无溶剂地坪涂料的种类和施工

0 引 言
地坪涂料以光洁平整、美观耐用、好洗易修的特点已经得到广泛的应用。无溶剂地坪涂料顺应了地坪涂料的发展趋势,具有绿色环保、高光厚膜、低吸尘性[ 1 ]等明显的性能优势,近年来在地坪施工领域得到了越来越多的应用,从而环氧、聚氨酯、聚脲等多种类型的无溶剂地坪涂料也得到发展。
地坪最终的涂装效果不仅取决于涂料的配方设计与生产过程,更与其施工过程是否科学合理息息相关。相比于普通的溶剂型地坪涂料,无溶剂地坪涂料有着涂料黏度受温度影响大、施工时不易调节黏度、一次性成膜厚、漆膜干燥时间取决其化学反应、固化效果受施工环境温湿度影响大等迥然不同的施工特点,施工现场的环境要求较高,施工工艺的难度也较大,且不同的无溶剂地坪涂料的性能特点和施工要求有所不同。本文将分类说明环氧、聚氨酯、聚脲三类无溶剂型地坪涂料,探讨各种常见无溶剂地坪涂料的施工工艺。

1 常见的无溶剂地坪涂料
地坪涂料中常见的无溶剂涂料涂装体系有:环氧树脂涂装体系、聚氨酯涂装体系、聚脲树脂涂装体系等。不同种类的无溶剂地坪涂料所用的基料树脂具有不同的官能团。表1为不同官能团的内聚能。基料树脂的官能团具有不同的结构和内聚能,树脂的内聚能愈高,涂膜物性的表现愈好;树脂的氢键愈多,通常树脂与基材的亲和力增加,附着性能亦增加。同时,树脂的内聚能愈高,氢键愈多,树脂的黏度也愈大,反应性愈强,施工难度也愈高。当然,影响涂料施工性能和最终涂膜物性的因素有很多,各种树脂配成的无溶剂涂料在性能、效果及应用领域上也各有优势。

111 环氧树脂地坪涂装体系
环氧地坪涂料的成膜是通过环氧树脂与固化剂的反应来实现的。常见的环氧树脂包括双酚A型、双酚F型、EPN型、ECN型等类型,无溶剂环氧地坪面漆(自流平地坪涂料)通常使用性价比较高的低相对分子质量双酚A型液态环氧树脂。图1为环氧树脂含量为50%的100 g环氧自流平涂料在35 ℃下圆柱杯(直径5 cm)中进行固化反应的温度曲线和升温曲线。环氧自流平漆料的A、B组分混合25 min后,涂料温度和温度的上升速度均迅速增加[ 2 ] 。通常,对无溶剂性环氧地坪涂料而言,将配方针对环境要求进行合适的调整,可操作时间可在20 min以上。
环氧树脂涂料对极性底材有优良的附着力,漆膜韧性好,耐化学品性能优良,耐候性及低温固化性能差。环氧树脂涂装体系广泛应用于厂房、医院、停车场、仓库、洁净室等场所。同时,正是环氧树脂涂料有着这些特点,在聚氨酯涂装体系和聚脲树脂涂装体系的施工中,也常会配套使用环氧树脂的底涂层和中涂层。

112 聚氨酯地坪涂装体系
产品开发时可以通过改变聚氨酯树脂的成分(软段和硬段的种类和比例)配比来调节漆膜的硬度、拉伸强度、延伸率和弹性;通过微调聚氨酯涂料中的催化剂(成分、用量)明显改变涂料固化反应的速度。同时,不同用途的聚氨酯涂料在施工应用中的差异也会很大,且异氰酸酯基团十分活泼,副反应多,易与水反应,漆膜固化时受环境温湿度的影响大。配方开发和施工使用前必须确认涂料的反应速度和施工要求。聚氨酯涂料有着优良的耐磨性、耐油性,弹性好、吸震性能好、固化温度范围宽,在球场、跑道、室外停车场、高档人行道及有弹性要求的工业地坪应用中常使用聚氨酯涂装体系。由于环氧涂料对水泥基面有着很好的附着和渗透效果,用于工业地坪的聚氨酯涂装体系多配套使用环氧底涂和环氧中涂(砂浆层与腻子层) 。

113 聚脲树脂地坪涂装体系
聚脲树脂用含有氨基的树脂代替了普通聚氨酯中含羟基的树脂。全聚脲涂料使用端胺基聚醚和胺扩链剂作为活性氢组分,与异氰酸酯组分的反应活性极高,无须任何催化剂,即可在室温(甚至0 ℃以下)瞬间完成反应,从而有效地克服聚氨酯弹性体在施工过程中会因环境温度和湿度的影响而发泡,造成材料性能急剧下降的致命缺点。聚脲涂料固化速度极快,可操作时间只有5 s左右,需要专门的双组分喷涂机械。同时,在喷涂过程中对环境温湿度要求低,可很方便地在立面、曲面、斜面上喷涂十几毫米厚的涂层而不流挂,适应很多特殊的应用。脲基有着很高的内聚能(见表1) ,因此聚脲涂料既具有优异的物理性能,如抗张强度、柔韧性、耐磨性等,还有着出色的耐水解、耐酸碱等防腐蚀性能。很多高档的运动场所、海岸码头、化学品车间地坪、化工实验室、船舶甲板、舱室地面等会选择使用聚脲树脂涂装体系。与聚氨酯工业地坪涂装体系相似,聚脲树脂涂装体系也多会配套使用环氧树脂的中底涂。

2 无溶剂地坪涂料的施工
各种无溶剂地坪涂料的施工多有相似之处,如施工前素地表面的处理对于各种无溶剂涂料的施工而言是很相似也很重要的一道工序。不同的无溶剂地坪涂料也有着各自不同的要求,之后将根据基料树脂的不同依次介绍环氧树脂涂装体系、聚氨酯涂装体系和聚脲涂装体系。

2. 1 施工前底材表面要求
地坪涂料实质是一层附着于底材表面的高分子膜,它在施工中的操作过程及最终展现出的性能效果均是在原有的基础上达到的。无溶剂涂料多为一次性厚膜成型,要让无溶剂地坪涂料体现出优于普通溶剂型涂料的涂装效果和地面强度,施工前务必考察基层的强度、湿度、密实度、平整度等指标,决不能忽视施工前对底材的处理。首先是对底材的考查检测。这一步骤应该在地坪合同签约进场前由市场人员完成,但施工人员在进场施工之前必须再次确认。底材的基本情况直接影响施工的工艺要求和最终效果。通常,对于水泥底材应做如下考查:
①要求水泥基面硬度好,不起砂,决不能有水泥粉化及砂浆起壳现象;
②要求地面平整性小于涂装要求厚度(用3 m及以上直尺平靠) ;
③坡度应符合设计要求,允许偏差值为坡度的2% ,并且不大于30 mm (聚脲涂装体系可用于垂直面,无此项要求) 。
其次,应对水泥底材进行必要的处理。
①必须处理好基面。松散的颗粒和砂浆必须去除干净,保证地面无油污、其他油漆、乳胶漆、灰尘、蜡、口香糖等,确保基面与地坪底漆优良的附着力。不同的处理方法对基面的影响也略有不同。通常热处理(火焰处理)能有效去除表面油污,不影响混凝土的强度。高压蒸汽处理也对混凝土强度无明显影响。高压水喷射处理则能增强基面。机械处理的方法是国内应用最多的基层表面处理方法。喷砂处理、钢帚清除都能增强混凝土基面,研磨、碾磨对混凝土强度的影响与混凝土本身的质量有关;
②表面的裂缝和其他缺陷也务必修复;
③涂料施工前水泥素地表面保持干燥,含水率低于6% ,
地面温度在5 ℃以上。若是新混凝土基材需至少固化4周,进场施工前5天不能用水冲洗或拖把拖地。
2. 2 无溶剂环氧树脂地坪涂装体系的施工
在无溶剂环氧树脂地坪涂装体系的施工中,环氧封底涂料(无溶剂环氧底漆)的涂布、腻子层及砂浆层(无溶剂环氧中涂漆)的批刮等环节与业已广泛使用的普通溶剂型环氧涂料施工要求相似:底涂施工要涂布连续表面饱满,批刮腻子、砂浆层以调整地面平整度增强地面的耐磨及抗压性能。整个无溶剂涂料涂装体系的施工重点是作为面涂层的环氧自流平涂料的施工。它对施工温度、施工方式的要求与普通溶剂型地坪不尽相同,施工中的注意要点也有所不同。

2. 2. 1 无溶剂环氧底漆的施工
无溶剂环氧底漆可辊涂、刷涂或喷涂施工。该道工序操作简单,注意双组分涂料的配比和可使用时间即可。施工的关键是涂布量的控制。涂布量过大会造成浪费,涂布量不足则成膜效果不佳难以达到封闭基面的目的。通常无溶剂环氧底漆的涂布量在011~014 kg/m2 ,视基面的密实度而定。工地上常以水泥地面是否不再泛白作为施工后底漆在地面上是否成膜的目测判断办法。

2. 2. 2 无溶剂环氧中涂漆的施工
无溶剂环氧中涂漆通常配合无机粉料进行批刮施工:添加1~3倍石英砂批刮砂浆层,添加1~3倍石英粉或者滑石粉批刮腻子层。批刮无溶剂环氧中涂漆这道工序的目的是为了让基面平整,与普通溶剂型地坪涂料涂装体系的施工一样,这道工序是为了让地面达到所要求的平整度,同时这道工序会直接影响无溶剂面涂的施工难易程度。目前地坪工程中平整的素地并不常见,这道工序的重要性也就更明显了。

2. 2. 3 环氧自流平面漆的施工
(1)施工温度:环氧地坪漆施工温度通常在5~35 ℃,若施工时超出该温度范围,涂料的固化速度会过慢或者过快,容易导致漆膜色泽不均、机械性能下降等弊病。但5~35 ℃的温度区间对于不能使用稀释剂的环氧自流平地坪涂料仍是较宽的温度范围。自流平涂料的黏度受温度的影响极大。低温下黏度合适的自流平涂料在高温下会因涂料镘涂时“像水一样流动”而难以施工,高温下黏度合适的自流平涂料在低温下则会黏稠得难以镘涂且表面不易流平。因此不少公司的环氧自流平涂料都设有夏用型和冬用型两种体系以适应不同地域及不同季节的环境因素,尤其是温度因素的差异。施工人员若在严寒或者酷暑季节使用自流平涂料,则应先核对一下所用涂料有否因为积压库存、工程延期等因素而用错季节型号。

(2)施工方式:镘涂是环氧自流平地坪涂料传统的施工方法,也是目前国内首选的施工方法。其优点是操作简单、易于培训、适用范围广。不足之处是单人施工效率较低:镘涂自流平面漆300~500 m2 /人·天。自流平地坪施工效果易受到施工人员水平参差不齐的影响。随着自流平地坪涂料的应用,尤其是在大面积工程中的应用猛增,自流平的施工方法也不再局限于简单的镘涂。无气喷涂的施工方式近年来逐渐开始流行[ 3 ] ,施工安全高效: 2 000 m2 /机器·天,且具有涂装效果好、用料节省、涂层附着力高等优点,尤其适合大面积工程的应用。镘涂施工和无气喷涂施工的区别如表2所示。


 有些公司推荐环氧自流平涂料施工时可以使用消泡滚筒放气消泡。是否宜于使用消泡滚筒,关键在于所做自流平涂层的厚度。一般涂层厚度低于1 mm时不必使用消泡滚筒。

(3)施工要点:环氧自流平面漆施工时应做到作业区域一遍成型,避免漏涂、堆料、厚薄不均、各块之间衔接时间过长等问题。施工速度以保证各条块之间衔接能“湿碰湿”施工为限,不能单人施工过大的横截面,以免施工不及时而产生接头。若需要施工的地面面积过大不得不分两次施工,则应以地面伸缩缝为界,否则“湿碰干”的施工方式易引起色块差异的视觉感受。夏季施工时要坚持“专人配料、次多量少、供应不断”的原则。否则高温会加速固化,而固化反应本身又放热升温,两者循环促进易引起未使用的涂料温度猛升而迅速胶化[ 2 ] ,既浪费涂料更容易影响施工质量。冬季施工时要避免低温高湿的环境,否则低温下环氧树脂的固化反应缓慢,胺类固化剂中的游离胺受潮气影响易析出泛白,影响漆膜质量。如必须在该环境下施工,则应在涂料混合后熟化片刻( ≥10 min)再应用,使部分胺与环氧树脂结合生成中间体,既能放热升温促进反应,更便于两相之间互相混溶,减少缩孔、橘皮、泛白等弊病。

2. 3 无溶剂聚氨酯地坪涂装体系的施工
溶剂聚氨酯地坪涂装体系可以分为硬PU地坪涂装体系、软PU地坪涂装体系(也有称弹性PU地坪涂装体系)和运动场PU地坪涂装体系。硬PU地坪涂装体系和软PU地坪涂装体系多用于工业地坪,它们的施工方法相似,只是在配方上通过改变成分、配比来调节漆膜的弹性和硬度。运动场PU地坪的施工方法自成一体,在球场、跑道、室外停车场、高档人行道等运动性地面的应用中占有统治地位。

2. 3. 1  无溶剂硬PU地坪涂装体系和无溶剂软PU地坪涂装体系的施工
硬PU地坪涂装体系和软PU地坪涂装体系作为工业地坪涂装体系的一种,与无溶剂环氧树脂地坪涂装体系的施工非常相似。硬PU地坪涂装体系和软PU地坪涂装体系的底涂层和中涂层(包括砂浆层与腻子层)的施工与无溶剂环氧树脂地坪涂装体系十分相似,只是材料换成了无溶剂聚氨酯底漆和无溶剂聚氨酯中涂漆。如111节所阐述的,很多公司直接应用无溶剂环氧底漆和无溶剂环氧中涂漆作为PU地坪涂装体系的底涂层和中涂层。这2个地坪涂装体系的主要差异在于面漆:硬PU地坪涂装体系的面涂层使用硬度在50~80 shore D的无溶剂聚氨酯面漆,软PU地坪涂装体系使用硬度在40~70 shore A的无溶剂聚氨酯面漆。这两种面漆均具有一定弹性,硬度低于环氧自流平面漆(常为80~90 shore D) 。聚氨酯涂料对双组分的配比准确度、基面的潮湿度以及环境中的水分含量更加敏感,使用前必须提防结露、返潮等高湿环境。

2. 3. 2 运动场PU地坪涂装体系的施工
运动场PU地坪涂装体系通常称为:聚氨酯铺面材、塑胶铺地材料、塑胶地面等。相比于环氧做底的PU工业地坪涂装体系,这是一种纯聚氨酯的涂装体系。它包括塑胶跑道铺面、球场等运动场地铺面、过街天桥人行道铺面、儿童乐园铺面等,硬度范围45~80 shore A,施工方式已经发展出全塑型(传统型) 、透气式、复合型等多种方法。不同的施工方式直接影响PU地坪的强度、耐久度、透水性。总括各种施工方式,运动场PU地坪涂装体系多以单组分或者多组分聚氨酯涂料封底,其上铺设多组分(常为双组分或者三组分)的无溶剂聚氨酯涂料。其中,双组分涂料施工时多用大秤称量,配比固定,常会分为夏用型和冬用型。三组分涂料则必须加一台精确称量的小秤,其催化剂组分的添加量根据施工温度的高低进行增减,然后根据不同的施工方式将固体橡胶粒按比例拌入涂料,或者撒在施工好的面层,或者不加。有的则在面层再薄喷一层PU面漆。

2. 4 聚脲地坪涂装体系的施工
聚脲涂料又叫喷涂聚脲弹性体。20世纪80年代以后,随着R IM技术的发展,撞击混合式高压喷涂设备的出现,喷涂聚氨酯(脲)弹性体技术开始发展。聚脲涂料通常不含催化剂,快速固化,可在任意曲面、斜面及垂直面上喷涂成型, 5 s凝胶, 10 min即可达到步行强度。它对水分、湿气不敏感, 100%固含量,一次施工达到厚度要求,且具有优异的物理性能(如抗张强度、柔韧性、耐磨性等) 、热稳定性、耐腐蚀性等。聚脲无溶剂喷涂成型主要是利用压力将聚脲原料由计量泵输送至喷枪,经过快速混合后,喷至物体表面成型。喷涂设备体积小,质量轻,易于搬运,操作灵活,施工方便,效率高,特别适用于大面积地坪的施工。由于机械的成本高,聚脲施工中常见的喷涂机械多固定以1∶1的体积比进行双组分喷涂。聚脲固化时会快速放热,进行地坪涂装时大量散热易导致基面内气体迅速膨胀出现漆膜起鼓的现象。聚脲地坪常由专业聚脲喷涂的工程队施工。聚脲地坪涂装体系中必须使用底漆进行致密地封底,且其底漆涂膜需要有足够的厚度。

3 结 语
(1)常见的无溶剂地坪涂装体系有环氧树脂涂装体系、聚氨酯涂装体系、聚脲树脂涂装体系等。各种无溶剂涂料在性能、效果及应用领域上各有优势。
(2)地坪涂料的性能效果是在原有底材的基础上达到的,涂料施工前务必对材料进行考察和处理。
(3)地坪涂装体系的底涂要达到封闭基面的效果,中涂应达到平整基面的效果。
(4)无溶剂面涂施工时有着较高的温度及湿度要求、工艺要求以及独特的施工方法。
(5)聚脲地坪涂料固化迅速、性能优异、施工不易受环境影响,但配套的底漆要能形成致密且厚的涂膜。

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