脆性无溶剂型环氧地坪涂料的性能分析及配方调整

姜广明，马海旭，肖凯巍，胡 水

0 引言

无溶剂型地坪涂料能对建筑地面起到保护和装饰作用。由于其挥发性有机化合物含量（VOC）很低，所以使用很广泛；其中无溶剂型环氧地坪涂料是使用最多的。实验室检测无溶剂型环氧地坪涂料时，发现个别样品与合格的无溶剂型环氧地坪涂料相比，发脆、抗压强度较低；其他性能如耐磨性和耐介质性则无异常。

环氧地坪涂料是由环氧树脂与胺类固化剂反应形成的。当环氧地坪涂料的交联密度过大时，抗压强度不强，这是因为环氧地坪涂料的玻璃化温度过高，脆性较高［1］。而活性稀释剂的加入，可以使环氧地坪涂料的黏度降低，流平性变好，韧性增加［2］；也可以向环氧地坪涂料中加入一定的增韧剂，来提高环氧树脂的柔韧性，提高环氧地坪涂料的耐冲击性［3］。

本文研究了一款脆性的无溶剂型环氧地坪涂料的主漆和固化剂的成分，通过对不同比例的环氧地坪涂料的力学性能、红外分析、动态热机械分析和热失重分析研究，探讨了无溶剂型环氧地坪涂料的微观参数的变化规律，并指出脆性无溶剂型环氧地坪涂料的配方可能存在的问题。

1 原材料

本文使用的无溶剂型环氧地坪涂料，样品为绿色。当样品比例为主漆∶固化剂=100∶50（w/w）时；物理性能中邵氏硬度（D 型）为 80，抗压强度仅为 23 MPa。样品呈现脆性断裂，抗压强度未达到地坪涂料国家标准的要求。为此，考虑调整主漆与固化剂的配比，尝试通过改变环氧地坪涂料的交联程度，来改变环氧地坪涂料的力学性能。

首先当样品比例为主漆∶固化剂=100∶50（w/w）时，无溶剂型环氧地坪涂料的干燥速度很慢，无法满足使用要求。然后调整样品比例为主漆∶固化剂=100∶20（w/w）以及 100∶80（w/w），同时考察不同配比的无溶剂型环氧地坪涂料样品的性能。

2 实验设备

抗压强度使用日本 Shimadz 公司生产的 AG-IC 100 kN 万能材料试验机。

动态力学性能使用德国 Netzsch 公司生产的 DMA 242C 型动态力学分析仪测试；采用直径 1 mm 的针入模式，频率为 10 Hz，测试温度范围为室温～120 ℃，升温速度为 3 ℃/min。

热失重分析使用德国 Netzsch 公司产品 TG 209 F3 Tarsus®热重分析仪测试；氮气气氛，测试的温度范围为室温 ～1 000 ℃，升温速度 10 ℃/min。

3 结果与讨论

3.1 组分分析

为研究无溶剂型环氧地坪涂料的性能，首先要了解无溶剂型环氧地坪涂料的主漆和固化剂的成分。分别测试了主漆和固化剂的热失重性能，如图 1（a）和图 1（b）所示。

无溶剂型环氧地坪涂料通常配方中使用双酚 A 环氧树脂，胺类固化剂，甘油醚等活性稀释剂以及填料等［4］。从图 1（a）可以看出，主漆的热失重曲线有 2 个失重峰：第 1 个失重峰的质量损失为 43 %，对应的最大分解速率温度为 344 ℃；第 2 个失重峰的质量损失为39 %，对应的最大分解速率温度为 418 ℃。从分解温度可知，第 2 个失重峰对应着环氧树脂的分解，第 1 个失重峰可能对应着活性稀释剂的分解。从图 1（a）还可以看出，主漆中几乎没有填料成分。从图 1（b）可以看出，固化剂的最大分解速率温度为 168 ℃，热失重的残重很少。这说明固化剂的成分简单，主要为胺类固化剂；固化剂中也几乎没有填料成分。

图1 无溶剂型环氧地坪涂料的主漆和固化剂的热失重曲线

与常规的无溶剂型环氧地坪涂料的成分相比，该无溶剂型环氧地坪涂料成分中填料的量太少。适当地加入重晶石粉、石英粉等填料，可提高无溶剂型环氧地坪涂料的力学性能。

3.2 力学性能

不同比例的无溶剂型环氧地坪涂料的邵氏硬度和抗压强度，如表 1 所示。

表1 不同比例的无溶剂型环氧地坪涂料的力学性能

从表 1 可以看出，当固化剂的比例低于 100∶50（w/w）时，无溶剂型环氧地坪涂料的脆性较强，抗压强度不高。当固化剂的比例达到 100∶80（w/w）时，无溶剂型环氧地坪涂料的抗压强度提高。这可能是因为固化剂中的胺过量后，残余的氨类小分子较多，起到了增塑的作用；导致无溶剂型环氧地坪涂料的脆性降低。

3.3 红外分析

红外光谱能够分析出无溶剂型环氧地坪涂料的种类和反应程度。无溶剂型环氧地坪涂料的红外光谱分析的结果，如图 2 所示。

语言作为一种重要的非物质文化要素，是推动历史发展和社会进步的重要力量，是文化得以发生、发展、传递的根本保证，因此应该把开发和运用方言所承载的优秀文化视为当前语言文字工作中的重点。在语言可持续发展道路上，要突出方言文化多元丰富的特色，要依靠新技术、新媒体进行创新传播，最大程度地激发大众的自我需求和文化认同，真正做到在新媒体环境下保护、传播和传承优秀传统文化。

图2 不同比例的无溶剂型环氧地坪涂料的红外光谱

图 2 的红外光谱中，1 729cm-1处是 C=O 的特征峰，1 606 cm-1和 1 507 cm-1处是苯环的特征吸收峰，1 245cm-1处是芳醚的吸收峰，1 181 cm-1是脂肪族叔胺 C-N 吸收峰，1 033cm-1处是仲醇的 C-O 伸缩振动吸收峰，825 cm-1处是环氧基的特征吸收峰。这说明，该无溶剂型环氧地坪涂料为双酚 A 类的环氧地坪涂料。

从图 2 的红外光谱还可以看出，不同固化剂比例条件下环氧地坪的红外光谱比较接近，这说明 3 个样品的交联都比较完全［5］。

3.4 动态热机械分析

不同比例的无溶剂型环氧地坪涂料的动态热机械分析的结果，如图 3 所示。

从图 3 可以看出，当样品比例为 100∶50（w/w）时，无溶剂型环氧地坪涂料的交联程度最高，玻璃化温度最高。此时的样品的玻璃化温度远超过正常的无溶剂环氧地坪涂料的玻璃化温度，所以产品有很高的脆性，无法满足使用要求。

图3 不同比例的无溶剂型环氧地坪涂料的动态热机械分析曲线

当样品比例为 100∶20（w/w）时，固化剂的用量不足；无溶剂型环氧地坪涂料的环氧树脂的交联不充分，玻璃化温度降低了13℃。此时样品的玻璃化温度还是比较高，产品依然具有较高的脆性。可能是因为该样品中填料含量太少，涂料固化后收缩应力过高导致。

而当样品比例为100∶80（w/w）时，固化剂的用量过高，固化后的环氧地坪涂料中有大量的固化剂小分子残余；无溶剂型环氧地坪涂料的玻璃化温度也明显的降低，降幅达到 33 ℃。此时样品具有了柔性，压缩时不发生脆性断裂。

不同比例的无溶剂型环氧地坪涂料的玻璃化温度和损耗因子 tanδ最大值的结果，如表 2 所示。从表 2 还可以看出，该无溶剂型环氧地坪涂料的损耗因子 tanδ最大值，明显高于常规的合格的无溶剂型环氧地坪涂料。

表2 不同比例的无溶剂型环氧地坪涂料的玻璃化温度和损耗因子 tanδ 最大值

分别以不同比例的无溶剂型环氧地坪涂料的玻璃化温度和损耗因子 tanδ最大值为横、纵坐标画图，如图 4 所示。

从图 4 可以看出，增加或者减少固化剂的用量，都可以使无溶剂型环氧地坪涂料的玻璃化温度下降，柔韧性增强，脆性降低。但是无论固化剂的配比如何改变，都无法使其达到合理的玻璃化温度和损耗因子 tanδ最大值的范围。

图4 不同比例的无溶剂型环氧地坪涂料的玻璃化温度和损耗因子 tanδ 最大值的关系图

3.5 热失重分析

不同比例的无溶剂型环氧地坪涂料的热失重分析的结果，如图 5 所示。

图5 不同比例的无溶剂型环氧地坪涂料的热失重曲线

从图 5 中可以看出，当样品比例不超过 100∶50（w/w）时，环氧地坪涂料在 200 ℃ 质量损失不大，不挥发物含量达到国家标准的要求。同时还可以看出，环氧地坪涂料的最大分解速率温度为 370 ℃ 左右，环氧地坪涂料在 450 ℃ 时能够完全分解。

不同比例的无溶剂型环氧地坪涂料的 200 ℃ 时的质量损失和最大分解速率温度的结果，如表 3 所示。

表3 不同比例的无溶剂型环氧地坪涂料的 200℃ 时的质量损失和最大分解速率温度

从表 3 可以看出，当固化剂的用量增加时，无溶剂型环氧地坪涂料的 200 ℃ 质量损失逐渐增加，而最大分解速率温度逐渐降低。

分别以不同比例的无溶剂型环氧地坪涂料的 200 ℃ 时的质量损失和最大分解速率温度为横、纵坐标画图，如图 6 所示。

图6 不同比例的无溶剂型环氧地坪涂料的 200 ℃ 时的质量损失和最大分解速率温度的关系图

从图 6 可以看出，当样品比例为 100∶50（w/w）时，无溶剂型环氧地坪涂料的 200 ℃ 时质量损失和最大分解速率温度与常规的无溶剂型环氧地坪涂料较为接近。当改变固化剂的用量时，无溶剂型环氧地坪涂料的200 ℃ 时质量损失和最大分解速率温度与常规的无溶剂型环氧地坪涂料的偏离就更远了。

从以上分析可知，无法仅仅通过改变样品比例，来实现无溶剂型环氧地坪涂料达标的目的。为了降低无溶剂型环氧地坪涂料的脆性，可以使用带有长链结构的柔韧性较高的固化剂，或者加入少量的增韧剂对样品进行增韧处理。另外，还可以在无溶剂型环氧地坪涂料中加入适量的填料，降低无溶剂型环氧地坪涂料的脆性，提高无溶剂型环氧地坪涂料的抗压强度。

4 结语

本文针对一款脆性的无溶剂型环氧地坪涂料，调整了固化剂的比例，测试了无溶剂型环氧地坪涂料的力学性能，研究了样品的玻璃化温度、损耗因子 tanδ最大值、200 ℃ 时的质量损失和最大分解速率温度等参数随固化剂的比例而变化。通过与常规的无溶剂型环氧地坪涂料的对比，提出了配方的改进方法。Q