環氧地坪涂料研究進展

吳佳俐 劉建釗 李萍 賈艷征 劉鵬程

（中國建材檢驗認證集團股份有限公司，北京 100024）

1 環氧地坪

環氧樹脂是指分子中含有兩個以上環氧基團的一類聚合物的總稱。環氧樹脂地坪是一種以環氧樹脂為主要成膜物，輔以顏填料、級配骨料，配合專用機具及輔材，經現場鋪裝而成的一種彩色、整體無縫的地坪。

在1950年到1953年左右，我國開始研制環氧樹脂，到了1977年到1979年，我國形成了較為完整的環氧地坪工業體系。隨著改革開放一步步進行，工業廠房逐漸增多，環氧地坪由于其優勢得到了迅猛的發展，并且當ISO9000進入中國后，各企業對于質量管理體系認證的觀念加強，從而環氧地坪展開了又一次突飛猛進的發展。如今，涂料所用環氧樹脂占環氧樹脂應用中大約50%左右，環氧地坪占市場份額的70%左右，可見其市場受眾程度不可小覷。

2 環氧地坪涂料基本分類

環氧地坪按照分散介質來分類可以分為：溶劑型環氧地坪、無溶劑型環氧地坪、水性環氧地坪。

環氧地坪按照地坪構造來分類可以分為環氧地坪底漆、環氧地坪中涂、環氧地坪面涂、環氧地坪罩光。

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

市場上主要占主導的地坪涂料為：薄涂式溶劑型地坪涂料、無溶劑型環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 環氧樹脂地坪優點

1）高強度；

2）耐磨損；

3）美觀的地面；

4）具有無接縫；

5）質地堅實；

6）耐藥性佳；

7）防腐；

8）防塵；

9）保養方便；

10）維護費用低廉。

4 研究進展

4.1 功能型環氧地坪涂料

4.1.1 耐熱阻燃環氧地坪

由于環氧地坪可以應用為倉儲物流地坪，驗收時不僅對地面的平整度和水平度有一定的要求。一般的環氧地坪的最高耐受溫度約為80℃，180℃-200℃會發生熱氧化分解。近年來國家對于大面積堆積物倉庫的耐火性能指標不斷提高，所以對于環氧地坪的阻燃性能有一定要求。當存儲倉庫發生火情時，阻燃環氧地坪涂料可以增加絕熱性能，阻止火勢蔓延或者隔離火源[2]，從而可以有效的降低大規模火災發生的概率。在阻燃這方面，環境友好的膨脹型阻燃劑備受關注，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成一種包覆型微膠囊，洪曉東等人正是利用這一點，研究了對添加這種微膠囊的環氧樹脂阻燃性能進行了研究[3]。汝宗林則選用復配氫氧化鋁、三氧化二銻、四溴雙酚A、聚磷酸銨這四種阻燃劑，通過改變這4種物質的添加量來調配各阻燃劑在環氧地坪體系中的比例，固化制樣，通過GB/T8626-2007建筑材料可燃性試驗方法測試火焰持續時間，研究了阻燃環氧地坪涂料中阻燃劑的協同作用[4]。

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

4.1.2 抗菌環氧地坪

隨著工業的發展，環氧地坪涂料開始逐漸向高新電子食品生產基地、醫院、養殖場等方面拓展應用市場[環氧樹脂自流平地坪在現代潔凈車間中的應用]。這些應用場所對于環氧地坪的抗菌性有一定的標準要求。抗菌涂料主要為添加型和結構型兩種形式涂料添加型的抗菌劑通常可以分為有機抗菌劑、無機抗菌劑高分子抗菌劑以及天然抗菌劑。在市場中絕大多數采用的是添加型抗菌劑，添加型抗菌劑更加簡單、直接、有效[6-7]。

負離子抗菌劑，是一種地坪涂料中常用抗菌劑。這種負離子抗菌劑是由負離子發生材料和無機抗菌材料相結合而成的新型材料，可殺滅常見的細菌，并且效率高。主要是通過涂料中羥基負離子電性中和、化學反應和物理吸附的優勢，破壞常見細菌的生物活性以及代謝繁衍的能力，從而使得環氧地坪涂料在高度清潔、無菌場所及高濕潮濕環境等地發揮作用[8]。張然等人在水性環氧固化劑B組分中添加一定量的[9]。

4.1.3 防靜電環氧地坪

電子電器制造、微機計算機精密設備、電氣控制、印刷、紡織、軍工等這些場所對于地面有防靜電和防爆需求，主要是因為摩擦會產生靜電荷，當靜電荷如不能及時導出，會形成靜電積累， 有時靜電壓高達上萬伏[10]。因此采用環氧防靜電地坪涂料涂裝混凝土地面來獲得防止靜電產生的辦法越來越得到廣泛應用。

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

4.1.4 高鉛筆硬度環氧地坪

環氧樹脂在工業應用方面有著大量的優點，但是同時也存在著一些缺點。其缺點之一就是抗劃性較差，當環氧地坪涂層表面抵抗砂狀物等類似尖銳強度高的物質時，其表現劃痕明顯，從而使得實用性和美觀度下降。為了改善這一缺點，通常可以添加一些自身有較高硬度的粒子：碳納米管[13]、石英砂[14]、白炭黑。張雪梅等人采用在環氧樹脂地坪體系中添加并復配石英砂尾砂和白炭黑的方式來提高漆膜的鉛筆硬度。復配兩種物質的添加量，當石英砂尾礦添加量過多時，分散不易均勻，易導致孔隙率變大；而白碳黑添加量過多時，易形成團聚從而破壞涂層結構。當兩種物質的添加量適配時，可以發揮最大協同作用，提高性能[15]。

4.1.5 高防滑性環氧地坪

一般的環氧地坪在鋪裝后，部分驗收后雖然符合GB/T22374-2008標準要求，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，不滿足一些特定場所的性能要求，并且當陰雨天氣時，存在一定的安全隱患。地坪材料的防滑功能可以通過施工時工藝手段的調整，使表面形成拉毛花紋、皺面亦或是橘紋表面和通過添加固體顆粒來實現。在地坪涂料中添加固體顆粒來增加其防滑性能時，若是配方調試合理的情況下，添加固體顆粒對于環氧地坪涂料的防滑性能有一定的提高促進作用；而沒調試好的情況下，固體顆粒會沉在地面底部，在固體顆粒的上層涂覆一層環氧地坪材料，這樣會形成小的接觸角，反而提高了易滑的概率。

唐植賢等人設計出一種帶有桔皮紋理效果的功能性環氧地坪就很好地解決了防滑性較差的這個問題。其環氧地坪涂料的防滑性通過兩種措施來提高：一方面通過在配方中添加有機膨潤土和氣相白炭黑來提高漆膜的硬度和粗糙度；另一方面通過改變施工工藝來實現，主要通過特制的專用拉花輥筒將涂料涂布均勻，并且拉出橘皮紋路。在改善這兩個方面的基礎上，最終的環氧地坪防滑性能可以達到0.7[16]。

4.1.6 耐磨環氧地坪

環氧地坪涂料被廣泛應用的其中一個原因就是其出色的耐磨性，現在由于應用在不同的場所，對于其耐磨的要求有所提高。常見的提高耐磨性能的方式一方面為單純物理添加無機填料將其共混：剛玉、納米金剛石粉[17]、納米氧化鋁[18-19]、硅粉[20]、碳化硅和氧化鋁復配[21]、二硫化鉬[22]或者通過添加耐磨的顏填料（不同顏色的石英粉、硫酸鋇）。這種耐磨涂層屬于結構型非金屬復合材料，是將熱固性高分子膠黏劑基體和硬質耐磨顆粒結合的一種技術[23]。另一方面還可以通過有機改性來提高環氧樹脂的耐磨性能，由于異氰酸酯的耐磨性優于填料，所以可以引入聚氨酯來對環氧樹脂進行改性[24]；還可以用硅酸酯預聚物、有機硅氧烷以及聚硫橡膠等來進行改性[25]。此外當今納米插層技術得到了廣泛發展，可以將耐磨物質通過化學插層手段引入聚合物中，最終制得高耐磨環氧地坪涂料[26]。

4.2 綠色環氧樹脂地坪

隨著社會的發展，環境友好材料越發的受到重視，很多材料都在不斷向著綠色方向研發以及發展。住建部科技與產業發展中心推出的《綠色建材評價標準》研討會于2017年-2018年陸續在各地召開，更加說明了綠色、節能、環保是未來產業發展趨勢，并且會推動整個產業鏈的質量提升。與此同時，很多人也在這方面做了深入研究。

王斌等人利用了環氧大豆油（ESO）分子鏈中含有環氧基團的優勢，且其擁有粘度低的物理性能和無毒的化學性能的優點，將ESO作為活性稀釋劑成分共混到環氧地坪中，共混后可以增塑和稀釋環氧樹脂材料，從而達到改性環氧地坪涂料的目的。ESO盡管綠色環保，但是只用ESO會大大降低環氧地坪的強度，卻可以增韌環氧地坪材料，并且ESO和環氧樹脂混合后的粘度并沒有單純用660A和環氧樹脂混合后的粘度低，所以可以選用ESO和660A進行復配，從而兼顧了兩者的優勢，可以改善環氧地坪材料的柔韌性差的缺點[27]。

在2010年前，我國的水性環氧地坪發展較為緩慢，其技術關鍵點在于使用水性環氧固化劑，以水為溶劑，通過水溶性固化劑與環氧樹脂或水性環氧樹脂結合而成的雙組分地坪涂料[28]，水性環氧樹脂地坪在化學物質釋放方面擁有低VOC甚至零VOC的優勢，并且在物理性能方面可以釋放地面反上來的水汽以降低起鼓、剝離脫落的概率，并且與基材的附著力強[29-30]。我國政府于2015年進一步加大對環保型涂料的支持力度，水性環氧地坪開始逐漸加大生產并擴大了應用市場。2017年江蘇省出臺新政：各行業全面實施水性漆替代油性漆。這種大力加強環保的決心使得很多傳統環氧地坪企業開始轉型。

水性環氧地坪涂料現在主要分為Ⅰ型和Ⅱ型，Ⅰ型水性環氧樹脂為低分子量的液態環氧樹脂配合具有乳化功能的改性胺類固化劑組成的，Ⅱ型水性環氧樹脂為高分子量的固態環氧樹脂粉末配合助劑，乳化成水性環氧樹脂乳液[31]。劉保磊等人對比了這兩種方法中涂膜外觀、干燥時間、耐沖擊性、柔韌性、附著力、耐水性這幾個性能指標，結果表明這兩種類型各有優缺點，可以根據不同技術需求以及應用場合來加以利用并改進[32]。

姚俊海等人依據GB/T22374-2008對油性環氧樹脂和水性環氧樹脂的力學性能進行對比，并對水性環氧樹脂的透氣性原理進行了詳細的分析。水性環氧樹脂涂料施工后水分揮發后，漆膜中空位會形成小篩孔，可以成為水蒸氣的疏散通道。主要可以應用于一些地基含水量高的地方。

4.3 美觀型環氧樹脂地坪

與上述功能型優勢或者環保型優勢的環氧樹脂地坪不同，美觀型環氧樹脂地坪更注重成品的呈現性、藝術性。這種環氧樹脂地坪主要指環氧磨石地坪。主要應用于各種高檔公共場所、機場、展覽館、高檔私人住宅等。相比一般地坪來說，環氧磨石價格相對昂貴，但是卻有著圖案易設計、裝飾性強、可以墻地一體等突出優勢，逐漸成為高端市場的寵兒。環氧磨石主要是通過繁復的施工工藝，將環氧樹脂的優點展現的同時兼具了成品的藝術效果[33]。

孫再武等人研究了含鑲嵌式圖案的環保型高裝飾性環氧磨石地坪，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氧磨石地坪涂層體積收縮率的影響因素[35]。賴映標等人以E51環氧樹脂和自制耐黃變環氧固化劑為主要成膜物制備無溶劑環氧磨石試驗中的骨料、配比等進行深度探究[36]。

5 結語

相比于聚氨酯地坪涂料、丙烯酸地坪涂料，環氧地坪涂料在我國的發展較早，其市場占有率和市場應用相對來說較廣，因此其發展進程會更快。隨著社會的發展以及科學的進步，環氧樹脂地坪涂料會逐漸向著更優異的性能，更綠色的產品和工藝方向發展。其中，未來水性環氧地坪涂料將成為市場的主打產品，相信在接下來的應用過程中，優異物理性能的水性環氧地坪涂料將占主流地位，更受市場的青睞。