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符合GMP要求的环氧自流平涂料技术探讨
发布时间:2013-3-5  访问:1919  
 1 、 前言
随着现代工业技术和生产的发展,对于清洁生产的要求越来越高,要求车间地坪耐腐蚀、洁净和耐磨,室内空气含尘量尽量的低,如食品、烟草、电子、精密仪器仪表、医药、医疗手术室、汽车和机场等生产制作场所,均要求洁净车间。这不仅是改善劳动条件的需求,更是现代产品质量的保证。目前国外的许多洁净车间地坪通常采用整体聚合物面层,其中基本上以一种称为 “ 自流平涂料 ” 的材料为主,由于一般情况下涂料的化学基材为环氧树脂,所以国内一般称为 “ 环氧自流平涂料 ” ( epoxy self-levelling flooring ),这是一种弱析尘的材料。目前在国内被众多的厂家和用户所接受和使用,尤其是医药行业, 1996 年国家开始在制医行业实施 GMP 标准,其中一个基础的硬件水平就是洁净地坪的制作。
    环氧自流平涂料是以环氧树脂为成膜物,通过加入各种助剂、颜料、填料等加工而成,具有以   下几个特点: ① 涂料自流平性好,一次成膜在 1mm 以上,施工简便; ② 涂膜具有坚韧、耐磨、耐药性好、无毒不助燃的特点; ③ 表面平整光洁,具有很好的装饰性,可以满足 100 级洁净度要求等级。

    2 、 环氧自流平涂料的介绍
    2 . 1 耐环氧自流平洁净地坪涂料是以环氧树脂为涂料成膜物 , 再通过添加固化剂、无挥发性的活性稀释剂、助剂和颜料和填料配制成的一种无溶剂型的高性能涂料。环氧自流平涂料的成膜过程是一种化学成膜方法,首先将可溶性的低分子量的环氧树脂涂覆在基材表面后,分子间发生反应而使分子量进一步增加或发生交联而形成坚韧的漆膜。其中选用的环氧树脂要求树脂能够在常温下成膜,并且涂料膜要求具有高粘接力、较强的机械强度、抗化学药品性和良好的电气性。
    2 . 2 国内外自流平涂料的比较
    涂料在施工后能否达到平整光滑的特性 , 称为流平性 , 流平性是涂料应用中的非常重要问题 , 它影响涂层的表观和光泽 , 当涂料涂刷在基材上时 , 将留下刷痕 , 此刷痕可因涂料未干燥前的流动而减轻。当涂料流平性差时,用肉眼便可以看出涂层表面不平的情形。当肉眼看不出差别来,此时称漆膜是平的,涂膜由不平向平滑的推动力不重力,而是表面张力,一般情况下,流平性可以用 ORCHARD 公式评价。从理论上说,涂料粘度越低或涂层越厚,流平性就越好。由于自流平涂料的特殊性,一般要求成膜后的涂膜具有良好的流平性的同时,又要保持良好的表面性。目前纵观国内外的环氧自流平材料体系,主要有两个技术指导思想,一是国内的一般众多厂家所采用的指导思想( A 类), A 类技术主旨是:利用适量的溶剂来达到涂料良好的流平性,在涂装过程中,涂料中填料会逐渐下降,固化后的涂膜具有较好的流平性,但表面硬度不高,耐磨性较差,同时在施工中可能会产生较多的表面瑕斑等不足,这是片面追求流平性的结果;二是国外等众多厂商沿用的技术( B 类),而 B 类自流平涂料是在保证树脂良好的流平性同时,依旧保持填料的均匀性,从而确保固化后的涂膜具有更好的表观装饰性。
    正因为这两种不同技术指导思想,从而对自流平涂料及最后工程产生不同的影响结果,主要在于表面状况、贮存性和耐磨性,下面就分别对各个性能作一详细分析。
    2.2.1 表面状况
    影响自流平涂料地坪的表观性能主要有三方面: a) 固化剂的选择; b) 活性稀释剂的选择; c) 流平消泡剂的选择。
    a) 固化剂的选择是影响自流平地坪表面状况的主要原因,对于环氧自流平涂料,要达到一次施工成膜厚、短期固化后获得较高的粘接力要求,固化剂的选择是配方中最重要的工作,普通固化剂无法全部满足产品的技术要求,一般采用改性固化剂复配而成,在硬化过程中无游离胺析出。国外的自流平涂料一般情况下的固化剂有冬用、夏用、春秋用以供选择,施工完毕后的地坪表面有镜面效果,如高档汔车漆无暇点,色泽均匀丰满,而反观国内大多数自流平涂料,较多的厂家一般情况下不分春夏秋冬或地区的不同,均选用同一种固化体系,从而造成自流平在不同地区的适用性较差,可能造成在同一季节不同地区自流平施工时,施工质量不能得到很好的保证;同时一般情况下表面有油斑、白化点、针孔等现象。固化剂的选择原则上应该选用 2 种或多种固化剂进行复配,以达到所需要的镜面效果,一般来说,复配固化剂中应该含有抗水斑与抗白化的成份,同时速度相对较快的与较慢的固化剂复配以调节固化速度。由于各个厂家主方的配方各不相同,所以应用户应根据自己的配方根据地区气候差异,选用不同类型的固化剂或固化体系,使产品调节到一个最佳的适合点。
    b) 活性稀释剂的选择:国外的自流平涂料一般采用 C12-C14 缩水甘油醚、丙烯酸酯缩水甘油醚,能提供较好的镜面效果,而目前大多数国内厂家采用 BGE 等缩水甘油醚,由于 BGE 材料的表面张力大,造成流平性不佳;同时 BGE 材料的蒸汽压较高,较易挥发,在影响表面效果的同时,又不利于环保;另外由于国内市场供应的 BGE 大多为国产原料,由于生产控制技术水平受限,材料的纯度不高,更易造成自流平地坪的表面状况的不良。
    c) 流平消泡剂:自流平材料对于涂料漆膜的要求极高,特别是厚膜的条件下,即使涂膜在有限的时间内充分流平,但又要求厚膜中的气泡迅速排出而膜表面不留下任何缺陷,因此,流平消泡剂等助剂的选择及用量是极为关键的因素。一方面通过加入各类助剂,降低涂膜成膜时的表面张力,有利于涂膜的流平和消泡,但另一方面又要防止这类助剂过多的加入会引起不相溶物,对树脂、稀释剂及填料间的粘接产生不利影响。流平消泡剂的加入对自流平涂料的漆膜的表观有重要的促进作用,一般在固化剂和活性稀释剂确定后,再在各种气候条件下作反复试验比较,并最后优化结果。
    2.2.2 贮存稳定性
    A 类的自流平涂料的贮存稳定性不好,涂料在放置一段时间后,会很明显的发生涂料中的较重成份(如颜料、填料等)发生沉降现象,使涂料形成两相。这虽然不是一种由于化学意义上的变质,但给最终用户或施工厂家带来诸多不便,用户在启用这些自流平涂料前,必须充分搅拌混合这些发生沉降现象的涂料,而在一些施工现场不可能具有这些充分搅拌的条件,即使具有搅拌的条件下,但也不能确保涂料与出厂的质量保证一致,这就可能导致质量隐患,而 B 类的自流平涂料则不会发生这种现象,我司出口自流平涂料到其它国家时,在放置 3 个月后未有这种 “ 沉降 ” 现象。
    2.2.3 耐磨性:正如上文所说,质量好的自流平涂料在施工流平过程中不会发生涂料下沉现象,从而保证固化后的自流平地面有良好的耐磨性,而一些加入大量溶剂的涂料,则相对硬度较低。

     3 、 环氧自流平涂料的施工
     3.1 基层检查及处理
基层检查包括混凝土含水率的测定、平整度的测定、 PH 值的测定、强度的测定。因 PH 值、平整度、强度测定较为简便,这里不再累述,而因含水率对涂膜的影响很大,故对其测定作一介绍。
    3.1.1 含水率测定
   含水率的测定有以下几种方法:
   a) 塑料薄膜法( ASTM4263 ):把 45cm×45cm 塑料薄膜平放在混凝土表面,用胶带纸密封四边 16 小时后,薄膜下出现水珠或混凝土表面变黑,说明混凝土过湿,不宜涂装。
   b) 无线电频率测试法:通过仪器测定传递、接收透过混凝土的无线电波差异来确定含水量。
   c) 氯化钙测定法:测定水分从混凝土中逸出的速度,是一种间接测定混凝土含水率的方法。测定密封容器中氯化钙在 72h 后的增重,其值应 ≤46.8g/m2 。
    3.1.2 水分的排除
   混凝土含水率应小于 9% ,否则应排除水分后方可进行涂装。排除水分的方法有以下几种:
   a) 通风:加强空气循环,加速空气流动,带走水分,促进混凝土中水分进一步挥发。
   b) 加热:提高混凝土及空气的温度,加快混凝土中水份迁移到表层的速率,使其迅速蒸发,宜采用强制空气加热或辐射加热。直接用火源加热时生成的燃烧产物(包括水),会提高空气的雾点温度,导致水在混凝土上凝结,故不宜采用。
   c) 降低空气中的露点温度:用脱水减湿剂、除湿器或引进室外空气(引进室外空气露点低于混凝土表面及上方的温度)等方法除去空气中的水汽。
    3.1.3 基层表面处理方法
   对于平整地面,常用下列方法处理:
   a) 酸洗法(适用于油污较多的地面):用质量分数为 10~15% 的盐酸清洗混凝土表面,待反应完全后(不再产生气泡),再用清水冲洗,并配合毛刷刷洗,此法可清除泥浆层并得到较细的粗糙度。  
    b) 机械方法(适用于大面积场地):用喷砂或电磨机清除表面突出物,松动颗粒,破坏毛细孔,增加附着面积,以吸尘器吸除砂粒、杂质、灰尘。对于有较多凹陷、坑洞地面,应用环氧树脂砂浆或环氧腻子填平修补后再进行下步操作。
经处理后的混凝土基层性能应符合以下指标。
     表 1 合格混凝土基层指标
     检查项目 湿度   强度    平整度    PH 值     表面状况
     合格指标 ≤9% >21.0MP ≤2mm/M <10 无砂无裂无油无坑
    3 . 2 涂刷底漆:用刷涂或滚涂方式涂底漆 1 至 2 道,每道间隔时间为 8 小时以 上;在旧基层上需再增 1 道底漆。
    3 . 3 腻子修补:对水泥类面层上存在的凹坑,采用 EPOXY mortar 填平修补,自然养护干后打磨平整。
    3 . 3 刮涂面层:采用刮板将已熟化的混合料轻刮,使其均匀分布。按不同要求进行多道刮涂,厚度可达 1 ~ 3mm 。
    3 . 4 打蜡养护:待自流平层施工完 24hr 后,对其表面采用蜡封养护, 2 周后即可使用。
    3 . 5 施工验收:表面平整光洁、色彩一致、无明显色差。

    4 、 环氧自流平地面的质量评估
目前国内有许多自流平涂料生产厂商以及施工工程公司,但最后自流平地坪的质量差异明显,在此根据我们的多年应用经验,提供一些实际工程经验给客户以及最终用户以评价工程情况:
     4 . 1 表面状况:作为一种表面装饰性极强的自流平性涂料,要求自流平有良好的平整性,同时也不应该有气泡、杂物等不良状况。 <br>
    4 . 2 饱满度:以前国内的许多自流平厂家基本上没有这个技术指标,但这在日本等国家是一个基本的技术指标,我们通常采用反光率的一个指标来度量饱满度,我们要求在固化好的自流平地面上的反光率达到 95% ,而我们目前对国内许多生产厂家的产品进行测试表明,其反射率均不大于 85% ,从而造成亮度不高,这是上文提到的技术指导思想差异所致,除了以上之外差别之外,饱满度不好的自流平表面会出现一种如松花蛋上的 “ 松花 ” 形状的暗花,对着光线侧视时,会发现表面有一层模糊的雾状的油污。根据我们多年的工程经验,一个比较快捷的目视方法是,在开灯情况下,若饱满度比较好的地坪,上方的荧光灯(俗称 “ 日光灯 ” )管在地坪上的投影清楚而不会发生走形现象;而在饱满度不好的情况下,灯管的投影像则会模糊、变形。
    4 . 3 硬度:作为地坪,要求固化后的地坪表面有一定的硬度,从而达到足够的耐磨性,填料会下沉的自流平涂料在固化后地坪的地面硬度不是太高,一般要求地坪的硬度 >2H ,以达到工业使用要求。


     5 、 环氧自流平涂料的应用案例
     作为一种高性能的环氧自流平涂料,迄今为止在大量的医药工厂、电子工厂等大量使用,面积从几十平米到 20000 平米的地坪,最早自 1999 年开始投入市场应用的地坪经过多年使用后依旧保持良好的表面情况。

     6 、 自流平涂料的技术发展
随着合成技术的发展,自流平涂料的生产及应用技术得到一些发展,具体如下:
    6.1 聚氨酯系自流平涂料的出现,考虑到聚氨酯涂料耐磨性、良好工艺性的特点,一些厂家开始发展聚氨酯基的自涂平涂料,目前在一些小工程上得到应用。
    6.2 亚光型自流平涂料:考虑到一些实际生产以及美观的需求,有时要求表面呈现亚光效果,以前一些厂家或工程公司在施工时只能通过刷子在表干的表面压制出亚光效果,这样就可能导致亚光效果的不均匀,现在一些厂家通过配方调整,发展了一种天然的亚光效果的自流平涂料,采用这种涂料施工后,不再需要其它工艺就能获得亚光效果。 

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