姜廣明，馬海旭，肖凱巍，胡 水

（1.中國建筑科學研究院有限公司，北京 100013；2.北京化工大學，北京 100029）

0 引言

無溶劑型環(huán)氧地坪涂料具有優(yōu)良的耐磨、耐介質(zhì)性能，能夠起到保護建筑地面的作用。有些場合下，工程希望使用具有彈性的無溶劑型地坪涂料，這要求材料應當具有一定的拉伸強度、斷裂伸長率和柔韌性。無溶劑型聚氨酯地坪涂料具有優(yōu)良的附著力，同時還具有優(yōu)異的耐磨性和彈性，很適合作為彈性地坪涂料使用［1］。

由于環(huán)氧樹脂的柔韌性不如聚氨酯材料，要想提高環(huán)氧地坪涂料的耐沖擊性和彈性必須在配方中加入一些增韌劑材料［2］，或者在環(huán)氧樹脂結構上引入橡膠彈性體的成分，以及使用彈性較高的固化劑成分。當無溶劑型環(huán)氧地坪涂料中的活性稀釋劑的加入比例達到3.0 %～6.0 % 時，無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的邵氏硬度（D型）可以達到 80 左右，抗壓強度可以達到 80 MPa［3］。若無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的活性稀釋劑，如縮水甘油醚的含量高達 20 %～25 % 時，稀釋劑的增塑作用明顯，無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的抗壓強度則能降低到 20 MPa左右［4］。廈門固克涂料集團有限公司使用拉伸伸長率來反映無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的柔韌性，不同的采用環(huán)氧大豆油作為活性稀釋劑的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料，其伸長率可以從 11 % 調(diào)節(jié)到 20 %［5］。

本文研究了一款彈性無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的主漆和固化劑的成分，通過研究不同比例的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的力學性能、紅外分析、動態(tài)熱機械分析和熱失重分析等，比較了彈性無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的特點，并給出了配方的調(diào)整意見。

1 原材料

本文使用的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料，樣品為棕色。當樣品比例為主漆：固化劑=100∶20（w/w）時，無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的邵氏硬度（D 型）為 75，抗壓強度（壓縮應變 20 %）為 42 MPa。

為了更好地研究該無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的物理性能，筆者在原樣品比例基礎上增加或者減少了一部分固化劑的用量?？疾鞂悠繁壤臑橹髌幔汗袒瘎?100∶15（w/w）和 100∶30（w/w）時，3 種不同比例的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的力學性能。

2 實驗設備

熱失重分析使用德國 Netzsch 公司產(chǎn)品 TG 209 F3 Tarsus?熱重分析儀測試；氮氣氣氛，測試的溫度范圍為室溫 -1 000 ℃，升溫速度 10 ℃/min。

抗壓強度使用日本 Shimadz 公司生產(chǎn)的 AG-IC 100 kN 萬能材料試驗機。

紅外光譜使用美國 Thermo Fisher SCIENTIFIC 公司生產(chǎn)的 Nicolet 6 700 傅立葉變換紅外光譜儀測試，掃描范圍為 4 000～400cm-1，分辨率為 4 cm-1。采用 ATR 方式測試涂層的紅外光譜。

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

3 結果與討論

3.1 涂料組分的熱失重分析

無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的性能，是由主漆和固化劑的成分，以及它們的配比和反應程度等共同決定的。采用熱失重分析方法，來研究無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的主漆和固化劑的成分；熱失重分析的結果如圖 1（a）和圖 1（b）所示。

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

從圖 1（a）可以看出，無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的主漆的熱失重曲線，主要有 5 個失重峰：178 ℃ 和 268 ℃的熱失重主要對應著稀釋劑成分，質(zhì)量損失總計約為10 %；418 ℃ 的熱失重對應著環(huán)氧樹脂，質(zhì)量損失為21 %；598 ℃ 和 693 ℃ 的熱失重對應著填料的分解。主漆中的稀釋劑的分解溫度較低，說明稀釋劑成分的分子量較低，有可能不是活性稀釋劑，而是普通的稀釋劑。主漆在 598 ℃ 的熱分解失重，相當于 26 % 的碳酸鈣分解；同時主漆的熱失重的殘重高達 55 %。這說明，主漆中的填料成分非常高，而主漆中的環(huán)氧樹脂等有機成分的含量較低，僅占 22 %。

從圖 1（b）可以看出，無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的固化劑的熱失重曲線主要有 4 個失重峰：98 ℃ 的熱失重代表易揮發(fā)溶劑和少量的水分的揮發(fā)；其含量高達 50 %（經(jīng)氣相色譜分析，固化劑中的水分含量約占 5 %）；248 ℃、373 ℃ 和 453 ℃ 的熱失重則對應著多種胺類固化劑成分的分解。固化劑的熱失重曲線，說明固化劑中的小分子溶劑成分過高；胺類固化劑的比例不高。

3.2 力學性能

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)氧地坪涂料的力學性能

從表1可以看出，當樣品比例為主漆∶固化劑=100∶20 （w/w）時，抗壓強度（壓縮應變 20 %）接近 GB/T 22374－2018《地坪涂裝材料》的要求，抗壓強度（破壞）接近 JC/T 1015－2006《環(huán)氧樹脂地面涂層材料》的要求，抗 壓強度（屈服）略低于 HG/T 3829－2006《地坪涂料》的要求。這說明該無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的硬度不是太硬，彈性較強；測試抗壓強度時，當無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的壓縮應變超過 20 % 才發(fā)生破壞。當樣品比例為主漆∶固化劑=100∶15（w/w）時，無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的抗壓強度（破壞）超過了 80 MPa，此時無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的抗壓強度超過了國內(nèi)地坪涂料標準的要求，同時還具有一定的彈性。但是當樣品比例為主漆∶固化劑=100∶30（w/w）時，無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的力學性能非常低，該配比下不適于作為地坪涂料使用。

從表 1 還可以看出，當固化劑的比例降低時，最終的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的力學性能上升，邵氏硬度（D 型）和抗壓強度都逐漸增強。即便是樣品比例為主漆∶固化劑=100∶15（w/w）時，無溶劑型環(huán)氧地坪涂料仍然有一定的彈性，抗壓強度破壞時的壓縮應變?nèi)匀怀^了 20 %。這種特性使得該無溶劑型環(huán)氧地坪涂料，與常見的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料表現(xiàn)出了明顯的差別。

3.3 紅外分析

不同比例的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的紅外光譜的結果，如圖 2 所示。

圖 2 的紅外光譜是雙酚 A 類的環(huán)氧地坪涂料的典型紅外光譜。紅外光譜圖中 1 729 cm-1處是 C=O 的特征峰，1 606 cm-1和 1 507cm-1處是苯環(huán)的特征吸收峰，1 245 cm-1處是芳醚的吸收峰，1 181 cm-1處是脂肪族叔胺C-N 吸收峰，1 033cm-1處是仲醇的 C-O 伸縮振動吸收峰，825 cm-1處是環(huán)氧基的特征吸收峰。

圖2 不同比例的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的紅外光譜

不同比例的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的紅外光譜的紅外峰幾乎完全相同。從圖 2 還可以看出，樣品比例為主漆∶固化劑=100∶15（w/w）時，無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的在 825 cm-1處的環(huán)氧基的吸收峰比較強。當固化劑的比例提高時，無溶劑型環(huán)氧地坪涂料在 825 cm-1處的環(huán)氧基的吸收峰明顯降低。這是因為固化劑增多時，主劑的環(huán)氧基反應的更加完全，環(huán)氧基的剩余量減少。

3.4 動態(tài)熱機械分析

不同比例的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的動態(tài)熱機械分析的結果，如圖 3 所示。

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

從圖 3 可以看出，當固化劑的比例提高時，無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的玻璃化溫度迅速降低，損耗因子也有大幅度的升高。這有兩個方面的原因：一方面由于固化劑的用量提高，無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的交聯(lián)程度降低，彈性也增強了；另一方面由于固化劑中的殘余溶劑增多，對固化后的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的增塑作用也變強了。

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最大值的結果如表 2 所示。

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 tan δ 最大值

從表 2 可以看出，當樣品中的固化劑的比例從100∶15（w/w）提高到100∶20（w/w）時，無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的玻璃化溫度降低了 19.2 ℃。當樣品中的固化劑的比例繼續(xù)提高到 100∶30（w/w）時，無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的玻璃化溫度又繼續(xù)降低了 8.2 ℃；此時無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的玻璃化溫度遠低于 60 ℃，已經(jīng)不在無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的合理范圍內(nèi)。

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、縱坐標畫圖，如圖 4 所示。

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 tan δ 最大值的關系圖

從圖 4 可以看出，選用不同的樣品比例時，該樣品的玻璃化溫度和損耗因子 tanδ最大值之間接近線性變化關系。當樣品比例為主漆∶固化劑=100∶15（w/w）時，無溶劑環(huán)氧地坪涂料的玻璃化溫度，最符合常規(guī)的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的玻璃化溫度。這與該樣品比例時，無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的力學性能最符合地坪涂料的標準是一致的。

不論是何種樣品比例，該無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的彈性損耗都非常低。該無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的損耗因子 tanδ最大值，明顯地低于常規(guī)的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的損耗因子 tanδ最大值。由于該彈性無溶劑型環(huán)氧地坪涂料使用的是彈性較好的環(huán)氧樹脂和固化劑分子，主漆中的填料成分的比例加入的太高，換言之固化后的無溶劑環(huán)氧地坪涂料的樹脂成分或者說有機成分的含量太低，所以損耗因子比較低。

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 還可以看出，該無溶劑型環(huán)氧地坪涂料在200 ℃ 質(zhì)量損失較大，說明固化后的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的揮發(fā)性有機物（VOC）含量較高。從圖 5 還可以看出，該無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的最大分解速率溫度在 410 ℃ 以下，無溶劑型環(huán)氧地坪涂料在 520 ℃ 時能夠完全分解。

為了更清晰的看出不同溫度時的熱失重速率，將無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的熱失重微分曲線繪于圖 6 中。

圖6 不同比例的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的熱失重微分曲線

從圖 6 可以更加明顯地看出，無溶劑型環(huán)氧地坪涂料在 200 ℃ 以下的質(zhì)量損失分為 2 個階段：第一個失重峰為 87 ℃，對應著來自于固化劑中的殘余溶劑；第 2 個失重峰為 150 ℃，對應著來源于主漆中的殘余溶劑。從圖 6 還可以看出，當固化劑的比例增加時，無溶劑環(huán)氧地坪涂料的熱穩(wěn)定性下降，最大分解速率溫度下降了近 50 ℃。

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

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

從表 3 可以看出，當固化劑的比例提高時，無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的 200 ℃ 質(zhì)量損失從 4.2 % 提高到 10.8 %，而最大分解速率溫度從 405 ℃ 降低到 351 ℃。這說明高溶劑含量的固化劑的比例提高時，無溶劑環(huán)氧地坪涂料中的揮發(fā)性有機物含量增加；而且由于固化劑的過量，導致無溶劑環(huán)氧地坪涂料的交聯(lián)程度下降，耐熱性反而變的更差。

分別以不同比例的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的 200 ℃時的質(zhì)量損失和最大分解速率溫度為橫、縱坐標畫圖，如圖 7 所示。

圖7 不同比例的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的 200 ℃ 時的質(zhì)量損失和最大分解速率溫度的關系圖

從圖 7 可以看出，該樣品的 200 ℃ 時的質(zhì)量損失率和最大分解速率溫度隨固化劑含量的變化而接近線性變化。當樣品配比為主漆∶固化劑=100∶20（w/w）時，無溶劑環(huán)氧地坪涂料的 200 ℃ 時的質(zhì)量損失率，略高于常規(guī)的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的 200 ℃ 時的質(zhì)量損失率。當更改樣品配比為主漆∶固化劑=100∶15（w/w）時，無溶劑環(huán)氧地坪涂料的 200 ℃ 時的質(zhì)量損失率更低、更合理，同時無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的力學性能有較大提高，能夠達到現(xiàn)行國家標準的要求。

從以上分析可知，該無溶劑型環(huán)氧地坪涂料對固化劑的用量比較敏感，混合時應準確地稱取固化劑的重量。該無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的固化劑中含有大量的小分子溶劑，為了更優(yōu)的使用性能和環(huán)保性能，應當適當降低固化劑中小分子溶劑的含量，或者更換為只含有少量溶劑的胺類固化劑。通過適當?shù)恼{(diào)整，使得該無溶劑型環(huán)氧地坪涂料具有更良好的性能，并能滿足需要使用彈性地坪涂料的特殊場合。

4 結論

本文研究了一種彈性無溶劑型環(huán)氧地坪涂料的成分，測試了其力學性能，研究了其紅外光譜、玻璃化溫度、損耗因子 tanδ最大值、熱失重參數(shù)等隨固化劑用量改變的變化情況，并與普通的無溶劑型環(huán)氧地坪涂料進行了比較。根據(jù)現(xiàn)有的地坪涂料的檢測標準和要求，對該彈性無溶劑型環(huán)氧地坪涂料提出了一些要求和改進意見。Q