室温固化水性环氧混凝土封闭底涂的配方设计
                   周玉生　
(   中冶集团建筑研究总院工程材料院防水所,北京100088)
摘　要:简述了室温固化水性环氧混凝土封闭底漆的特点,重点讨论了该涂料的配方设计及其主要成分对涂膜性 能的影响,给出了水性环氧封闭底漆的参考配方及性能。
关键词:配方设计;水性环氧涂料;室温固化;混凝土底漆
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L16(45)正交试验法,设计方案列表1。
2　测试数据归纳整理
对实验配方的测试结果如表2所示。
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: Ⅰi (Ⅱ,iⅢ,iⅣi) =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=Ⅰi /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

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。
 
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。

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。
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。

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。
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A2B1C1D2E1及A2B1C1- D3E1因子组合符合性能设计要求,但考虑到成本的因素,配 方A2B1C2D3E1为最佳配方。
参考文献
[1]　陈平,王德中.环氧树脂及其应用[M].北京:化学工业出版社. 2004: 50.
[2]　涂伟萍.水性涂料[M].北京:化学工业出版社. 2007, 283-285.