针状硅灰石在环氧自流平地坪漆中的应用

吴平飞,袁斌,徐永华,张晓明,何秋华,彭鹤松

(江西广源化工有限责任公司,江西吉安 331500)

摘要:以针状结构的硅灰石为填料,替代环氧自流平地坪漆中的硫酸钡。实验结果表明,漆膜随硅灰石粒径的变化相关物化性能有所提高,当用同等细度或细度更高的硅灰石替代原配方中的硫酸钡时,漆膜的耐磨性、硬度及耐碱性优于原配方。

关键词:地坪漆;针状结构;硅灰石;理化性能

0 引言

地坪漆作为涂料行业的一个重要分支,在国内地坪漆市场需求量大的刺激下,已发展成一定规模特色的行业。目前国内地坪漆行业中,环氧地坪在技术和发展速度上相对成熟[1-3]。因环氧地坪漆具有优异的耐磨、耐酸碱、防渗透等性能,被广泛用于停车场、工业生产车间等条件苛刻的场所。而自流平地坪漆的易施工性和流动性可有效解决传统地面材料抹灰所造成的地面起砂、平整度差等现象[4-5]。环氧自流平地坪涂料将环氧树脂的特性和自流平性结合在一起。奠定了环氧自流平地坪漆在地坪行业中的地位。

硅灰石是一种偏硅酸盐矿物,主要成分为硅酸钙。其针状结构、高遮光率、耐腐蚀等性能决定了硅灰石可作为一种多功能性填料使用,广泛运用于涂料、塑料、造纸、橡胶等领域。近几年,市场上对硅灰石的需求量每年以 10%左右的速率增长[6]。而于 2017 年 5 月,江西省煤田地质局勘查队在上高县樟木桥区域发现的硅灰石矿项目被认定为超大型硅灰石矿床,目前为亚洲最大的硅灰石矿床,为硅灰石的市场需求提供了有利保障。

基于地坪漆特定的使用环境,对地坪漆的耐磨、耐化学介质等性能有特殊要求。又因硅灰石产品相比其他粉体有其独特的物化性能,通过实验验证硅灰石运用于地坪漆中能否提高涂层的相关性能,为硅灰石的应用方向提供参考。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

硫酸钡(1 250 目,江西广源化工有限责任公司)、石英粉(800 目,江西华谊晶硅有限公司)、硅灰石(800 目、1250 目、2000 目、4000目、6000 目,江西广源化工有限责任公司)、环氧树脂(E-51)、环氧固化剂消泡剂分散剂稀释剂流平剂颜料:均为市售工业品。

高速分散机(GFJ-0.4,上海现代环境工程技术股份有限公司)、磨耗仪(JM-V,上海现代环境工程技术股份有限公司)、激光粒度仪(3000E,英国马尔文仪器有限公司)、pH 计(ST3100,奥豪斯仪器有限公司)、白度仪(WSB-2,上海昕瑞仪器仪表有限公司)、硬度计(SD-J,上海伦捷机电仪表有限公司)等。

1.2 实验基础配方

见表 1。

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表1、试验配方及工艺

1.2 制备工艺

先将环氧树脂、消泡剂、分散剂、稀释剂按表 1 配比混合,经高速分散机 500r/min 分散 5min,加入颜料和无机填料,将转速调至1500r/min 高速分散 10min 后,再加入流平剂和石英粉,转速上调至2000r/min,搅拌 10min,得组分一。组分一和固化剂在 500r/min 转速下均匀分散 10min 可得产品。

1.3 样板制备

用不同目数砂纸打磨马口铁片(120×50×0.28mm),酒精擦洗后备用。按表 1 中工艺制备的地坪漆放于抽真空设备中消泡。基于膜厚对涂层耐化学介质的影响,需严格控制膜厚,每块预处理的马口铁片上称取 6g 样品,均匀涂覆,将膜厚控制在 0.8mm 左右。实验变量

为不同目数硅灰石替代硫酸钡,按配方每个变量平行制备多个样板,分别用于耐酸、耐碱、耐盐水、耐水、耐磨及邵氏硬度等指标的测试。

1.4 测试方法

参照表 2。

表2 涂层性能的表征方法

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2 实验结果与分析

涂层的相关性能检测(结果)如表 3。实验结果表明,用与硫酸钡目数相同或目数更高的硅灰石等量替代硫酸钡后,涂层的耐磨性有所提高,有两个原因,一是实验所用硅灰石为针状结构(图 1),此种针状结构硅灰石用于涂料中能提高涂层的耐磨性能;二是硅灰石的细度(表 4),细度越细,与相对较粗的石英粉搭配使用,涂层更致密,在同样条件下砂轮打磨后质量损失更少。

表3不同目数硅灰石替代硫酸钡的样品检测结果

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①号样中填料(原配方):1250 目硫酸钡、800 目石英粉②号样:800 目硅灰石代替①中硫酸钡

③号样:1250 目硅灰石代替硫酸钡④号样:2000 目硅灰石代替硫酸钡

⑤号样:4000 目硅灰石代替硫酸钡⑥号样:6000 目硅灰石代替硫酸钡

表4 相关粉体填料技术指标

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对比涂层的硬度指标,硅灰石替代硫酸钡的涂层硬度总体上呈现上升趋势。相比于原配方,除试样②外,其他涂层硬度均高于原配方,原因在于硅灰石莫氏硬度为 4~4.5,较硫酸钡莫氏硬度(3~3.5)高。试样②硬度偏低可能是所用 800 目的硅灰石细度低于 1 250 目的硫酸钡引起[7],并且实验结果中耐磨性和邵氏硬度之间有规律可循,耐磨性随涂层的硬度增大磨耗质量减少。

图 1 不同目数硅灰石的电镜图

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耐腐蚀性是评价涂层的重要指标,尤其是使用在条件苛刻的环境中时。图 2 为样板经不同化学介质浸泡前后的对照情况,每块样板部分浸泡在化学介质中,未浸泡部分作为对比,图 2 中样板在不同化学介质中出现了不同程度的腐蚀现象,尤其是酸碱介质中更明显,环氧地坪在酸碱环境中出现颜色变化的原因主要有两个,一个原因是与颜填料在浸泡过程中与酸或碱会发生化学变化有关,颜填料失去固有的着色力,引起褪色或变色现象[8]。另一个原因是树脂在酸碱环境中浸泡会产生色变,本实验在基体树脂一样的情况下,

   ① 号样       ②号样        ③号样       ④号样         ⑤号样      ⑥号样

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图 2 不同涂层的耐化学腐蚀性能

酸性介质中变色现象更为明显,因硅灰石主要成分为硅酸钙,硅酸钙在酸性环境下可发生水解反应,产物为硅酸,硅酸进一步聚合得二氧化硅。且与酸的反应存在一个分界点,pH≤2 时聚合反应占主导,pH≥2 水解反应占主导。在 20%的硫酸环境下,[H+]浓度达到 pH≤2,

生成的硅酸很快聚合成水合二氧化硅,脱离硅灰石界面,以聚集体形式存在。且研究表明,在酸性条件下是先水解、后缩合,碱性条件下是水解、缩合几乎同时进行[9]。因此,酸性条件下更有利于二氧化硅的沉淀,脱离的水合二氧化硅宏观表现为漆膜表面泛白。在碱性环境下,漆膜变色程度较酸性介质低,且比原配方变色程度低。因硅灰石产品 pH 均达到 10,具有抗碱性,而硫酸钡的 pH 为 7~7.5,抗碱程度较硅灰石低。并且耐化学介质性能跟涂层的致密性有关,高目数的硅灰石与配方中其它低目数填料搭配使用,可使得粗粉间的缝隙得到填充,使涂层更致密,化学介质更不易渗入涂层,图中可观察出高目数的硅灰石样板的耐化学介质性能更好。总体变色程度为酸>碱>盐>水。但在酸、碱、盐、水中浸泡未出现气泡、脱落现象,均能达到地坪的使用标准。

3 结语

考虑硅灰石的价格较硫酸钡高,在合理的成本范围内,用同等目数或目数更高的硅灰石产品替代原配方中的硫酸钡,除耐酸效果没有明显的提升外,可提高漆膜的耐磨性、硬度及耐碱性,用硅灰石替代环氧自流平地坪漆原配方中的硫酸钡具有可行性。

参考文献

[1] 蓝晓辉.环氧自流平地面施工技术[J].河南建材,2018(5):20-21.

[2] 李平舟. 低驱动无溶剂环氧涂料“绿”赢天下[J]. 环球聚氨酯,2016(11):83-91.

[3] 任旭.环氧自流平地坪漆的配方设计和应用[J].现代涂料与涂装,2011,14(5):4-6.

[4] 左柒零.无溶剂自流平环氧地坪漆的配方设计与施工应用[J].上海涂料,2008,46(2):19-23.

[5] 齐东升.水性环氧树脂地坪漆在建筑物中的涂装工艺[J].电镀与涂饰,2007,26(11):49-52.

[6] 王广驹.硅灰石消费前景看好[Z].北京:中国矿业报,2010.

[7] 庄勤川,霍颖仪,梁锦豪.硅灰石在内墙乳胶漆中的应用及影响[J].中国涂料,2012,27(10):31-33.

[8] 刁贵强,张绮旎,封科军,等.耐酸碱无溶剂型双组分聚氨酯自流平地坪涂料的研制[J].电镀与涂饰,2017,36(22):1189-1193.

[9] 黄翔,江东亮,谭寿洪.生物活性硅酸钙晶须的螯合剂法水热合成[J].无机材料学报,2003,18(1):143-148.



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