脆性無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的性能分析及配方調(diào)整

姜廣明，馬海旭，肖凱巍，胡 水

0 引言

無溶劑型地坪涂料能對(duì)建筑地面起到保護(hù)和裝飾作用。由于其揮發(fā)性有機(jī)化合物含量（VOC）很低，所以使用很廣泛；其中無溶劑型環(huán)氧地坪涂料是使用最多的。實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)無溶劑型環(huán)氧地坪涂料時(shí)，發(fā)現(xiàn)個(gè)別樣品與合格的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料相比，發(fā)脆、抗壓強(qiáng)度較低；其他性能如耐磨性和耐介質(zhì)性則無異常。

環(huán)氧地坪涂料是由環(huán)氧樹脂與胺類固化劑反應(yīng)形成的。當(dāng)環(huán)氧地坪涂料的交聯(lián)密度過大時(shí)，抗壓強(qiáng)度不強(qiáng)，這是因?yàn)榄h(huán)氧地坪涂料的玻璃化溫度過高，脆性較高［1］。而活性稀釋劑的加入，可以使環(huán)氧地坪涂料的黏度降低，流平性變好，韌性增加［2］；也可以向環(huán)氧地坪涂料中加入一定的增韌劑，來提高環(huán)氧樹脂的柔韌性，提高環(huán)氧地坪涂料的耐沖擊性［3］。

本文研究了一款脆性的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的主漆和固化劑的成分，通過對(duì)不同比例的環(huán)氧地坪涂料的力學(xué)性能、紅外分析、動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析和熱失重分析研究，探討了無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的微觀參數(shù)的變化規(guī)律，并指出脆性無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的配方可能存在的問題。

1 原材料

本文使用的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料，樣品為綠色。當(dāng)樣品比例為主漆∶固化劑=100∶50（w/w）時(shí)；物理性能中邵氏硬度（D 型）為 80，抗壓強(qiáng)度僅為 23 MPa。樣品呈現(xiàn)脆性斷裂，抗壓強(qiáng)度未達(dá)到地坪涂料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。為此，考慮調(diào)整主漆與固化劑的配比，嘗試通過改變環(huán)氧地坪涂料的交聯(lián)程度，來改變環(huán)氧地坪涂料的力學(xué)性能。

首先當(dāng)樣品比例為主漆∶固化劑=100∶50（w/w）時(shí)，無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的干燥速度很慢，無法滿足使用要求。然后調(diào)整樣品比例為主漆∶固化劑=100∶20（w/w）以及 100∶80（w/w），同時(shí)考察不同配比的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料樣品的性能。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

抗壓強(qiáng)度使用日本 Shimadz 公司生產(chǎn)的 AG-IC 100 kN 萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)。

動(dòng)態(tài)力學(xué)性能使用德國(guó) Netzsch 公司生產(chǎn)的 DMA 242C 型動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀測(cè)試；采用直徑 1 mm 的針入模式，頻率為 10 Hz，測(cè)試溫度范圍為室溫～120 ℃，升溫速度為 3 ℃/min。

熱失重分析使用德國(guó) Netzsch 公司產(chǎn)品 TG 209 F3 Tarsus?熱重分析儀測(cè)試；氮?dú)鈿夥?，測(cè)試的溫度范圍為室溫 ～1 000 ℃，升溫速度 10 ℃/min。

3 結(jié)果與討論

3.1 組分分析

為研究無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的性能，首先要了解無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的主漆和固化劑的成分。分別測(cè)試了主漆和固化劑的熱失重性能，如圖 1（a）和圖 1（b）所示。

無溶劑型環(huán)氧地坪涂料通常配方中使用雙酚 A 環(huán)氧樹脂，胺類固化劑，甘油醚等活性稀釋劑以及填料等［4］。從圖 1（a）可以看出，主漆的熱失重曲線有 2 個(gè)失重峰：第 1 個(gè)失重峰的質(zhì)量損失為 43 %，對(duì)應(yīng)的最大分解速率溫度為 344 ℃；第 2 個(gè)失重峰的質(zhì)量損失為39 %，對(duì)應(yīng)的最大分解速率溫度為 418 ℃。從分解溫度可知，第 2 個(gè)失重峰對(duì)應(yīng)著環(huán)氧樹脂的分解，第 1 個(gè)失重峰可能對(duì)應(yīng)著活性稀釋劑的分解。從圖 1（a）還可以看出，主漆中幾乎沒有填料成分。從圖 1（b）可以看出，固化劑的最大分解速率溫度為 168 ℃，熱失重的殘重很少。這說明固化劑的成分簡(jiǎn)單，主要為胺類固化劑；固化劑中也幾乎沒有填料成分。

圖1 無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的主漆和固化劑的熱失重曲線

與常規(guī)的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的成分相比，該無溶劑型環(huán)氧地坪涂料成分中填料的量太少。適當(dāng)?shù)丶尤胫鼐?、石英粉等填料，可提高無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的力學(xué)性能。

3.2 力學(xué)性能

不同比例的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的邵氏硬度和抗壓強(qiáng)度，如表 1 所示。

表1 不同比例的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的力學(xué)性能

從表 1 可以看出，當(dāng)固化劑的比例低于 100∶50（w/w）時(shí)，無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的脆性較強(qiáng)，抗壓強(qiáng)度不高。當(dāng)固化劑的比例達(dá)到 100∶80（w/w）時(shí)，無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的抗壓強(qiáng)度提高。這可能是因?yàn)楣袒瘎┲械陌愤^量后，殘余的氨類小分子較多，起到了增塑的作用；導(dǎo)致無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的脆性降低。

3.3 紅外分析

紅外光譜能夠分析出無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的種類和反應(yīng)程度。無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的紅外光譜分析的結(jié)果，如圖 2 所示。

語(yǔ)言作為一種重要的非物質(zhì)文化要素，是推動(dòng)歷史發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的重要力量，是文化得以發(fā)生、發(fā)展、傳遞的根本保證，因此應(yīng)該把開發(fā)和運(yùn)用方言所承載的優(yōu)秀文化視為當(dāng)前語(yǔ)言文字工作中的重點(diǎn)。在語(yǔ)言可持續(xù)發(fā)展道路上，要突出方言文化多元豐富的特色，要依靠新技術(shù)、新媒體進(jìn)行創(chuàng)新傳播，最大程度地激發(fā)大眾的自我需求和文化認(rèn)同，真正做到在新媒體環(huán)境下保護(hù)、傳播和傳承優(yōu)秀傳統(tǒng)文化。

圖2 不同比例的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的紅外光譜

圖 2 的紅外光譜中，1 729cm-1處是 C=O 的特征峰，1 606 cm-1和 1 507 cm-1處是苯環(huán)的特征吸收峰，1 245cm-1處是芳醚的吸收峰，1 181 cm-1是脂肪族叔胺 C-N 吸收峰，1 033cm-1處是仲醇的 C-O 伸縮振動(dòng)吸收峰，825 cm-1處是環(huán)氧基的特征吸收峰。這說明，該無溶劑型環(huán)氧地坪涂料為雙酚 A 類的環(huán)氧地坪涂料。

從圖 2 的紅外光譜還可以看出，不同固化劑比例條件下環(huán)氧地坪的紅外光譜比較接近，這說明 3 個(gè)樣品的交聯(lián)都比較完全［5］。

3.4 動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析

不同比例的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析的結(jié)果，如圖 3 所示。

從圖 3 可以看出，當(dāng)樣品比例為 100∶50（w/w）時(shí)，無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的交聯(lián)程度最高，玻璃化溫度最高。此時(shí)的樣品的玻璃化溫度遠(yuǎn)超過正常的無溶劑環(huán)氧地坪涂料的玻璃化溫度，所以產(chǎn)品有很高的脆性，無法滿足使用要求。

圖3 不同比例的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析曲線

當(dāng)樣品比例為 100∶20（w/w）時(shí)，固化劑的用量不足；無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的環(huán)氧樹脂的交聯(lián)不充分，玻璃化溫度降低了13℃。此時(shí)樣品的玻璃化溫度還是比較高，產(chǎn)品依然具有較高的脆性。可能是因?yàn)樵摌悠分刑盍虾刻?，涂料固化后收縮應(yīng)力過高導(dǎo)致。

而當(dāng)樣品比例為100∶80（w/w）時(shí)，固化劑的用量過高，固化后的環(huán)氧地坪涂料中有大量的固化劑小分子殘余；無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的玻璃化溫度也明顯的降低，降幅達(dá)到 33 ℃。此時(shí)樣品具有了柔性，壓縮時(shí)不發(fā)生脆性斷裂。

不同比例的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的玻璃化溫度和損耗因子 tanδ最大值的結(jié)果，如表 2 所示。從表 2 還可以看出，該無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的損耗因子 tanδ最大值，明顯高于常規(guī)的合格的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料。

表2 不同比例的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的玻璃化溫度和損耗因子 tanδ 最大值

分別以不同比例的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的玻璃化溫度和損耗因子 tanδ最大值為橫、縱坐標(biāo)畫圖，如圖 4 所示。

從圖 4 可以看出，增加或者減少固化劑的用量，都可以使無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的玻璃化溫度下降，柔韌性增強(qiáng)，脆性降低。但是無論固化劑的配比如何改變，都無法使其達(dá)到合理的玻璃化溫度和損耗因子 tanδ最大值的范圍。

圖4 不同比例的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的玻璃化溫度和損耗因子 tanδ 最大值的關(guān)系圖

3.5 熱失重分析

不同比例的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的熱失重分析的結(jié)果，如圖 5 所示。

圖5 不同比例的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的熱失重曲線

從圖 5 中可以看出，當(dāng)樣品比例不超過 100∶50（w/w）時(shí)，環(huán)氧地坪涂料在 200 ℃ 質(zhì)量損失不大，不揮發(fā)物含量達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。同時(shí)還可以看出，環(huán)氧地坪涂料的最大分解速率溫度為 370 ℃ 左右，環(huán)氧地坪涂料在 450 ℃ 時(shí)能夠完全分解。

不同比例的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的 200 ℃ 時(shí)的質(zhì)量損失和最大分解速率溫度的結(jié)果，如表 3 所示。

表3 不同比例的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的 200℃ 時(shí)的質(zhì)量損失和最大分解速率溫度

從表 3 可以看出，當(dāng)固化劑的用量增加時(shí)，無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的 200 ℃ 質(zhì)量損失逐漸增加，而最大分解速率溫度逐漸降低。

分別以不同比例的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的 200 ℃ 時(shí)的質(zhì)量損失和最大分解速率溫度為橫、縱坐標(biāo)畫圖，如圖 6 所示。

圖6 不同比例的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的 200 ℃ 時(shí)的質(zhì)量損失和最大分解速率溫度的關(guān)系圖

從圖 6 可以看出，當(dāng)樣品比例為 100∶50（w/w）時(shí)，無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的 200 ℃ 時(shí)質(zhì)量損失和最大分解速率溫度與常規(guī)的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料較為接近。當(dāng)改變固化劑的用量時(shí)，無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的200 ℃ 時(shí)質(zhì)量損失和最大分解速率溫度與常規(guī)的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的偏離就更遠(yuǎn)了。

從以上分析可知，無法僅僅通過改變樣品比例，來實(shí)現(xiàn)無溶劑型環(huán)氧地坪涂料達(dá)標(biāo)的目的。為了降低無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的脆性，可以使用帶有長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)的柔韌性較高的固化劑，或者加入少量的增韌劑對(duì)樣品進(jìn)行增韌處理。另外，還可以在無溶劑型環(huán)氧地坪涂料中加入適量的填料，降低無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的脆性，提高無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的抗壓強(qiáng)度。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)一款脆性的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料，調(diào)整了固化劑的比例，測(cè)試了無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的力學(xué)性能，研究了樣品的玻璃化溫度、損耗因子 tanδ最大值、200 ℃ 時(shí)的質(zhì)量損失和最大分解速率溫度等參數(shù)隨固化劑的比例而變化。通過與常規(guī)的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的對(duì)比，提出了配方的改進(jìn)方法。Q