環(huán)氧地坪涂料研究進(jìn)展

吳佳俐 劉建釗 李萍 賈艷征 劉鵬程

（中國(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司，北京 100024）

1 環(huán)氧地坪

環(huán)氧樹(shù)脂是指分子中含有兩個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)的一類聚合物的總稱。環(huán)氧樹(shù)脂地坪是一種以環(huán)氧樹(shù)脂為主要成膜物，輔以顏填料、級(jí)配骨料，配合專用機(jī)具及輔材，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)鋪裝而成的一種彩色、整體無(wú)縫的地坪。

在1950年到1953年左右，我國(guó)開(kāi)始研制環(huán)氧樹(shù)脂，到了1977年到1979年，我國(guó)形成了較為完整的環(huán)氧地坪工業(yè)體系。隨著改革開(kāi)放一步步進(jìn)行，工業(yè)廠房逐漸增多，環(huán)氧地坪由于其優(yōu)勢(shì)得到了迅猛的發(fā)展，并且當(dāng)ISO9000進(jìn)入中國(guó)后，各企業(yè)對(duì)于質(zhì)量管理體系認(rèn)證的觀念加強(qiáng)，從而環(huán)氧地坪展開(kāi)了又一次突飛猛進(jìn)的發(fā)展。如今，涂料所用環(huán)氧樹(shù)脂占環(huán)氧樹(shù)脂應(yīng)用中大約50%左右，環(huán)氧地坪占市場(chǎng)份額的70%左右，可見(jiàn)其市場(chǎng)受眾程度不可小覷。

2 環(huán)氧地坪涂料基本分類

環(huán)氧地坪按照分散介質(zhì)來(lái)分類可以分為：溶劑型環(huán)氧地坪、無(wú)溶劑型環(huán)氧地坪、水性環(huán)氧地坪。

環(huán)氧地坪按照地坪構(gòu)造來(lái)分類可以分為環(huán)氧地坪底漆、環(huán)氧地坪中涂、環(huán)氧地坪面涂、環(huán)氧地坪罩光。

環(huán)氧地坪按照功能性產(chǎn)品來(lái)分類大致可以分為：耐磨型環(huán)氧地坪、環(huán)氧防靜電型地坪、耐高溫防火環(huán)氧地坪、抗菌型環(huán)氧地坪、防腐蝕型環(huán)氧地坪等。

市場(chǎng)上主要占主導(dǎo)的地坪涂料為：薄涂式溶劑型地坪涂料、無(wú)溶劑型環(huán)氧耐磨自流平地坪涂料、特種耐酸自流平地坪涂料以及防靜電自流平地坪涂料[1]。

3 環(huán)氧樹(shù)脂地坪優(yōu)點(diǎn)

1）高強(qiáng)度；

2）耐磨損；

3）美觀的地面；

4）具有無(wú)接縫；

5）質(zhì)地堅(jiān)實(shí)；

6）耐藥性佳；

7）防腐；

8）防塵；

9）保養(yǎng)方便；

10）維護(hù)費(fèi)用低廉。

4 研究進(jìn)展

4.1 功能型環(huán)氧地坪涂料

4.1.1 耐熱阻燃環(huán)氧地坪

由于環(huán)氧地坪可以應(yīng)用為倉(cāng)儲(chǔ)物流地坪，驗(yàn)收時(shí)不僅對(duì)地面的平整度和水平度有一定的要求。一般的環(huán)氧地坪的最高耐受溫度約為80℃，180℃-200℃會(huì)發(fā)生熱氧化分解。近年來(lái)國(guó)家對(duì)于大面積堆積物倉(cāng)庫(kù)的耐火性能指標(biāo)不斷提高，所以對(duì)于環(huán)氧地坪的阻燃性能有一定要求。當(dāng)存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)發(fā)生火情時(shí)，阻燃環(huán)氧地坪涂料可以增加絕熱性能，阻止火勢(shì)蔓延或者隔離火源[2]，從而可以有效的降低大規(guī)模火災(zāi)發(fā)生的概率。在阻燃這方面，環(huán)境友好的膨脹型阻燃劑備受關(guān)注，典型的膨脹型阻燃劑由三聚氰胺和季戊四醇以及聚磷酸銨構(gòu)成一種包覆型微膠囊，洪曉東等人正是利用這一點(diǎn)，研究了對(duì)添加這種微膠囊的環(huán)氧樹(shù)脂阻燃性能進(jìn)行了研究[3]。汝宗林則選用復(fù)配氫氧化鋁、三氧化二銻、四溴雙酚A、聚磷酸銨這四種阻燃劑，通過(guò)改變這4種物質(zhì)的添加量來(lái)調(diào)配各阻燃劑在環(huán)氧地坪體系中的比例，固化制樣，通過(guò)GB/T8626-2007建筑材料可燃性試驗(yàn)方法測(cè)試火焰持續(xù)時(shí)間，研究了阻燃環(huán)氧地坪涂料中阻燃劑的協(xié)同作用[4]。

不僅可以從添加阻燃劑的角度來(lái)提高阻燃性能和耐熱性能，還可以從環(huán)氧地坪的固化劑入手，來(lái)提高耐熱性能。用腰果酚、甲醛以及胺類物質(zhì)合成腰果酚醛環(huán)氧地坪固化劑，與環(huán)氧樹(shù)脂反應(yīng)成環(huán)氧漆膜后測(cè)試熱失重，其初期分解溫度和失重率10%時(shí)的溫度向高溫移動(dòng)，說(shuō)明新型腰果酚醛環(huán)氧地坪固化劑有效的提高了環(huán)氧地坪的耐熱性能[5]。

4.1.2 抗菌環(huán)氧地坪

隨著工業(yè)的發(fā)展，環(huán)氧地坪涂料開(kāi)始逐漸向高新電子食品生產(chǎn)基地、醫(yī)院、養(yǎng)殖場(chǎng)等方面拓展應(yīng)用市場(chǎng)[環(huán)氧樹(shù)脂自流平地坪在現(xiàn)代潔凈車間中的應(yīng)用]。這些應(yīng)用場(chǎng)所對(duì)于環(huán)氧地坪的抗菌性有一定的標(biāo)準(zhǔn)要求。抗菌涂料主要為添加型和結(jié)構(gòu)型兩種形式涂料添加型的抗菌劑通?？梢苑譃橛袡C(jī)抗菌劑、無(wú)機(jī)抗菌劑高分子抗菌劑以及天然抗菌劑。在市場(chǎng)中絕大多數(shù)采用的是添加型抗菌劑，添加型抗菌劑更加簡(jiǎn)單、直接、有效[6-7]。

負(fù)離子抗菌劑，是一種地坪涂料中常用抗菌劑。這種負(fù)離子抗菌劑是由負(fù)離子發(fā)生材料和無(wú)機(jī)抗菌材料相結(jié)合而成的新型材料，可殺滅常見(jiàn)的細(xì)菌，并且效率高。主要是通過(guò)涂料中羥基負(fù)離子電性中和、化學(xué)反應(yīng)和物理吸附的優(yōu)勢(shì)，破壞常見(jiàn)細(xì)菌的生物活性以及代謝繁衍的能力，從而使得環(huán)氧地坪涂料在高度清潔、無(wú)菌場(chǎng)所及高濕潮濕環(huán)境等地發(fā)揮作用[8]。張然等人在水性環(huán)氧固化劑B組分中添加一定量的[9]。

4.1.3 防靜電環(huán)氧地坪

電子電器制造、微機(jī)計(jì)算機(jī)精密設(shè)備、電氣控制、印刷、紡織、軍工等這些場(chǎng)所對(duì)于地面有防靜電和防爆需求，主要是因?yàn)槟Σ習(xí)a(chǎn)生靜電荷，當(dāng)靜電荷如不能及時(shí)導(dǎo)出，會(huì)形成靜電積累， 有時(shí)靜電壓高達(dá)上萬(wàn)伏[10]。因此采用環(huán)氧防靜電地坪涂料涂裝混凝土地面來(lái)獲得防止靜電產(chǎn)生的辦法越來(lái)越得到廣泛應(yīng)用。

環(huán)氧防靜電環(huán)氧地坪主要是添加型地坪涂料，如導(dǎo)電助劑、導(dǎo)電纖維、導(dǎo)電金屬劑、維、粉末、導(dǎo)電金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物、碳系導(dǎo)電物等[11]。當(dāng)導(dǎo)電物質(zhì)在地坪涂層中分布均勻、且導(dǎo)電率和導(dǎo)電性高時(shí)，則可以成功的防止靜電電荷的積累[12]。在施工時(shí)應(yīng)注意地坪涂料的粘度、涂層的表干時(shí)間、導(dǎo)電物質(zhì)分散的均勻程度，當(dāng)導(dǎo)電物質(zhì)沉降易導(dǎo)致地坪表面抗靜電性能下降，且導(dǎo)電物質(zhì)分散不均勻時(shí)，易導(dǎo)致地坪表面抗靜電性不均勻。

4.1.4 高鉛筆硬度環(huán)氧地坪

環(huán)氧樹(shù)脂在工業(yè)應(yīng)用方面有著大量的優(yōu)點(diǎn)，但是同時(shí)也存在著一些缺點(diǎn)。其缺點(diǎn)之一就是抗劃性較差，當(dāng)環(huán)氧地坪涂層表面抵抗砂狀物等類似尖銳強(qiáng)度高的物質(zhì)時(shí)，其表現(xiàn)劃痕明顯，從而使得實(shí)用性和美觀度下降。為了改善這一缺點(diǎn)，通?？梢蕴砑右恍┳陨碛休^高硬度的粒子：碳納米管[13]、石英砂[14]、白炭黑。張雪梅等人采用在環(huán)氧樹(shù)脂地坪體系中添加并復(fù)配石英砂尾砂和白炭黑的方式來(lái)提高漆膜的鉛筆硬度。復(fù)配兩種物質(zhì)的添加量，當(dāng)石英砂尾礦添加量過(guò)多時(shí)，分散不易均勻，易導(dǎo)致孔隙率變大；而白碳黑添加量過(guò)多時(shí)，易形成團(tuán)聚從而破壞涂層結(jié)構(gòu)。當(dāng)兩種物質(zhì)的添加量適配時(shí)，可以發(fā)揮最大協(xié)同作用，提高性能[15]。

4.1.5 高防滑性環(huán)氧地坪

一般的環(huán)氧地坪在鋪裝后，部分驗(yàn)收后雖然符合GB/T22374-2008標(biāo)準(zhǔn)要求，但是地坪表面較為光滑，一方面是容易被劃傷，另一方面其防滑性能較差，不滿足一些特定場(chǎng)所的性能要求，并且當(dāng)陰雨天氣時(shí)，存在一定的安全隱患。地坪材料的防滑功能可以通過(guò)施工時(shí)工藝手段的調(diào)整，使表面形成拉毛花紋、皺面亦或是橘紋表面和通過(guò)添加固體顆粒來(lái)實(shí)現(xiàn)。在地坪涂料中添加固體顆粒來(lái)增加其防滑性能時(shí)，若是配方調(diào)試合理的情況下，添加固體顆粒對(duì)于環(huán)氧地坪涂料的防滑性能有一定的提高促進(jìn)作用；而沒(méi)調(diào)試好的情況下，固體顆粒會(huì)沉在地面底部，在固體顆粒的上層涂覆一層環(huán)氧地坪材料，這樣會(huì)形成小的接觸角，反而提高了易滑的概率。

唐植賢等人設(shè)計(jì)出一種帶有桔皮紋理效果的功能性環(huán)氧地坪就很好地解決了防滑性較差的這個(gè)問(wèn)題。其環(huán)氧地坪涂料的防滑性通過(guò)兩種措施來(lái)提高：一方面通過(guò)在配方中添加有機(jī)膨潤(rùn)土和氣相白炭黑來(lái)提高漆膜的硬度和粗糙度；另一方面通過(guò)改變施工工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要通過(guò)特制的專用拉花輥筒將涂料涂布均勻，并且拉出橘皮紋路。在改善這兩個(gè)方面的基礎(chǔ)上，最終的環(huán)氧地坪防滑性能可以達(dá)到0.7[16]。

4.1.6 耐磨環(huán)氧地坪

環(huán)氧地坪涂料被廣泛應(yīng)用的其中一個(gè)原因就是其出色的耐磨性，現(xiàn)在由于應(yīng)用在不同的場(chǎng)所，對(duì)于其耐磨的要求有所提高。常見(jiàn)的提高耐磨性能的方式一方面為單純物理添加無(wú)機(jī)填料將其共混：剛玉、納米金剛石粉[17]、納米氧化鋁[18-19]、硅粉[20]、碳化硅和氧化鋁復(fù)配[21]、二硫化鉬[22]或者通過(guò)添加耐磨的顏填料（不同顏色的石英粉、硫酸鋇）。這種耐磨涂層屬于結(jié)構(gòu)型非金屬?gòu)?fù)合材料，是將熱固性高分子膠黏劑基體和硬質(zhì)耐磨顆粒結(jié)合的一種技術(shù)[23]。另一方面還可以通過(guò)有機(jī)改性來(lái)提高環(huán)氧樹(shù)脂的耐磨性能，由于異氰酸酯的耐磨性優(yōu)于填料，所以可以引入聚氨酯來(lái)對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行改性[24]；還可以用硅酸酯預(yù)聚物、有機(jī)硅氧烷以及聚硫橡膠等來(lái)進(jìn)行改性[25]。此外當(dāng)今納米插層技術(shù)得到了廣泛發(fā)展，可以將耐磨物質(zhì)通過(guò)化學(xué)插層手段引入聚合物中，最終制得高耐磨環(huán)氧地坪涂料[26]。

4.2 綠色環(huán)氧樹(shù)脂地坪

隨著社會(huì)的發(fā)展，環(huán)境友好材料越發(fā)的受到重視，很多材料都在不斷向著綠色方向研發(fā)以及發(fā)展。住建部科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心推出的《綠色建材評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》研討會(huì)于2017年-2018年陸續(xù)在各地召開(kāi)，更加說(shuō)明了綠色、節(jié)能、環(huán)保是未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，并且會(huì)推動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的質(zhì)量提升。與此同時(shí)，很多人也在這方面做了深入研究。

王斌等人利用了環(huán)氧大豆油（ESO）分子鏈中含有環(huán)氧基團(tuán)的優(yōu)勢(shì)，且其擁有粘度低的物理性能和無(wú)毒的化學(xué)性能的優(yōu)點(diǎn)，將ESO作為活性稀釋劑成分共混到環(huán)氧地坪中，共混后可以增塑和稀釋環(huán)氧樹(shù)脂材料，從而達(dá)到改性環(huán)氧地坪涂料的目的。ESO盡管綠色環(huán)保，但是只用ESO會(huì)大大降低環(huán)氧地坪的強(qiáng)度，卻可以增韌環(huán)氧地坪材料，并且ESO和環(huán)氧樹(shù)脂混合后的粘度并沒(méi)有單純用660A和環(huán)氧樹(shù)脂混合后的粘度低，所以可以選用ESO和660A進(jìn)行復(fù)配，從而兼顧了兩者的優(yōu)勢(shì)，可以改善環(huán)氧地坪材料的柔韌性差的缺點(diǎn)[27]。

在2010年前，我國(guó)的水性環(huán)氧地坪發(fā)展較為緩慢，其技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)在于使用水性環(huán)氧固化劑，以水為溶劑，通過(guò)水溶性固化劑與環(huán)氧樹(shù)脂或水性環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)合而成的雙組分地坪涂料[28]，水性環(huán)氧樹(shù)脂地坪在化學(xué)物質(zhì)釋放方面擁有低VOC甚至零VOC的優(yōu)勢(shì)，并且在物理性能方面可以釋放地面反上來(lái)的水汽以降低起鼓、剝離脫落的概率，并且與基材的附著力強(qiáng)[29-30]。我國(guó)政府于2015年進(jìn)一步加大對(duì)環(huán)保型涂料的支持力度，水性環(huán)氧地坪開(kāi)始逐漸加大生產(chǎn)并擴(kuò)大了應(yīng)用市場(chǎng)。2017年江蘇省出臺(tái)新政：各行業(yè)全面實(shí)施水性漆替代油性漆。這種大力加強(qiáng)環(huán)保的決心使得很多傳統(tǒng)環(huán)氧地坪企業(yè)開(kāi)始轉(zhuǎn)型。

水性環(huán)氧地坪涂料現(xiàn)在主要分為Ⅰ型和Ⅱ型，Ⅰ型水性環(huán)氧樹(shù)脂為低分子量的液態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂配合具有乳化功能的改性胺類固化劑組成的，Ⅱ型水性環(huán)氧樹(shù)脂為高分子量的固態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂粉末配合助劑，乳化成水性環(huán)氧樹(shù)脂乳液[31]。劉保磊等人對(duì)比了這兩種方法中涂膜外觀、干燥時(shí)間、耐沖擊性、柔韌性、附著力、耐水性這幾個(gè)性能指標(biāo)，結(jié)果表明這兩種類型各有優(yōu)缺點(diǎn)，可以根據(jù)不同技術(shù)需求以及應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)加以利用并改進(jìn)[32]。

姚俊海等人依據(jù)GB/T22374-2008對(duì)油性環(huán)氧樹(shù)脂和水性環(huán)氧樹(shù)脂的力學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比，并對(duì)水性環(huán)氧樹(shù)脂的透氣性原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析。水性環(huán)氧樹(shù)脂涂料施工后水分揮發(fā)后，漆膜中空位會(huì)形成小篩孔，可以成為水蒸氣的疏散通道。主要可以應(yīng)用于一些地基含水量高的地方。

4.3 美觀型環(huán)氧樹(shù)脂地坪

與上述功能型優(yōu)勢(shì)或者環(huán)保型優(yōu)勢(shì)的環(huán)氧樹(shù)脂地坪不同，美觀型環(huán)氧樹(shù)脂地坪更注重成品的呈現(xiàn)性、藝術(shù)性。這種環(huán)氧樹(shù)脂地坪主要指環(huán)氧磨石地坪。主要應(yīng)用于各種高檔公共場(chǎng)所、機(jī)場(chǎng)、展覽館、高檔私人住宅等。相比一般地坪來(lái)說(shuō)，環(huán)氧磨石價(jià)格相對(duì)昂貴，但是卻有著圖案易設(shè)計(jì)、裝飾性強(qiáng)、可以墻地一體等突出優(yōu)勢(shì)，逐漸成為高端市場(chǎng)的寵兒。環(huán)氧磨石主要是通過(guò)繁復(fù)的施工工藝，將環(huán)氧樹(shù)脂的優(yōu)點(diǎn)展現(xiàn)的同時(shí)兼具了成品的藝術(shù)效果[33]。

孫再武等人研究了含鑲嵌式圖案的環(huán)保型高裝飾性環(huán)氧磨石地坪，探究了磨石集料、顏基比、圖案的制作方法[34]。謝亦富等人主要研究了環(huán)氧磨石地坪涂層體積收縮率的影響因素[35]。賴映標(biāo)等人以E51環(huán)氧樹(shù)脂和自制耐黃變環(huán)氧固化劑為主要成膜物制備無(wú)溶劑環(huán)氧磨石試驗(yàn)中的骨料、配比等進(jìn)行深度探究[36]。

5 結(jié)語(yǔ)

相比于聚氨酯地坪涂料、丙烯酸地坪涂料，環(huán)氧地坪涂料在我國(guó)的發(fā)展較早，其市場(chǎng)占有率和市場(chǎng)應(yīng)用相對(duì)來(lái)說(shuō)較廣，因此其發(fā)展進(jìn)程會(huì)更快。隨著社會(huì)的發(fā)展以及科學(xué)的進(jìn)步，環(huán)氧樹(shù)脂地坪涂料會(huì)逐漸向著更優(yōu)異的性能，更綠色的產(chǎn)品和工藝方向發(fā)展。其中，未來(lái)水性環(huán)氧地坪涂料將成為市場(chǎng)的主打產(chǎn)品，相信在接下來(lái)的應(yīng)用過(guò)程中，優(yōu)異物理性能的水性環(huán)氧地坪涂料將占主流地位，更受市場(chǎng)的青睞。