畢業設計論文-環氧地坪涂料的研制(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 的粘結性能特別強，可用作結構膠。 (3)固化收縮力小。一般為 1%2%，是熱固樹脂中固化收縮力最小的品種之一。線膨脹系數很小，一般為 6 105/℃，其產品穩定，內應力小，不易開裂。 (4)工藝性好。環氧樹脂固化時基本上不產生低分子揮發物，所以可低壓成型或接觸成型。配方設計的靈活性很大，可設計出適合各種工藝性要求的配方。 (5)電性能好。是熱固性 樹脂中介電性能最好的品種之一。 (6)穩定性好。不含堿、鹽等雜質的環氧樹脂不易變質。只要貯存的得當（密封、不受潮、不遇高溫），其貯存期為一年。超期后若檢驗合格仍可使用。 (7) 環氧固化物的耐熱性一般為 80100℃ 環氧樹脂的耐熱品種可達 200℃ 或更高。 (8)在熱固樹脂中，環氧樹脂及其固化物的綜合性能最好。 環氧樹脂的應用特點 (1)具有極大的配方設計靈活性和多樣性。能按不同的使用性能和工藝性能要求，設計出針對性很強的最佳配方。但每個最佳配方都有一定的適用范圍，不是在任何工藝條件和任意使 用條件下都宜采用。由于不同配方的環氧樹脂固化體系的固化原理不安全相同，所以環氧樹脂的固化歷程，即固化工藝條件對環氧固化物的結構和性能影響極大。 (2)不同的環氧樹脂固化體系分別能在低溫、室溫、中溫、或高溫固化，能在潮濕表面甚至在水中固化，能快速固化、也能緩慢固化，所以它對施工和制造工藝要求的適應性很強。環氧樹脂可低壓成型或接觸壓成型，因此可降低對成型設備和模具的要求，減少投資，降低成本。 (3)在三大通用型熱固性樹脂中，環氧樹脂的價格偏高，從而在應用上受到一定的影響。但是，由于它的性能優異，所以主要用于對性 能要求高的場合，尤其是對綜合性能要求高的領域。 環氧樹脂在涂料行業的共性 環氧樹脂在涂料中的應用占較大的比例，它能制成各具特色、性能各異的品種。其共性如下 [3]： (1)耐化學品性能優良，尤其是耐堿性。 (2)漆膜的附著力強，特別是對金屬。 (3)具有較好的耐熱性和電絕緣性。 (4)漆膜保色性較好。 環氧樹脂的應用發展概況 (1)國外環氧樹脂概況 唐 山 學 院 畢 業 設 計 5 目前 , 世界環氧樹脂的總消費量約為 112 Mt/a ,其中西歐、美國和日本的消費量約為 800 kt ,約占世界環氧樹脂總消費量的 67 %。世界各國或地區的環氧樹脂消費結構各不相同。西歐環氧樹脂的消費結構為 : 涂料對環氧樹脂的需求量約占總消費量的 58 % ,美國環氧樹脂的消費結構為 :涂料對環氧樹脂的需求量約占總消費量的 54 %,日本環氧樹脂的消費結構為 : 涂料對環氧樹脂的需求量約占總消費量的33 % ,目前 ,世界上使用最廣泛的環氧樹脂品種是雙 酚 A型環氧樹脂 ,它約占世界環氧樹脂總消費量的 80 %以上 ,其次是溴化雙酚 A 型和酚醛型環氧樹脂 ,其他品種的生產使用量相對很小。但近年來由于市場需求的變化 ,目前國外特種環氧樹脂消費比例不斷增加 [5]。 (2)國內環氧樹脂發展概況 我國的環氧樹脂產業在 20 世紀 80年代以前發展一直比較緩慢 , 改革開放以后才得到巨大的發展。目前我國環氧樹脂的生產廠家有 170 多家 ,2020 年總生產能力達 300 kt ,2020 年的總產量達 288 kt ,2020 年總生產能力已達 320 kt , 2020 年的總產量達 300 kt ,生產廠家主要有廣東宏昌化工公司、張家港陶氏工廠、湖南巴陵公司環氧樹脂事業部、大連齊華化工公司、江蘇無錫樹脂廠等。 環氧樹脂產業隨著國民經濟快速、穩健發展 ,得到了長足進步 ,近 10 年來基本上以 20 %左右速度增長 ,下游產業應用的深度和廣度都增加。 2020 年我國環氧樹脂生產量達 33 萬噸 ,表觀消費量達 63萬噸 , 今年產能的增幅更大 ,而且月進口量也首次超過了 2 萬噸 ,成為全球主要生產國和重要消費國 ,中國的整個環氧樹脂產業格局發生了根本性變化。 我國環氧樹脂消費領域與國外基本相同，主要用于涂料、復合材料、電子電器、黏合劑等 四 大領域。 2020 年我國涂料領域對環氧樹脂的需求量為 10 萬噸， 2020 年以前該領域對環氧樹脂的消費量年均增長率為 9％ 。電子電氣、復合材料、黏合劑領域的消費量分別為 25 萬噸、 8 萬 噸和 1 萬噸 [5]。 環氧樹脂 固化劑 固化劑 是 與環氧樹脂發生化學反應 ,形成網狀立體聚合物 ,把復合材料骨材包絡在網狀體之中 ， 使線型樹脂變成堅韌的體型固體的添加劑 。 作為環氧地坪涂料中不可或缺的組分之一，其主要是通過直接與環氧樹脂發生固化反應而結合在漆膜結構中。由于環氧樹脂品種較多，故其固化劑品種更為繁多，但按其化學結構不同可大致分為如下幾類 [6]： 聚酰胺固化劑 聚酰胺固化劑是由 18 碳不飽和脂肪酸經 DielsAlder 反應所得到的二聚酸與脂肪胺的反應產物。二聚酸的長鏈起到內增塑劑作用， 使涂層具有韌性。由于分子中唐 山 學 院 畢 業 設 計 6 既有極性的氨基，又有非極性的長鏈羥基，類似于表面活性劑，所以能在潮濕表面使用。聚酰胺固化劑可在室溫條件下固化環氧樹脂，低毒、適 難，須添加固化促進劑。由于分子鏈較長，交聯密度用期長，耐水性好。主要用于溶劑型地坪涂料的底 低，聚酰胺固化的環氧樹脂，其抗溶劑性、耐化學品涂和面涂。低溫條件下 (10℃ 以下 )聚酰胺固化困 性稍遜于脂肪胺。 酰胺基胺固化劑 酰胺基胺是多元胺與植物油脂肪酸反應的產物，反應時若升高溫度則脫水產生咪唑啉基團，粘度明顯下降。酰胺基胺固化劑具有低粘度較 好的反應活性，對濕凝土和濕底基有極好的粘接性。大量用于可鏝平地坪以及無溶劑地坪的底涂和中涂。 脂肪族多元胺固化劑 絕大部分脂肪族胺在常溫下是液體，能在常溫條件下快速固化環氧樹脂，固化物具有優良的耐化學品、耐溶劑性能，耐磨性好。脂肪胺的缺點曾經阻礙它在地坪涂料中的應用，如固化時散熱量大，一次配料不能太多，操作期短；易與空氣中二氧化碳、水分反應，生成氨基甲酸酯，使地坪表面光澤性降低，出現白色斑點或粘手油狀物。這不僅影響外觀，而且降低了涂層機械強度和附著力。目前在地坪涂料中得到廣泛應用的是改性脂肪 胺或一些特殊結構的脂肪胺，如三甲基己二胺、醚胺、間苯二甲胺。這些固化劑用作無溶劑地坪的面涂和中涂，具有適用范圍 廣、粘度低、高光澤、耐水性強等特點及優良的機械性能和耐化學品性。 脂環族胺固化劑 脂環族胺是指至少有一個氨基直接連接到飽和環上的多元胺。有代表性的品種是異弗爾酮二胺或成物，可得到較理想的可在低溫和高濕條件下固化的環氧固化劑。這類固化劑的主要特點是固化物有良的光澤和光澤穩定性，很高的硬度和耐化學品 4二氨基二環己基甲烷。通常脂環族胺能夠在性。在無溶劑自流平和可鏝平地坪涂料中已得到廣 室溫下固化，但反應遲緩，通過添加促進劑或制成加泛應用。 芳香族胺固化劑 大部分芳香族胺如間苯二胺， 4二氨基二苯甲烷在常溫條件下是固體，須加熱固化。地坪涂料使用的是芳香胺的液態改性物，它具有不同的固化周期和適用范圍，可在低溫 (5℃ )，高濕甚至水中固化環氧樹脂。固化物具有高光澤，良好的物理機械性能和抗化學品性 (特別對無機酸和有機酸 )。芳香族胺的缺點是顏色深、易變色，有一定的毒性。通常用于深色地坪涂料或地坪涂料的中涂，不宜在食品廠、醫院使用。 水性固化劑 環氧地坪施工中遇到的 一大難題是如何降低體系粘度。實際工作中常采用加熱唐 山 學 院 畢 業 設 計 7 固化，加入活性稀釋劑以及使體系分散于水中等方法。隨著人類社會的進步，對于環境保護提出了更高的要求，水性固化劑迅速發展。這類固化劑的特點是：揮發性有機化合物為零，低粘度、低氣味、不燃燒、粘接性好，特別對潮濕或“綠色”混凝土適用性更強。早期的水性固化劑是一種改性的聚酰胺水溶液，在室溫條件不能乳化和固化環氧樹脂，通常用作地坪涂料的底涂，適用于不能使用有機溶劑的場合，如醫院、屠宰場、隧道、食品廠等，以減少火災和氣味。新一代水性固化劑是一種改性脂肪胺溶液，它能在室溫條件 下乳化并固化普通的液體環氧樹脂。如 E5 33Shell828。固化物聚合后的光澤高，機械強度和耐磨性優良，不須特別進行處理就能夠在潮濕混凝土表面一次性完成自流平地坪的施工。 環氧樹脂 稀釋劑 稀釋劑主要用來降低環氧膠粘劑體系的黏度，溶解、分散和稀釋涂料，改善膠液的涂布性和流動性。此外，稀釋劑也起到延長使用壽命的作用。但是加入稀釋劑也會降低固化后樹脂的熱變形溫度、膠接溫度、耐介質及耐老化等性能。然而，為了使樹脂膠液便于浸潤膠合物的表面，提高其浸潤能力和濕潤能力，有利于操作，必須加入適量的稀釋 劑。 稀釋劑的分類方法很多，按其使用機理 [2]，可分為非活性稀釋劑與活性稀釋劑兩大類。 非活性稀釋劑 非活性稀釋劑不與環氧樹脂、固化劑等起反應，純屬物理地摻混到樹脂中。 非活性稀釋劑如要為一些惰性的溶劑，如甲苯、乙醇、丙酮、丁醇、二丁酯等。 它與樹脂僅是機械的混合，起稀釋和降低黏度作用的液體。它在膠液的固化過程中大部分是揮發掉的。它會給樹脂固化物留下孔隙，使收縮率相對增大。因此，非活性稀釋劑對固化后的樹脂性能的不利影響比活性稀釋劑大，但卻能少許提高樹脂的韌性。當使用要求較高時不能使用非活性稀釋劑 ，應選用活性稀釋劑。 活性稀釋劑 活性稀釋劑一般是指帶有一個或兩個以上環氧基的低分子化合物，它們可以直接參與環氧樹脂的固化反應，成為環氧樹脂固化物 交聯 網絡的一部分，對固化物產物的性能幾乎無影響，有時還能增加固化體系的韌性。活性稀釋劑 主要為縮水甘油醚類的物質 ， 又分為單環氧基活性稀釋劑和多環氧基活性稀釋劑兩種。某些單環氧基稀釋劑，如丙烯基縮水甘油 醚、丁基縮水甘油醚和苯基縮水甘油醚，對于胺類固化劑反應活性較大； 某些烯烴或脂環族單環氧基稀釋劑對酸酐固化劑反應活性較大。因此，使用活性稀釋劑時，固化劑 的用量、品種應作相應的調整。 顏填料 唐 山 學 院 畢 業 設 計 8 顏料 不含顏料的涂料稱為清漆，清漆由于它的透明性，只能顯現出物體的本色，不能遮蓋物體表面的缺陷。在清漆中加入顏料，得到的涂料稱為色漆。色漆不僅能遮住被涂物體的表面缺陷，還能使物體外觀更加美觀。因此，顏料是生產涂料的主要原料之一。 顏料粒子的粒徑為 ，在磚石結構的涂料中也用更大的粒徑的顏料作為填料，但一般使用的顏料粒徑在 25μm以下 .顏料供應商提供的顏料可以是完全分散的、潤濕的、穩定的，并保證生產的涂料在貯存和干燥過程中不會發 生絮凝現象。 顏料最重要的作用是其遮蓋和賦于涂層以色彩的作用，但它的作用也不只于此，還有 [2]： (1)增加強度 顏料的活性表面可以和大分子鏈相結合，形成交聯結構。當其中一條鏈受到應力時，可通過交聯點將應力分散。 顏料與大分子間的作用力一般是次價力，經過化學處理，可以得到加強。顏料粒子的大小和形狀對強度很有影響，粒子越細，增強效果越好。 (2)增加附著力 涂料在固化時常伴隨有體積的收縮，產生內應力，影響涂料的附著，加入顏料可以減小收縮，改善附著力。 (3)改善流變性能 顏料可以提高涂料的黏度，還可以賦于涂料 以很好的流變性能，例如，通過添加顏料（如氣相 SiO2）賦予觸變性質。 (4)改善耐候性 有的顏料可吸收紫外光或反射紫外光，起光屏蔽作用，如炭黑既是黑色顏料又是一個紫外吸收劑。 (5)功能作用 如防腐蝕作用，在防腐蝕顏料中由起鈍化作用的顏料，如紅丹（ Pb3O4），也有對水與空氣起屏蔽作用的顏料，如鋁粉、云母及玻璃鱗片，還有作為類似犧牲陽極的鋅粉等。 (6)降低光澤 在涂料中加入顏料可破壞漆膜表面的平滑性，因而可降低光澤，在清漆中常用的極細的二氧化硅或蠟來消光。 (7)降低成本 許多不起遮蓋和色彩作用的顏料（如 CaCO3， SiO2，滑石粉等）價錢便宜，加入涂料中不影響涂層性質，但可增加體積，大大降低成本。它們稱為體積顏料或惰唐 山 學 院 畢 業 設 計 9 性顏料。 填料 填料的適應性不僅取決于填料的化學組成，還與其形狀及顆粒的大小（粒徑或粒度）有關。例如為改進機械性能，最好采用針狀或纖維狀（棒狀）填料，這種填料由玻璃、石棉、粘土、碳酸鈣等；要改進熱傳導性，可采用導熱好的鋁、鎂、及其化合物，各種結晶性硅石、金屬等。 在環氧樹脂中加入一些粉狀的無機填料，可以降低其價格，促使其硬度增加，在放熱的固化反應中作為一個熱滲入物，減少在固化中 的收縮率，并改善其他工藝及性能參數。填料對環氧樹脂增粘的效果主要與填料表面的物理化學結構有關，也與填料粒子的大小和形狀有關。通常說來，填料的加入，環氧樹脂從均一體系變成了非均一體系，隨著填料用量的增加，環氧樹脂加填體系的粘度亦隨之增加。為了改善填料的表面性質，增加填加量，改善環氧樹脂固化物的性能，常常用硅烷偶聯劑和鈦酯系偶聯劑對填料進行表面處理。處理效果因偶聯劑的種類不同而不同。 助劑 正確使用助劑，可以提高涂料產品的質量，擴大涂料產品的用途，改善涂料的施工功能。隨著環境保護的需要，水性涂料、粉 末涂料、水稀釋性涂料、高固含量涂料日益增多，助劑的品種也越來越豐富。若正確設計添加助劑的涂料配方，不僅可以提高涂膜的各項性能指標，使涂料具有一些新的特性，還可以提高涂料產品的經濟效益。 消泡劑