陸巖明

(蘭州蘭石雅信建設(shè)工程有限公司,甘肅 蘭州 730000)

環(huán)氧樹脂是一種高性能熱固性塑料,以其優(yōu)異的物理和化學(xué)特性在各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。作為粘合劑、涂料、增強(qiáng)塑料以及復(fù)合材料的構(gòu)成要素,環(huán)氧樹脂不僅在軍工、航空等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,也在建筑材料領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用,不僅可以作為功能性建筑材料本身,還可以被應(yīng)用到建筑中的地板、墻壁、屋頂?shù)雀鱾€方面。環(huán)氧樹脂作為一種功能性建筑材料,還具有多種材料所不具備的優(yōu)勢,如耐腐蝕、耐疲勞、高拉伸壓縮和彎曲強(qiáng)度等。同時,環(huán)氧樹脂還具有低收縮率和高電絕緣等優(yōu)秀的特性,使其在電子、通訊等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。盡管在使用過程中環(huán)氧樹脂也存在一些有害物質(zhì),但是通過科學(xué)的配方設(shè)計(jì)和正確的使用方法,這些危害是可以避免或者降低的。在未來的建筑材料領(lǐng)域,環(huán)氧樹脂有著廣泛的應(yīng)用前景,其優(yōu)異特性和可塑性將有助于創(chuàng)造更加美好、健康和安全的建筑環(huán)境。

1 環(huán)氧樹脂材料簡介

環(huán)氧樹脂是一種重要的高分子材料,其具有良好的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性,在工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。環(huán)氧樹脂的結(jié)構(gòu)特性主要包括以下幾個方面。

①分子結(jié)構(gòu):環(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜,由環(huán)氧基、酚羥基和氨基等組成。其中,環(huán)氧基是其最為重要的官能團(tuán),其分子中含有一個三元環(huán)氧環(huán)。這種環(huán)結(jié)構(gòu)賦予了環(huán)氧樹脂獨(dú)特的性能和反應(yīng)活性;②固化反應(yīng):環(huán)氧樹脂通常需要與固化劑進(jìn)行反應(yīng),以形成高強(qiáng)度的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以有效地提高環(huán)氧樹脂的熱穩(wěn)定性、耐化學(xué)性和機(jī)械性能;通常使用的固化劑有胺類、酸類和酚類等;③硬化程度:環(huán)氧樹脂的硬化程度對其性能有著顯著的影響,不同的硬化劑和硬化條件都會導(dǎo)致不同的硬化程度,進(jìn)而影響環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能和耐化學(xué)性;④熱性能:環(huán)氧樹脂具有較高的熱穩(wěn)定性,可以在高溫下保持較好的機(jī)械性能[1]。同時,環(huán)氧樹脂還具有較好的阻燃性能,可以在一定程度上減少火災(zāi)事故的危害。

2 環(huán)氧樹脂特性分析

2.1機(jī)械性能

環(huán)氧樹脂能夠在黏著劑、涂料、復(fù)合材料等領(lǐng)域有所應(yīng)用,其原因在于其機(jī)械性能出色,它決定了材料的強(qiáng)度、剛度、塑性和硬度等方面。而其機(jī)械性能取決于其分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成,以及生產(chǎn)過程的參數(shù)。

首先是剛度和強(qiáng)度。剛度是指材料抵抗彎曲變形的能力,而強(qiáng)度則是指材料承受外力而不斷裂的能力。由于環(huán)氧樹脂分子中含有環(huán)氧基團(tuán),這些基團(tuán)的化學(xué)活性使得它們可以與多種硬化劑反應(yīng),從而形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)。這種交聯(lián)結(jié)構(gòu)賦予了環(huán)氧樹脂出色的剛度和強(qiáng)度,因此它被廣泛應(yīng)用于制備高強(qiáng)度、高剛度的復(fù)合材料。與此同時,環(huán)氧樹脂具有一定的塑性,因?yàn)樵谄浞肿咏Y(jié)構(gòu)中含有柔性鏈段,能夠抵抗一定的變形。然而,由于環(huán)氧樹脂是一種熱固性材料,它的塑性和可加工性相對較差[2]。此外,環(huán)氧樹脂也具有一定的硬度,這是由其分子中含有的環(huán)氧基團(tuán)所賦予的。

2.2 化學(xué)性能

在環(huán)氧樹脂的化學(xué)性能方面,主要包括化學(xué)穩(wěn)定性、反應(yīng)活性和固化性能三個方面。首先,環(huán)氧樹脂對一般化學(xué)試劑具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性,耐酸、耐堿、耐鹽水等性能均較優(yōu)秀,但在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等極端條件下,環(huán)氧樹脂仍然會受到一定的侵蝕性作用。其次,由于環(huán)氧基的高反應(yīng)活性,環(huán)氧樹脂具有良好的黏附性能,在黏合劑領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。同時,環(huán)氧樹脂還可以與多種活性化合物發(fā)生加成反應(yīng),生成不同結(jié)構(gòu)的固化產(chǎn)物,這使得環(huán)氧樹脂在材料加工制備中表現(xiàn)出較優(yōu)秀的性能。在環(huán)氧樹脂的固化性能方面,主要包括反應(yīng)動力學(xué)和固化產(chǎn)物性能兩個方面?？梢酝ㄟ^改變反應(yīng)條件,例如溫度、催化劑種類與用量等來控制反應(yīng)速率,從而達(dá)到定制不同固化產(chǎn)物的目的[3]。同時,環(huán)氧樹脂在固化后的材料性能方面表現(xiàn)出較高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性等優(yōu)秀特性。

2.3 防腐性能

環(huán)氧樹脂的防腐作用主要源自其分子中含有兩個或兩個以上環(huán)氧基團(tuán),在活性劑的催化下形成交聯(lián)結(jié)構(gòu),形成一種非常堅(jiān)硬、穩(wěn)定、耐高溫的硬膜,能夠有效地阻止外界環(huán)境中的有害物質(zhì)侵蝕。環(huán)氧樹脂的防腐性能與其成膜性、附著力、抗沖擊性和抗壓性等密切相關(guān)。通常情況下,環(huán)氧樹脂防腐涂層需要選用一些優(yōu)質(zhì)的助劑和填料來提高其成膜性、流動性和附著力。值得一提的是,環(huán)氧樹脂防腐涂料不僅能夠有效地防止金屬腐蝕,還比其他類型的防腐涂料更具有生態(tài)友好性,能夠減少有害物質(zhì)的排放,促進(jìn)環(huán)保事業(yè)的發(fā)展[4]。

2.4 黏附性

環(huán)氧樹脂是一種具有較高黏附性的密封材料,它能夠與各類基材黏附,包括金屬、混凝土、玻璃等。在實(shí)際應(yīng)用中,需要考慮黏附性能的影響因素。首先,環(huán)氧樹脂的表面處理對其黏附性有著很大影響。常見的表面處理方法有機(jī)械處理、化學(xué)處理和物理處理等,不同的處理方式會對接下來的黏附性能有著不同的影響。其次,黏附部位的表面形態(tài)以及表面能量也是影響?zhàn)じ叫缘闹匾蛩?。相對平整的表面會對黏附性產(chǎn)生積極的影響,不同的表面能量也會對黏附性產(chǎn)生影響。除此之外,環(huán)氧樹脂的黏附性還與其固化速率、固化溫度、黏液的質(zhì)量比等因素有關(guān)。在使用環(huán)氧樹脂進(jìn)行粘接時,需要注意粘接部位的表面狀態(tài),選擇合適的裝配方式和施工工藝,以及控制固化和干燥時間等因素。

3 環(huán)氧樹脂作為功能性建筑材料的應(yīng)用

3.1 地坪材料

環(huán)氧樹脂地坪具有耐磨、防靜電、防水、防腐蝕、易保養(yǎng)等特點(diǎn),因此可作為優(yōu)秀的地面裝飾材料。對于生產(chǎn)車間,地坪的平整度、施工時間、耐磨性能以及防靜電等特點(diǎn)都至關(guān)重要。使用環(huán)氧樹脂地坪可以有效提升生產(chǎn)車間的空氣質(zhì)量和工作效率,并且地面不會像傳統(tǒng)混凝土地面一樣容易產(chǎn)生灰塵和污垢。此外,環(huán)氧樹脂地坪也能夠避免因地面松動或者開裂而導(dǎo)致設(shè)備的損壞,從而保障了生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行。在醫(yī)院手術(shù)室、實(shí)驗(yàn)室等場所中,環(huán)氧樹脂地具有防菌、防污染等特點(diǎn),因此可以有效避免細(xì)菌滋生和傳播,為醫(yī)護(hù)人員提供一個安全干凈的工作環(huán)境,并且對患者的健康也有積極的保障作用。在電子廠等場所,電子設(shè)備對環(huán)境的要求非常高,靜電會對電子器件產(chǎn)生不良影響。使用環(huán)氧樹脂地坪可以有效降低靜電產(chǎn)生的可能性,避免電子設(shè)備受到靜電損壞。

3.2 復(fù)合材料

目前,研究人員通過對建筑材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬,結(jié)合水性環(huán)氧樹脂制備了改性瀝青黏層的復(fù)合材料,并對不同條件下環(huán)氧樹脂材料所展現(xiàn)的性能進(jìn)行了研究,結(jié)果顯示:復(fù)合材料中水性環(huán)氧樹脂含量越高,其力學(xué)性能越強(qiáng)。而當(dāng)復(fù)合材料中水性環(huán)氧樹脂含量較少時,材料性能會在較大程度上受周圍溫度的影響。當(dāng)其比例提升到20%后,材料力學(xué)性能受環(huán)境溫度的影響逐漸減小。材料性能受環(huán)氧樹脂含量的影響見表1。

表1 不同含量水性環(huán)氧樹脂的材料力學(xué)性能統(tǒng)計(jì)

另外,研究人員通過三乙烯四胺與E51、聚乙二醇二縮水甘油醚反應(yīng)合成了一種水性固化劑,通過該固化劑制備了水性環(huán)氧樹脂涂料,該涂料性能測試與JC/T2217—2014要求對比見表2。

表2 水性環(huán)氧樹脂涂料的性能

3.3 結(jié)構(gòu)粘接材料

在建筑工程中,環(huán)氧樹脂可以與金屬、混凝土、木材等多種材料進(jìn)行粘接。它可以用于固定建筑物中的鋼梁、鋼板、鋼筋等構(gòu)件,還可以用于修復(fù)損壞的建筑構(gòu)件。同時,環(huán)氧樹脂也可以作為涂料來保護(hù)建筑物表面,增加建筑物的使用壽命。

在使用環(huán)氧樹脂進(jìn)行結(jié)構(gòu)粘接時,需要注意以下幾個方面。首先,要保證結(jié)構(gòu)表面清潔干燥,無油污、塵埃等雜物;其次,需要選擇合適的環(huán)氧樹脂型號和比例,進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌旌?最后,在涂覆環(huán)氧樹脂前,應(yīng)先進(jìn)行試驗(yàn)和檢查,以確保結(jié)構(gòu)粘接質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性。

最近幾年,隨著建筑工程對高強(qiáng)度、輕質(zhì)化和綠色環(huán)保材料的需求,越來越多的環(huán)氧樹脂被應(yīng)用到建筑工程中。例如,在地震后的建筑物修復(fù)中,環(huán)氧樹脂可以快速愈合破壞的部位,提高建筑物的抗震性能。在建筑節(jié)能領(lǐng)域,環(huán)氧樹脂的低揮發(fā)性和不含溶劑的特點(diǎn)使其成為一種優(yōu)秀的隔熱材料。同時,環(huán)氧樹脂具有很好的可塑性和抗腐蝕性,也成為水族館、游泳池等建筑物結(jié)構(gòu)粘接的理想選擇。

3.4 防水材料

一般來說,環(huán)氧樹脂作為防水材料主要應(yīng)用于以下兩個方面:一是地下室、隧道、橋梁、水池等建筑物的防水層;二是樓宇、室內(nèi)各種水池、浴池、魚缸等封堵漏水處。

對于第一種應(yīng)用場合,環(huán)氧樹脂主要是作為涂層來使用的。具體來說,首先要將基層進(jìn)行打磨、清洗、除塵等處理,然后再施工環(huán)氧樹脂底漆,接著是環(huán)氧樹脂中涂層和面漆。這樣,就可以形成一層堅(jiān)實(shí)、緊密的防水膜,阻止地下水、雨水等液體的滲透。對于第二種應(yīng)用場合,通常需要使用環(huán)氧樹脂充填劑。在進(jìn)行充填之前,需要對漏點(diǎn)進(jìn)行深度的檢查和定位,以此確定充填的具體位置和面積。再進(jìn)行環(huán)氧樹脂的配置和充填施工,使其填充在漏點(diǎn)處,并且密實(shí)緊固,這樣就能夠快速有效地解決漏水問題。

需要注意的是,使用環(huán)氧樹脂作為防水材料需要遵守一定的施工規(guī)范和要求。例如,在施工前需要充分了解材料的性質(zhì)和特點(diǎn),確定適宜的施工溫度、濕度等條件,確保施工質(zhì)量。同時,在施工過程中還要及時進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)問題及時整改。

3.5 裝飾材料

與傳統(tǒng)裝飾材料相比,環(huán)氧樹脂作為一種新型裝飾材料,具有很多優(yōu)點(diǎn),如較高的強(qiáng)度、良好的耐久性、不易受潮濕影響、抗化學(xué)侵蝕能力強(qiáng)等,因此廣泛應(yīng)用于建筑裝飾、家居裝飾、商業(yè)空間裝修等領(lǐng)域。在建筑裝飾方面,環(huán)氧樹脂地坪、環(huán)氧樹脂涂料、環(huán)氧自流平等產(chǎn)品得到了廣泛應(yīng)用。環(huán)氧樹脂地坪具有密實(shí)、光滑、美觀的特點(diǎn),還能防止灰塵、水等進(jìn)入地下,有效地保護(hù)地下結(jié)構(gòu)的安全。而環(huán)氧樹脂涂料則因其顏色豐富、附著力強(qiáng)、抗劃傷、抗老化等特點(diǎn)受到廣泛的關(guān)注。在家居裝飾方面,環(huán)氧樹脂材料可以被用于墻面、天花板、地面、家具等不同的裝飾部位,而且隨著環(huán)氧樹脂的不斷發(fā)展,其藝術(shù)性和實(shí)用性也得到了提高。在商業(yè)空間裝修方面,環(huán)氧樹脂作為一種新型材料,也得到了越來越多的應(yīng)用。比如,在商場、博物館、劇院等公共場所,環(huán)氧樹脂地坪、墻面涂料等產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用,它們有著良好的耐磨性、耐劃傷性、防滑性等特點(diǎn),在場地使用和維護(hù)上有很高的性價比和經(jīng)濟(jì)性,可以大幅度降低使用成本。

3.6 維修材料

隨著建筑物使用年限的不斷增加,其維修和保養(yǎng)也越來越重要。而傳統(tǒng)的維修材料往往存在耐久度低、易磨損等問題。環(huán)氧樹脂作為一種強(qiáng)度高、耐腐蝕、防水防潮的無機(jī)材料,可與混凝土和鋼筋等建筑材料相結(jié)合,形成堅(jiān)固的復(fù)合體,從而被廣泛應(yīng)用于建筑物的地面、墻面及頂棚的修復(fù)、封施、防水層和涂裝層等處。其具體應(yīng)用方法如下:①表面處理:維修部位先清洗干凈,去除油污、灰塵等雜質(zhì),以確保環(huán)氧樹脂與被修補(bǔ)材料之間的黏附力;②制備環(huán)氧樹脂材料:按照要求配制環(huán)氧樹脂材料。通常需要加入硬化劑、稀釋劑等,確保材料的流動性和粘附性。在制備時需要注意環(huán)氧樹脂材料的比例和攪拌時間,以確保其品質(zhì)[5];③涂覆環(huán)氧樹脂:將制備好的環(huán)氧樹脂涂覆到維修部位上,涂布均勻,厚度一致。在涂布后需及時對材料進(jìn)行抹平、磨平,以確保表面光滑;④固化時間:讓環(huán)氧樹脂在空氣中自然固化20～30min后,再用溫水加速固化,以提高固化效率。

4 結(jié)語

總體來說,環(huán)氧樹脂作為一種高性能的功能性建筑材料,具有許多獨(dú)特的物理和化學(xué)特性,如強(qiáng)度、硬度、抗磨損性、耐腐蝕性等,在建筑行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。然而,隨著環(huán)保意識的不斷提高,環(huán)氧樹脂也面臨著使用限制和改進(jìn)的要求,如有毒、易揮發(fā)、易燃等問題。因此,盡管環(huán)氧樹脂具有優(yōu)異的物理性能和化學(xué)性能,但在未來的發(fā)展中,需要更多的技術(shù)創(chuàng)新和環(huán)保措施來解決其存在的問題。