新型水性仿石地坪涂料
0 引言
地坪材料按照組成大致可分為無機(jī)材料、有機(jī)材料、自流平材料和板塊面層材料，其中天然石材、混凝土和水泥砂漿是我國應(yīng)用最早的地面材料。天然石材以其天然材質(zhì)、光亮晶瑩、堅(jiān)硬永久、高貴典雅、耐腐蝕等其他裝飾材料無可比擬的優(yōu)點(diǎn)被大量用于地面裝飾中。石材地面已作為“檔次”的象征，應(yīng)用在賓館、寫字樓、醫(yī)院等公共建筑中，同時(shí)隨著人們對(duì)居家裝飾追求的不斷提高，天然石材也成了家庭地面裝飾材料中的“新寵”。
眾所周知，天然大理石、花崗巖石材取之于山區(qū)，要經(jīng)過切割加工、運(yùn)輸、安裝等工序，因此價(jià)格昂貴。大量使用石材會(huì)破壞自然環(huán)境，造成水土流失，不利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。某些花崗巖石材還會(huì)釋放微量放射性元素，對(duì)人體造成傷害。為了解決天然石材日益短缺與裝飾需求不斷增長之間的矛盾，近年來仿石類裝飾材料不斷出現(xiàn)，其中水性多彩涂料作為新型涂料品種，由于其逼真的仿石效果得到了大家的關(guān)注和認(rèn)可，具有良好的發(fā)展前景。但是目前由于多彩涂料的耐磨性差、強(qiáng)度低等局限性，應(yīng)用場合僅限于建筑墻面，因而根據(jù)多彩涂料的特點(diǎn)，結(jié)合地坪涂料的要求，研制新型的仿石地坪涂料系統(tǒng)意義重大。
水性仿石地坪涂料系統(tǒng)不但具有類似石材的外觀，還必須具備地坪材料的基本性能，如耐磨性、抗化學(xué)腐蝕性等，同時(shí)由于該系統(tǒng)主要應(yīng)用在室內(nèi)，因而環(huán)保性能也應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)以上特點(diǎn)，本文介紹了一種新型的水性仿石地坪涂料系統(tǒng)，按照施工的先后順序，仿石地坪涂料系統(tǒng)包括水性環(huán)氧底漆、水性環(huán)氧中層漆、水性多彩涂料和水性環(huán)氧罩面清漆。仿石地坪涂料系統(tǒng)示意見圖1。
仿石地坪涂料系統(tǒng)示意
1 水性多彩涂料的配制
1.1 水性多彩涂料的原理
水性多彩涂料是一種以多色乳膠漆的小液滴構(gòu)成涂料的分散相，保護(hù)膠水溶液構(gòu)成連續(xù)相的多相懸浮體系，所以多彩涂料也稱為“水包水”涂料。要實(shí)現(xiàn)這種“水包水”的懸浮體，必須把乳膠漆分散于保護(hù)膠水溶液中，在分散相乳膠漆顆粒的表面形成一層不溶于水的柔性膜，這層柔性膜除了能夠阻止膜內(nèi)乳膠漆組分與膜外的保護(hù)膠液組分互相擴(kuò)散外，還能防止乳膠漆顆粒之間發(fā)生聚集。這樣使得多彩涂料在貯存過程中能保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，而施工后濕膜中的分散相有色乳膠漆顆粒初期仍處于分散狀態(tài)，隨著涂膜中水分的揮發(fā)，分散相的乳膠漆顆粒相互堆砌、融合，最終形成牢固的多彩花紋涂膜。
1.2 原料選擇
1.2.1 保護(hù)膠的選擇
保護(hù)膠是制備多彩涂料的關(guān)鍵原料。目前，制備水性多彩涂料的保護(hù)膠水溶液（連續(xù)相）主要有：1）聚乙烯醇、淀粉、半乳甘露聚糖/硼酸鹽體系；2）纖維素醚/特制硅酸鎂/鋰鹽分散體系；3）纖維素醚/無機(jī)鹽體系；4）陽離子乳膠漆/陰離子分散體系或陰離子乳膠漆/陽離子分散體系。上述體系可單獨(dú)采用，也可多個(gè)體系復(fù)合使用，效果更好。本文采用的是第二種體系。
1.2.2 乳液的選擇
乳液是構(gòu)成涂料形成連續(xù)涂膜的主要物質(zhì)，是決定涂膜物化性能的主要材料。目前廣泛應(yīng)用于建筑涂料中的乳液有純丙乳液、苯丙乳液以及氟碳乳液等。根據(jù)HG/T 4343—2012《水性多彩建筑涂料》的要求，水性多彩涂料需具備一定的覆蓋裂縫能力，因而可選擇彈性乳液作為成膜物質(zhì)。彈性乳液是純丙乳液的一種，其主要特點(diǎn)是彈性延伸率高，可覆蓋基層細(xì)微裂紋。此外彈性乳液的最低成膜溫度一般低于0 ℃，因而制備涂料時(shí)可不添加成膜助劑。彈性涂料耐候性好，防水性能優(yōu)異，是性能比較全面的乳液品種，適合制備多彩涂料。
1.2.3 顏填料的選擇
天然石材顏色多種多樣，因而配制多彩涂料時(shí)往往需要根據(jù)最終的仿制效果，配制多個(gè)單色的涂料，然后按照一定比例混合。根據(jù)天然石材顏色的特點(diǎn)，多彩涂料往往選擇色彩較為暗淡、耐候性優(yōu)異的無機(jī)顏料或色漿，如氧化鐵色漿、鈦白漿等。實(shí)際生產(chǎn)過程中，仿制一種特定的石材效果一般選用3 ~ 4 種單色漆。色漆品種太少，則仿石效果差，效果不逼真；色漆品種太多，則會(huì)導(dǎo)致顏色雜亂、重復(fù)性差，實(shí)際施工容易出現(xiàn)發(fā)花、色差等現(xiàn)象。為了改善涂膜性能、降低成本，涂料中往往添加一定比例的填料。填料種類眾多，不同的填料對(duì)涂料的光澤、耐候性以及貯存穩(wěn)定性影響較大，常見的種類有重鈣、硅灰石粉、云母、滑石粉、高嶺土、白云石等。常見填料的基本性能見表1。
常見填料的基本性能
根據(jù)水性多彩涂料的特點(diǎn)和生產(chǎn)工藝，填料應(yīng)該選擇密度小、懸浮性好、容易分散的種類，高嶺土和云母粉是比較合適的選擇，但高嶺土吸油量相對(duì)較高，分散時(shí)需要更多的分散劑。
1.2.4 助劑的選擇
涂料中助劑種類較多，其特點(diǎn)是添加量少，但對(duì)涂料性能改變較大。由于多彩涂料理論上屬于不穩(wěn)定體系，助劑往往會(huì)對(duì)保護(hù)膠體系造成影響，因而多彩涂料中助劑的種類以及添加量應(yīng)越少越好。例如成膜助劑大多為醇醚化合物，對(duì)保護(hù)膠影響較大，一般不建議使用。這也是選擇彈性乳液作為成膜物質(zhì)的重要原因。纖維素醚在多彩涂料中既可作增稠劑，同時(shí)也可作保護(hù)膠的一部分，其添加量往往比普通建筑涂料用量要高，一般添加0.5％~ 1．0%。多彩涂料顆粒的大小主要與分散速度有關(guān)，分散速度越快，顆粒越小。而多彩顆粒的形狀則主要由涂料的增稠體系決定。除纖維素醚外，基礎(chǔ)漆中后期添加的助劑品種主要有締合型增稠劑和聚氨酯流平劑。締合型增稠劑用量較多，多彩涂料干燥后彩色顆粒外形通常棱角較分明，反之聚氨酯流平劑加量較多，則顆粒外形比較圓潤。

1.3 生產(chǎn)工藝及配方
1.3.1 生產(chǎn)工藝
相對(duì)于普通建筑涂料的生產(chǎn)工藝過程，多彩涂料的生產(chǎn)相對(duì)比較復(fù)雜。制備工藝流程如圖2 所示。
多彩涂料制備工藝
1.3.2 色漆的配制
首先依照表2 配比制備基礎(chǔ)漆，然后根據(jù)仿石效果圖，將色漿加入到基礎(chǔ)漆中，即可得到所需的色漆。
1.3.3 分散相涂料的制備
依照?qǐng)D2 的工藝流程，將1 份保護(hù)劑粉末緩慢加入9 份水中，高速攪拌約1 h，至保護(hù)膠粉末完全溶解于水中，靜置24 h 后即可得到10%的保護(hù)膠膠體。然后按照w 保護(hù)膠∶w 色漆=1 ∶ 10 的比例將保護(hù)膠加入到色漆中攪拌至均勻狀態(tài)，即可得到單色的分散相涂料。為保證分散時(shí)顆粒的穩(wěn)定性，還可加入一定比例的穩(wěn)定劑。分散相涂料黏度的大小也決定了后期多彩顆粒的大小，黏度越大，顆粒內(nèi)聚力越大，攪拌時(shí)不容易分散，制備的顆粒尺寸也相應(yīng)較大。
1.3.4 多彩涂料的制備
多彩涂料的配方見表3，其中成膜物質(zhì)為KD6，是一種硅丙乳液。該乳液特點(diǎn)是乳膠粒子達(dá)到納米級(jí)別，外觀呈無色透明，所以制備的多彩涂料連續(xù)相清澈透明，具有很好的外觀效果，同時(shí)不需成膜助劑，有效保證體系的穩(wěn)定性。干燥后，涂膜耐水性好，透明度高。先將水、乳液攪拌均勻，然后按照比例加入各種顏色的分散相涂料，緩慢攪拌3 ~ 5 min，即可得到穩(wěn)定、均勻的多彩涂料。為防止攪拌對(duì)多彩涂料粒子造成破壞，一般選用漿式攪拌葉。綜合貯存和施工因素，最終調(diào)整黏度范圍為75 ~ 85 KU。
水性多彩涂料配方
2 水性環(huán)氧樹脂面漆的制備
環(huán)氧樹脂涂料因其優(yōu)良的附著力和抗化學(xué)腐蝕性，被廣泛應(yīng)用于地坪系統(tǒng)中。其中水性環(huán)氧樹脂涂料經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，性能已有了很大的提高，附著力、耐化學(xué)腐蝕性、表面硬度已達(dá)到或接近溶劑型環(huán)氧樹脂涂料的水平，此外水性環(huán)氧樹脂涂料還有溶劑型涂料無可比擬的特點(diǎn)，如環(huán)保性能優(yōu)異、施工工具可重復(fù)使用、可在潮濕環(huán)境中固化等。
2.1 水性環(huán)氧樹脂涂料的原理
同溶劑型環(huán)氧樹脂涂料固化機(jī)理一樣，水性環(huán)氧樹脂涂料多采用雙組分配比。其中雙酚A 型環(huán)氧樹脂是應(yīng)用最廣泛的環(huán)氧樹脂種類，分子中含有極性高的羧基和醚鍵，使其對(duì)混凝土等多種基材有良好的附著力，涂料固化時(shí)的體積收縮率低，耐化學(xué)藥品性能良好，并且雙酚A 型環(huán)氧樹脂有剛性的苯環(huán)和柔性的醚鍵交替排列的結(jié)構(gòu)，賦予涂膜較好的物理機(jī)械性能，所以這類環(huán)氧樹脂被廣泛應(yīng)用于地坪涂料。目前國內(nèi)外環(huán)氧樹脂的水性化技術(shù)主要分為乳化法和成鹽法兩大類。常用的水性環(huán)氧固化劑大多為多元胺或其改性產(chǎn)物，利用其分子中胺基上的活潑氫與環(huán)氧樹脂分子中的環(huán)氧基反應(yīng)。兩組分混合時(shí)，如果固化劑過量，會(huì)導(dǎo)致涂膜光澤高、固化時(shí)間縮短、耐磨性和附著力增加；反之，固化劑不足則會(huì)導(dǎo)致涂膜耐化學(xué)腐蝕性下降。
2.2 原材料選擇
環(huán)氧樹脂應(yīng)選擇環(huán)氧值適中的品種，其固化物交聯(lián)密度高、致密性好、耐腐蝕性強(qiáng)。本試驗(yàn)使用水性環(huán)氧樹脂E51，環(huán)氧當(dāng)量為185。為提高水性環(huán)氧樹脂與水性固化劑的相容性，縮小兩組分的溶解度參數(shù)差距，通常還會(huì)在樹脂中添加少量的助溶劑，主要成分為醇醚化合物。對(duì)于水溶性胺固化劑的選擇，不但要考慮其反應(yīng)活性，還要考慮其與環(huán)氧樹脂的相容性、分散乳化性。由于環(huán)氧樹脂涂料作為罩面清漆使用，不添加鈦白粉等顏料。填料方面，可選擇折射率低的石英粉，一方面可適當(dāng)降低產(chǎn)品成本，另一方面可有效提高涂膜的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性，但過量加入會(huì)導(dǎo)致貯存性變差，施工困難。由于水的表面張力較高，對(duì)底材的潤濕性較差，可加入潤濕流平劑來提高其潤濕性，同時(shí)也改善了涂料的流平性。另外由于水的電導(dǎo)率高，在涂膜干燥過程中易發(fā)生閃蝕現(xiàn)象，可通過添加防閃銹劑來預(yù)防，同時(shí)還應(yīng)加入消泡劑消除生產(chǎn)、運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的氣泡，改善涂膜表面狀況。
2.3 水性環(huán)氧樹脂涂料配比
水性環(huán)氧樹脂涂料分為兩個(gè)組分，配比如表4 所示，實(shí)際使用時(shí)按照wA ∶wB =1 ∶ 1 混合。
水性環(huán)氧樹脂涂料配方
3 性能檢測結(jié)果
水性多彩涂料和水性環(huán)氧樹脂涂料性能檢測結(jié)果見表5。
性能測試結(jié)果
4 施工方法
不同行業(yè)對(duì)地坪涂料的性能要求不一，因此施工方法也有一定差異。但通常的做法是先處理基層，后涂刷底漆。為增強(qiáng)涂層強(qiáng)度，涂刷底漆后一般還應(yīng)施工一遍水性環(huán)氧中層漆，起到承上啟下的作用。然后噴涂水性多彩涂料，等多彩涂料干燥后涂刷水性環(huán)氧樹脂罩面涂料。基層的處理非常關(guān)鍵，以混凝土或砂漿地面為宜，首先確認(rèn)基層必須堅(jiān)硬牢固、平整度好，清除表面灰塵，填補(bǔ)裂紋和孔洞，涂刷封閉底漆，防止基層泛堿，增加附著力。水性多彩涂料的施工須使用專門的噴槍噴涂。大面積施工前須調(diào)節(jié)噴槍口徑、風(fēng)壓等條件加以試驗(yàn)，再進(jìn)行大量噴涂。噴涂時(shí)噴槍的運(yùn)行須保持一定速度、一定距離，噴嘴與噴涂面須保持平行。為保證仿石逼真效果，降低施工材料成本，可預(yù)先涂刷一遍與石材底色相同的涂料，然后再噴涂多彩涂料。涂刷水性環(huán)氧涂料前，必須確保多彩涂料已干燥。水性環(huán)氧罩面清漆可根據(jù)具體情況噴涂2 ~ 3 遍。圖3是以混凝土塊為基層的施工效果圖。
以混凝土為基層的施工效果
5 結(jié)語
綜上所述，仿石地坪涂料體系包括底漆、中層漆、水性多彩涂層和水性環(huán)氧罩面清漆。通過合理的施工，該體系能達(dá)到逼真的仿石材效果，同時(shí)具有良好的機(jī)械性能和抗化學(xué)腐蝕性能，是一種新型的多彩地坪系統(tǒng)，能有效減少天然石材的用量。
同天然石材相比，該體系成本大幅降低，環(huán)保性能優(yōu)異，并有效減少了天然石材的放射性風(fēng)險(xiǎn)，更重要的是由于其密度小，大大減少了建筑的負(fù)荷，提高了建筑的安全性。該地坪體系施工方便，既可大面積無縫施工，也可做成有分割線的塊狀效果。在設(shè)計(jì)、施工過程中可根據(jù)設(shè)計(jì)師的意圖改變花崗石的形狀，也可根據(jù)地坪的形狀做成平面、臺(tái)階的效果。隨著產(chǎn)品質(zhì)量的不斷完善，施工技術(shù)的不斷提升，相信仿石地坪系統(tǒng)將會(huì)是地坪發(fā)展的新方向。

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