧的漆膜。

1.环氧树脂性能分析
环氧树脂的类型及分子量对涂料性能的影响很大。因双酚A型环氧树脂分子中含有极性高而不易水解的脂肪族羟基和醚键，使其在潮湿状态对混凝土底材也有较高的附着力，而且耐化学品性能也高。又因其结构为刚性的苯核和柔性的烃链交替排列，从而赋予漆膜较好的物理机械性能，所以应为首选类型。同时为获得良好的流动性，便于施工，应选用低分子量液体环氧树脂。
表1是三种液体双酚A型环氧树脂，其中美国壳牌828（Resolution828）作为无溶剂地坪涂料用树脂，其固含量高，粘度较低，综合性能优良，且价格适中；壳牌827价格偏高，不予考虑；国产E-44粘度太大，加入颜填料后难以自流平，应不予考虑。

828 827 E-44
外观 无色透明液体 无色透明液体 无色透明液体
粘度25℃ 12~14 8~10 48~52
颜色 1 1 1
密度25℃ 1.16 1.15 1.18
环氧值 185~192 179~184 212~244


表1 三种环氧树脂基础性质比较

2.固化剂的性能分析
表2是三种固化剂的基础性质对比。环氧自流坪涂料要求固化剂应有较低的粘度，因此选用德国汉高的C-31较为合理，其粘度低，色度小，诱导期适中；美国壳牌3072粘度较高，加入后反应剧烈，产生许多气泡，不易消除，造成涂料难以流平，且漆膜干燥后弊病较多；美国卡德莱的NX-2003色度大，不宜制作浅色涂料，且使用后漆膜表面有油面，故均不能够选用。

C-31 NX-2003 3072
气味 刺激性小 刺激性大 刺激性较大
粘度25℃ 100 500 75
颜色 2 10 9
胺值 325 340 未知
活泼氢当量 86 105 65
与190EEW配比 45 55 35
胶凝时间，25℃ 30分钟 30分钟 18分钟
表干时间，25℃ 3小时 3小时 1小时


表2 三种固化剂的基础性质比较

3.颜填料的选择
颜料在涂料中起着着色和遮盖作用，环氧地坪涂料中宜选用耐化学介质性能和耐候性好的无机颜料，如钛白、氧化铁红、氧化铬绿等，使用有机颜料易产生浮色、发花等问题。填料的选用对涂层最终的性能影响极大，适量的加入不仅能提高涂层的机械强度，耐磨性和遮盖力，而且能减少环氧树脂固化时的体积收缩，并赋予涂料良好的贮存稳定性。过量加入则会增加涂料粘度，难以流平，造成施工困难。填料应以低吸油量、细度适中、性能稳定的纤维状及片状填料为主。应当选用的填料有滑石粉、石英砂、云母粉等。

4.助剂的选择
为使涂料或涂层具有一定的性能，常加入一定量的助剂来实现，因此，在涂料中加入助剂是必须的。

分散剂：厚浆型环氧涂料粘度大，颜填料含量高，易沉降，且对底材润湿不好，不易流平，因此必须加入高分子聚合物类润湿分散剂，以防止颜料沉淀、浮色、发花，并降低色浆粘度，提高涂料贮存稳定性，促进流平。经实验，选用德国汉高的TEXAPHOR® 963，效果很好。
消泡剂：因生产和施工中会带入空气，而厚浆型涂料粘度较高，气泡不易逸出。因此，需要在涂料中加入一定量的消泡剂，来减少这种气泡，力争使之不影响地坪表面的观感。
流平剂：厚浆型环氧涂料的粘度较高，为降低体系的表面张力，避免成膜过程中发生“缩边”现象，提高涂料流平性能，改善涂层外观和质量，需加入一些流平剂。经实验，选用德国汉高的PERENOL® F60，流平效果优异。
这些助剂的加入，可大大改善涂料的性能，满足施工要求。

5.涂料技术参数
无溶剂环氧自流坪涂料具有如下特点：无挥发性有机物，无环境污染，具有环保意义；固体分含量高，一次成膜可达1mm，是普通涂料的10~20倍，省时高效；涂层具有优异的机械性能和耐化学品性能；生产工艺简单，产品性能稳定，自流平效果好，表面光洁，装饰效果好；施工方便，施工周期短，修补容易。


三、国内外环氧自流平地坪涂料的性能比较
1.表面状况

影响自流平涂料的表观性能主要有三方面：固化剂的选择；活性稀释剂的选择；流平消泡剂的选择。

（1）固化剂的选择是影响自流平地坪表面状况的主要原因，对于环氧自流平涂料，要达到一次施工成膜厚、短期固化后获得较高的粘接力要求，固化剂的选择是配方中最重要的工作，普通固化剂无法全部满足产品的技术要求，一般采用改性固化剂复配而成，在硬化过程中无游离胺析出。国外的自流平涂料一般情况下的固化剂有冬用、夏用、春秋用以供选择，施工完毕后的地坪表面有镜面效果，如高档汔车漆无暇点，色泽均匀丰满，而反观国内大多数自流平涂料，较多的厂家一般情况下不分春夏秋冬或地区的不同，均选用同一种固化体系，从而造成自流平在不同地区的适用性较差，可能造成在同一季节不同地区自流平施工时，施工质量不能得到很好的保证；同时一般情况下表面有油斑、白化点、针孔等现象。固化剂的选择原则上应该选用2种或多种固化剂进行复配，以达到所需要的镜面效果，一般来说，复配固化剂中应该含有抗水斑与抗白化的成份，同时速度相对较快的与较慢的固化剂复配以调节固化速度。由于各个厂家主方的配方各不相同，所以应用户应根据自己的配方根据地区气候差异，选用不同类型的固化剂或固化体系，使产品调节到一个最佳的适合点。

（2）活性稀释剂的选择：国外的自流平涂料一般采用C12-C14缩水甘油醚、丙烯酸酯缩水甘油醚，能提供较好的镜面效果，而目前大多数国内厂家采用BGE等缩水甘油醚，由于BGE材料的表面张力大，造成流平性不佳；同时BGE材料的蒸汽压较高，较易挥发，在影响表面效果的同时，又不利于环保；另外由于国内市场供应的BGE大多为国产原料，由于生产控制技术水平受限，材料的纯度不高，更易造成自流平地坪的表面状况的不良。

（3）流平消泡剂：自流平材料对于涂料漆膜的要求极高，特别是厚膜的条件下，即使涂膜在有限的时间内充分流平，但又要求厚膜中的气泡迅速排出而膜表面不留下任何缺陷，因此，流平消泡剂等助剂的选择及用量是极为关键的因素。一方面通过加入各类助剂，降低涂膜成膜时的表面张力，有利于涂膜的流平和消泡，但另一方面又要防止这类助剂过多的加入会引起不相溶物，对树脂、稀释剂及填料间的粘接产生不利影响。流平消泡剂的加入对自流平涂料的漆膜的表观有重要的促进作用，一般在固化剂和活性稀释剂确定后，再在各种气候条件下作反复试验比较，并最后优化结果。

2.贮存稳定性
国产自流平涂料的贮存稳定性不好，涂料在放置一段时间后，会很明显的发生涂料中的较重成份（如颜料、填料等）发生沉降现象，使涂料形成两相。这虽然不是一种由于化学意义上的变质，但给最终用户或施工厂家带来诸多不便，用户在启用这些自流平涂料前，必须充分搅拌混合这些发生沉降现象的涂料，而在一些施工现场不可能具有这些充分搅拌的条件，即使具有搅拌的条件下，但也不能确保涂料与出厂的质量保证一致，这就可能导致质量隐患。

3.耐磨性
正如上文所说，质量好的自流平涂料在施工流平过程中不会发生涂料下沉现象，从而保证固化后的自流平地面有良好的耐磨性，而一些加入大量溶剂的涂料，则相对硬度较低。

四、环氧自流平地坪的施工
1.基层检查及处理
基层检查包括混凝土含水率的测定、平整度的测定、强度的测定。因平整度、强度测定较为简便，这里不再累述，而因含水率对涂膜的影响很大，故对其测定作一介绍。

（1）含水率测定及其处理
含水率的测定有以下几种方法：
a)塑料薄膜法（ASTM4263）：把45cm×45cm塑料薄膜平放在混凝土表面，用胶带纸密封四边16小时后，薄膜下出现水珠或混凝土表面变黑，说明混凝土过湿，不宜涂装。
b)无线电频率测试法：通过仪器测定传递、接收透过混凝土的无线电波差异来确定含水量。
c)氯化钙测定法：测定水分从混凝土中逸出的速度，是一种间接测定混凝土含水率的方法。测定密封容器中氯化钙在72h后的增重，其值应≤46.8g/m2。
混凝土含水率应小于9%，否则应排除水分后方可进行涂装。排除水分的方法有以下几种：
a)通风：加强空气循环，加速空气流动，带走水分，促进混凝土中水分进一步挥发。
b)加热：提高混凝土及空气的温度，加快混凝土中水份迁移到表层的速率，使其迅速蒸发，宜采用强制空气加热或辐射加热。直接用火源加热时生成的燃烧产物（包括水），会提高空气的雾点温度，导致水在混凝土上凝结，不宜采用。
c)降低空气中的露点温度：用脱水减湿剂、除湿器或引进室外空气（引进室外空气露点低于混凝土表面及上方的温度）等方法除去空气中的水汽。

（2）基层表面处理方法
对于平整地面，常用下列方法处理：
a)酸洗法（适用于油污较多的地面）：用质量分数为10~15%的盐酸清洗混凝土表面，待反应完全后（不再产生气泡），再用清水冲洗，并配合毛刷刷洗，此法可清除泥浆层并得到较细的粗糙度。
b)机械方法（适用于大面积场地）：用喷砂或电磨机清除表面突出物，松动颗粒，破坏毛细孔，增加附着面积，以吸尘器吸除砂粒、杂质、灰尘。对于有较多凹陷、坑洞地面，应用环氧树脂砂浆或环氧腻子填平修补后再进行下步操作。
经处理后的混凝土基层性能应符合以下指标。

测定项目 湿度 强度 平整度 表面状况
合格指标 ≤9% >21.0MP ≤2mm/M 无砂无裂无油无坑


表4 合格混凝土基层指标
2.主要施工用具准备
地面处理机械（磨削机，磨光机等）、吸尘机械，搅拌器，刷子或辊筒，刮刀或锯齿状镘刀及劳保用品，等等。

3.涂装环境条件
一般胺类固化的环氧涂料在5℃以下时基本上不反应固化，所以施工环境温度不宜低于5℃，低温时涂料粘度大，也不易施工。高温时，涂料两组份反应快，使用期短，涂料有时来不及流平，施工时也应注意。高湿度也对涂层个观有很大影响，特别要避免在低温高湿环境下施工。此类涂料一般可通时调整固化剂来适应不同的施工条件。

4.施工步骤
（1）底涂施工：将低粘度无溶剂环氧封闭底漆配好后，辊涂、刮涂或刷涂，使其充分润湿混凝土，并渗入到混凝土内层。
（2）中涂施工：中涂施工比较关键，将环氧色浆、固化剂与适量混合料径的石英砂充分混合搅拌均匀(有时需要熟化)，用镘刀镘涂成一定厚度的平整密实层（推荐采用锯齿状镘刀镘涂，然后用带钉子的辊子辊压以释出膜内空气），也可采用抹光机抹平，加砂量更大一些；还可采用刮涂，加砂量更大。中涂层固化后，刮涂填平腻子并打磨平整，为面涂提供良好表面。
（3）腻子修补：对水泥类面层上存在的凹坑，采用EPOXY mortar填平修补，自然养护干后打磨平整。
（4）面涂施工：将环氧色浆及固化剂混合均匀后，可镘涂、刷涂、辊涂或喷涂，使其自流平，获得平整均匀的表面涂层。
（5）施工验收：表面平整光洁、色彩一致、无明显色差。
（6）注意事项：避免在低温高湿条件下施工；双组份混合后,应尽快在使用期内用完；涂装完成后，应充分保养后，才能投入使用；应根据基材平整度状况和使用要求，确定涂层厚度。地面平整度越差，应采用越厚的涂装系统，涂层载重越大，涂层应越厚，如涂层过薄，使用过程中易损坏。

五、环氧自流平地坪的质量评估
目前国内有许多自流平涂料生产厂商以及施工工程公司，但最后自流平地坪的质量差异明显，在此根据笔者多年研究，可作为地坪客户以及最终用户评价工程情况以参考：
1，表面状况：作为一种表面装饰性极强的自流平性涂料，要求自流平有良好的平整性，同时不应该有杂物等不良状况。
2，饱满度：以前国内的许多自流平厂家基本上没有这个技术指标，但在日本等国家是一个基本的技术指标，我们通常采用反光率的一个指标来度量饱满度，我们要求在固化好的自流平地面上的反光率达到95%，而我们目前对国内许多生产厂家的产品进行测试表明，其反射率均不大于85%，从而造成亮度不高，这是上文提到的技术指导思想差异所致。
3，硬度：作为地坪，要求固化后的地坪表面有一定的硬度，从而达到足够的耐磨性，填料会下沉的自流平涂料在固化后地坪的地面硬度不是太高，一般要求地坪的硬度>2H，以达到工业使用要求。