弹性环氧聚氨酯地坪涂料研究与发展

    0.引言

    为了满足现代工业化生产车间功能要求和人性化管理要求，越来越多的生产车间、仓库、生活区、办公区使用色彩亮丽、性能优良的地坪涂料，为人们创造良好的工作和生活环境。目前市场上使用较多的是环氧树脂基和聚氨酯基地坪涂料，这两类涂料都具有良好的装饰性、耐化学品性和耐磨性，但是环氧地坪涂料质地脆，受冲击后容易开裂，而聚氨酯涂料在保持优异理化性能的同时，根据应用环境要求可以在很宽范围内调整涂层的表面硬度，因此，是一种性能优良、装饰性和实用性兼有的理想地坪涂料。

    弹性聚氨酯涂料是介于橡胶和塑料之间的一种高分子材料，其特性是大分子主链由玻璃化转变温度低于室温的柔性链段(即软段)和玻璃化转变温度高于室温的刚性链段(即硬段)嵌段而成的[1]。其中，贡献柔顺性的原料主要是含端羟基的线型聚醚或/和聚酯，其活动性相对较大；贡献刚性结构的原料主要是二异氰酸酯和小分子扩链剂，可以通过生成氢键形成物理交联；另外在体系中引入少量多元醇，可以提高涂层的交联密度和强度。通常情况下，在弹性聚氨酯固化剂中，软段占的比例较大，约为50%～90%，软段含量越高，涂层的玻璃化转变温度越低，延展性越好，但是硬度和机械强度降低，因此，通过对软硬链段含量的合理设计，就可以使弹性聚氨酯涂层既具有高强度又具有良好弹性的独特性能。

    本文介绍了以聚醚聚氨酯弹性预聚物为固化剂，环氧树脂为羟基组分，配以颜填料、助剂和溶剂组成的一种双组分弹性地坪涂料。该涂料既有环氧树脂的强粘结力、高耐腐蚀性，又具有弹性聚氨酯优异的耐磨、耐冲击、高强度等特性。

    1.实验部分

    合成工艺：将除TDI外的所有物料投入洁净干燥的反应设备中；搅拌，升温至回流状态，保持回流3h；降温至40℃以下，分批加入TDI，继续搅拌0.5h，缓慢升温至80℃，并保持3h；降温出料。

    1.2涂料色浆的制备

    将环氧树脂用混合溶剂溶解后，依次加入颜填料、助剂和溶剂，混合均匀，研磨至细度合格，调节色浆的不挥发物含量合格，过滤包装。

    1.3配漆

    按n(—NCO)∶n(—OH)=1.2～1.3配漆，用专用混合稀料调节施工黏度。

    1.4弹性环氧聚氨酯地坪涂料的主要性能

    弹性环氧聚氨酯地坪涂料主要性能如表2所示。

    2.结果与讨论

    2.1弹性聚氨酯固化剂软段的选择

    根据原料的不同，弹性聚氨酯又可以分为聚酯型和聚醚型两大类。聚酯型弹性聚氨酯涂层由于体系中酯键的存在，其耐水性稍差，聚酯型与聚醚型弹性聚氨酯涂层相比，耐水性相差5～10倍[2]，考虑到地坪涂料经常与水接触，因此本文采用聚醚为体系的软段。

    2.2多元醇用量对涂层性能的影响

    在合成弹性固化剂时，多元醇的用量对涂层的干性、抗拉强度、断裂伸长率和耐磨性等有较大影响，试验结果见表3。

    随着多元醇用量的增加，涂层的干性和力学性能呈现规律性变化：涂层的干燥时间缩短、抗拉强度提高、断裂伸长率降低、耐磨性提高。这是由于多元醇用量提高，弹性预聚物分子链段上刚性链段含量增加，一方面束缚了柔性大分子的自由旋转，另一方面由于分子间氢键作用加强，促进刚性链段的取向和有序排列，影响了微相分离。综合考虑，多元醇用量确定为8%。

    2.3羟基树脂的选择

    在弹性聚氨酯固化剂中含有大量的—NCO基团，它们具有非常活泼的化学活性，可以与含活泼氢的化合物在常温下发生反应。—NCO基团与—OH基团的反应是聚氨酯化学中最基本和最主要的反应，也是双组分聚氨酯涂料固化成膜的理论基础。含羟基的化合物品种繁多，性能差异较大，在与弹性聚氨酯固化剂配套时要求：

    (1)具有很好的混容性；

    (2)含有足够的—OH基团，能与—NCO基团充分交联成膜，并具有一定的强度；

    (3)不含水分和低分子单体，酸值尽可能低，不影响涂膜性能。

    常用的含羟基组分有醇酸树脂、聚酯树脂、环氧树脂、羟基丙烯酸树脂、羟基有机硅树脂等。其中，由于环氧树脂具有附着力好、耐水、耐油、耐化学品等许多优异的性能而成为地坪涂料的首选。

    2.4环氧树脂的对涂层性能的影响

    本文采用了最常用的双酚A型环氧树脂。不同双酚A型环氧树脂对弹性地坪涂料性能的影响见表4。

    随着环氧树脂相对分子质量的增加，树脂中的羟基含量增加，与弹性聚氨酯固化剂配合固化后力学性能和耐磨性呈上升趋势；但是环氧树脂相对分子质量太高，由于混容性问题，影响了涂层的外观和干性，抗拉强度和耐磨性也不稳定。因此，采用E-20环氧树脂比较合适。

    2.5配漆n(—NCO)∶n(—OH)当量比的确定

    如果n(—NCO)∶n(—OH)太小，—NCO基团不足以与—OH基团反应，漆膜的交联密度较低，涂层发软，抗拉强度和断裂伸长率不理想；但是，如果当量比太高，则多余的—NCO基团会吸收空气中的潮气转化为脲，虽然可以增加交联密度，提高涂层强度，但是也会使涂层弹性降低，脆性增加，耐冲击性下降，涂层的表面状态不好，出现针孔。经过试验，确定该涂料体系n(—NCO)∶n(—OH)为1.2～1.3较适宜。

     2.6干燥时间对涂层性能的影响

    通常对聚氨酯涂料而言，常温和较低温度下均可固化成膜，在一定温度下，随着时间的延长，涂层的固化程度不断提高，但过分延长时间是没有必要的。图2为不同干燥时间对弹性地坪涂料抗拉强度和断裂伸长率的影响.

    涂层在24h后力学性能基本不变，但是通常由于养护等原因，启用时间需1周以上。

    2.7其他影响因素

    弹性聚氨酯涂料与普通双组分聚氨酯涂料相比，由于软段含量较大，微相分离程度更大，干性稍差，通常要加入催化剂，加速交联固化反应的速度，效果较好的是有机锡类催化剂，用量为总基料量的0.01%～0.05%。为了提高施工性能，确保涂层外观质量，生产过程中还要添加适量消泡剂、流平剂、消光剂等助剂，并控制适当的颜料体积浓度。

    3.结语

    弹性环氧聚氨酯地坪涂料是中海油常涂院自主开发的一类新的涂料品种，它除了具有一般地坪涂料良好的装饰性、耐化学品性外，突出的特点是具有高强度、高弹性，从而获得极佳的耐磨性、耐冲击性，可以广泛应用于各种仓库、机加工车间等经常碾压和冲击的场所，同时其优异的吸振性和自愈合性，提高了人行走时的舒适度，防滑降噪，因此，也可在办公区、生活区、人行过道等场所使用。该涂料性能全面，施工简单，具有广阔的发展应用前景。

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