找到正确的“水平”| 2013-11-01 | PCI杂志

双包装胺环氧树脂广泛应用于涂料、粘合剂和复合材料，以及土木工程应用，如混凝土地板、自流平地板和灌浆的配方。尽管这项技术最近取得了进展，但仍需要不断改进，以满足越来越严格的立法和客户以更低成本获得更好性能的要求。

自流平地坪是环氧涂层的一个重要应用，因为它提供了高硬度和耐磨性的薄涂层。在这种类型的应用中，自流平环氧地坪适用于要求特殊性能和卫生的地板区域，如洁净室，面包店，乳制品，食品加工区，制药生产区，汽车展厅，车间等。只需用镘刀将化合物涂抹到所需的厚度，就可以很容易地涂抹。

由于环境原因，水性和无溶剂环氧树脂技术在地坪涂料应用中特别有吸引力。水性环氧涂料通常是由液态环氧树脂和水性胺功能固化剂组成的双组分体系。水基胺基功能固化剂的性能对自流平环氧涂料的性能至关重要。许多水性环氧树脂体系的粘度也比其他环氧树脂体系低，特别是100%固体或无溶剂体系，因此更容易应用，并可以在应用后平整成光滑的薄膜或层。水基固化剂可以消除或减少配方中的挥发性有机化合物，从而减少与这些化合物的存在有关的气味、环境和健康风险。然而，大多数胺基硬化剂本身具有强烈的令人不快的胺气味，仅消除溶剂并不能解决这一问题。因此，硬化剂本身具有低气味或零气味是可取的。

尽管水性环氧树脂技术最近取得了进展，但仍然需要环氧树脂硬化系统和水分散固化剂，以使环氧树脂配方易于混合，气味低，具有合适的锅寿命(在长达1小时的范围内)，快速固化(即使在低温下)，并在固化的环氧材料中提供高硬度，以便快速恢复使用。此外，最终涂料应表现出低收缩率和低颜色或无颜色，以便它们可以用于透明涂料而不改变所应用材料的底色。最后，它们最好能在混凝土上提供良好的附着力、良好的抗冲击性、良好的水汽透射和优异的抗压强度。

固化剂分子结构的策略

水性环氧硬化剂在高建筑应用中的最大挑战之一，如自流平地坪涂料和灌浆，是固化产品的收缩。高收缩率对完成的自流平地坪或瓷砖注浆有许多不利影响，如应用地坪边缘的缝隙/裂缝，甚至从基材上脱落。由于高收缩体系网络内的高张力，它通常表现出较差的抗压强度和模量。它还会导致低孔隙率，因此会显示出较差的水汽传输，这将导致由于潮湿地面的渗透效应而分层。

收缩的根本原因

收缩是由于固化网络的高张力，具有较高的内能水平。固化剂的结构设计对控制收缩水平至关重要。交联或分支位点分布不佳会导致聚合物网络中存在高局部张力。在自流平配方等高筑系统中，这日益成为一个问题，其中粘结剂含量通常较低，通常低于20%。在这种体系中，树脂的稀释效应意味着在环氧树脂和硬化剂之间有更多的“空间”。挥发性成分的蒸发，在这种情况下，是相对缓慢的薄膜涂层应用。因此，树脂分子之间的空间在固化过程中几乎没有变化。因此，固化剂结合位点的尺寸和位置的结构与环氧树脂的尺寸和结构有关，对于胺和环氧基团之间耦合产生的张力水平至关重要。

此外，整个系统的兼容性可能是导致收缩的另一个重要因素。在固化过程中，由于粘结剂分子的最终扩散和迁移，相分离和分子的折叠将导致收缩。

胺/环氧加合物的分子工程设计

环氧固化剂可以由胺环氧加合物形成而成。环氧和胺组分的选择及其在双包配方中的结构对自流平产品的相容性、和易性、固化率和收缩率等性能至关重要。

在一个非常简化的方案中，如图1所示，胺环氧加合物在构建块的类型和活性胺基团的位置方面可以具有明显不同的结构。深绿色箭头块表示胺官能团，红色反向箭头块表示环氧基。黄色、蓝色和绿色条表示功能组之间的构建块。在加合物A的情况下，胺官能团紧密地位于加合物骨架的一些点周围。当以两包配方混合时，特别是自流平环氧配方时，环氧分子会均匀地分散。只有那些靠近胺官能团的环氧官能团才能发生反应，使得无法到达的胺官能团和环氧官能团“挨饿”。第一个影响是饥饿导致的缓慢治愈。第二个影响是，当这些官能团必须迁移以使胺基和环氧基之间的耦合时，牵拉效应引起的收缩。

在加合物B的情况下，胺基均匀地分布在加合物的主干上，固化过程和固化网络的结构可以有很大的不同。当在2K自流平配方中均匀分散时，环氧基团可以很容易地与胺基反应而无需迁移，因为所有胺官能团都可以均匀地接触到。其结果将是相对快速的固化，并将导致一个低张力网络，收缩较小。可见，加合物B具有快速固化、低收缩率、高透气性和良好的力学性能，是一种较好的胺类环氧加合固化剂结构。同时，固化剂骨架上砌块的物理性能对配伍性起着重要作用，因此对水性双包环氧树脂配方的性能和收缩率也有重要影响。

因此，开发了一种新型水性环氧胺加合固化剂，该固化剂经过特别设计，具有相对低粘度和低颜色的理想结构。它表现出优异的性能，并提供了一系列的好处，在两包自流平环氧体系。

环境和应用程序友好

新型硬化剂为淡黄色溶液(图2)，粘度相对较低(表1)，气味甜美宜人。低粘度使一般操作更容易为涂药器，也减少了浪费在鼓或罐。硬化剂不使用任何溶剂或增塑剂，因此不含任何挥发性有机化合物。这已通过2毫米厚度的自流平环氧树脂配方(表2)的微室发射测试得到证实。结果(表3)显示了最低排放水平，并根据AgBB/DIBt(德国对建筑产品VOC排放的限制)被归类为零排放。对新固化剂的合成工艺进行了优化，以消耗所有起始胺类化合物。游离(低分子量)胺的水平是不能用标准的分析方法定量的游离胺分析的GC和HPLC。低危害配方对于应用人员和应用领域内的人来说越来越重要。它对于学校、医院、食品加工、家庭和办公室的应用至关重要，因为这些地方都涉及到人们的健康和安全。

当应用于典型的自流平环氧树脂配方时(表2)，与等效的水性环氧树脂体系相比，该硬化剂表现出优异的和易性和流动特性，以及优异的表面外观，具有哑光表面和最小的针孔。在图2(右)中，固化的自流平盘样品是将水基自流平化合物直接倒在聚丙烯片上，让其流动，不需要抹布。光滑，均匀的表面和厚度的圆盘清楚地展示了优秀的流动行为。

固化快，收缩率低

如前所述，良好的硬化剂结构和与环氧树脂的良好兼容性有助于在应用中快速固化(通常在2-3毫米厚度)，即使在相对较低的温度(15ºC, 50 RH)。在标准条件下，硬度可在24小时内达到邵氏D60，在48小时内达到邵氏d70。这对涂抹者尤其有利，因为地板在涂抹后不久就可以承受沉重的载荷，这可以快速恢复服务，最大限度地减少施工或翻新工作期间的任何延误。除此之外，智能固化剂架构意味着可以实现最小的收缩率，通常低于1%。从图2可以看出，在完全固化后，聚丙烯薄板上的自流平试样卷曲程度最小，表明形成了低压网络。这也证明了使用固化的自流平带从一个435毫米长的铸造使用硅模具-没有弯曲或卷曲，再次表明非常小的收缩完全固化后。低收缩率(或低内能)将提供长期附着力和防止分层，确保地板系统的长期耐久性。

优异的水汽透光度

根据EN ISO 7783-1/ 2测试了使用表2中配方的固化产品样品的水蒸气扩散速率。在薄膜厚度为2mm时，水蒸气扩散速率为2.85 g/(m)²- d)。对于扩散平均值，等效空气层厚度为8.2 m，说明涂层具有良好的透气性。这是众所周知的^{1 - 8}由于涂层下的水试图蒸发而产生的渗透压，混凝土中的水分会导致不透水的涂层起泡和分层(图3)。因此，良好的水蒸气渗透性可以防止涂层从潮湿的混凝土基材上脱落，提供良好的耐久性和较长的使用寿命。