双组份涂料机理及其防水效果探究

0 引言
双组份涂料较单组份涂料有很多优点,但是很多人对双组份涂料的反应机理及防水效果并不是很明确。随着双组份涂料的应用越来越广泛,消费者和企业也都迫切要求了解相应的涂料市场信息以达到用最经济的方式取得最佳的效果。

1 双组份涂料作用机理及其防水机理
双组份涂料作用机理目前市场上的双组份涂料很多,但是其作用机理大体上是相同的。一般双组份涂料都分为甲组(或A 组)和乙组(或B 组),甲组包含涂料的主要成分,是涂料的主体。甲组大多是聚醚树脂和二异氰酸酯、聚丙烯酸类等物质的预聚体或者预聚合物,这些物质聚合后称为聚氨酯和聚丙烯酸等,只有当甲组分预聚体在和乙组分的固化剂、交联剂、聚合剂、促进剂、增韧剂、增粘剂、防霉剂、填充剂和稀释剂等混合加工而成的物质综合作用下才会聚合成为聚氨酯和聚丙烯酸等大分子物质,这些聚氨酯和聚丙烯酸类等物质是高分子量的聚合物,他们在分子水平上的结构是互相交联聚合成网状的,当将其涂于路面并干燥后,他们便相互交织固化不可分离,最终形成较为牢固的涂料层,这也就是一般的双组份涂料的双组份成分作用的基本原理。双组份涂料的防水机理是建立在其微观分子结构的基础之上的,由于双组份涂料的甲组组分在乙组组分作用下会形成立体网状高分子结构,这些高分子结构交联聚合在一起所形成的孔径很小,阻挡了水分子的进入,使水分子无法侵入到涂料内部破坏其高级结构。但是,由于水分子是极性物质,一头带正电一头带负电,很容易使涂料高分子结构受到破坏,所以有些高分子涂料在生产上为甲组预聚物侧链上增加了很多有活性的官能团来阻挡水分子的渗入,例如常见的官能团有二异氰酸酯基(-NOC),羧基(-COOH),羟基(-OH)等,这些官能团一般是为了增加聚合交联效果而添加的,同时也增加了分子间的交联桥数量,使网状结构空隙更小,从而阻止水分子进入避免涂料层膨胀渗水。而且其中有些官能团是疏水和亲水相互结合而使涂层表面形成水化膜而受到保护的,这些涂料的价格一般都比较昂贵。但是目前又开发出一种附着促进剂,该促进剂的作用是增加涂料层与基膜的附着力度,增加粘附力,包括增加机械性相互作用和物理吸附同时增加涂层与底材之间的氢键以及其他化学相互作用从而减小底材与涂层间隙,增强涂料的耐水性。以下将对附着促进剂做详细叙述。

1.1 树脂类附着力促进剂目前很多公司提供含羟基、羧基、醚键或氯代树脂、磺酰氨基等溶剂型树脂,它与一般树脂有较好的混容性,又与底材可形成一定的化学结合,因而在涂膜与底材间形成化学结合力。这些助剂自身又在涂膜中通过互溶、缠绕等作用与涂膜结合在一起,因而提高了附着力。树脂类附着力促进剂还有丙烯酸—环氧基类、丙烯酸—氨基类等。用于水性漆、塑料PP、PE 的附着力促进剂也有相应的品种。

1.2 硅烷偶联剂类附着力增进剂无机底材亲水的极性表面在环境中极容易吸附上一层水膜,使涂料内的疏水基料很难对底材润湿,因此,很难有好的附着力。硅烷偶联剂的应用可以揭示化学键结合对于黏接作用的重要意义,加有少量硅烷偶联剂的涂料,在涂布施工后,硅烷向涂料与底材的界面迁移,此时遇到无机表面的水分,可水解生成硅醇基,进而和底材表面上的羟基形成氢键或缩合成Si-O-M(M 代表无机表面)共价键;同时,硅烷各分子间的硅醇基又相互缩合形成网状结构的覆盖膜。硅烷通式以RSiX3 代表,当X 为乙氧基、R 为乙烯基时,硅烷为乙烯基三乙氧基硅烷,分子式为水解缩合氢键结合共价键形成,在含有硅烷的涂料中,能在漆料与底材界面相互作用,形成硅烷与漆基相互渗透的网状结构,增强了内聚力和耐水侵蚀的稳定性。显然,上述硅烷通式中的R 也非常重要,基料的活性基团应与硅烷的R 基团有牢固的化学键,至少R 也应是长链物,发生紧密的缠绕作用以使涂膜与底材整体化。

1.3 钛酸酯偶联剂类附着力增进剂无机底材往往是由于表面吸附了一层水分而影响附着力,与硅烷偶联剂相似,单异丙氧基钛酸酯的结构通式为C3H7OTiR3。式中R 为长链脂肪酸酯基、磷酸酯基等;分子中的异丙基也易与无机底材表面的吸附水经水解而结合,形成化学键;R 基也易与漆料中聚合物分子或发生化学反应而结合,或经缠绕而物理结合。因而钛酸酯偶联剂也发挥附着力促进剂的作用。以上就是一些常见的双组份涂料的作用机理和防水简介,当然随着市场的开拓,会有越来越多新型的防水双组份涂料诞生,新产品的防水性能也将会越来越好。

2 双组份涂料作用及其防水效果最适配比分析
由于在实际施工过程中涂料涂层厚度以及基底材料大多不同,所以施工时很难把握如何进行双组份涂料的甲组份和乙组份的配比以达到效果最佳化。为了能够实现经济和效益最佳,本节就介绍几种常用的最适配比试验方案来解决施工中存在的实际问题。双组份涂料作用及其防水效果最适配比依据双组份涂料作用及其防水效果最适配比指的是双组份涂料在施工过程中所拥有的最佳固化时间、防水效果以及涂料层厚度三者的综合效果,例如,如果某双组份防水涂料在某个配比单下的固化时间最短,但是其防水效果很差,那么此配比数据还需要进一步调整以利于施工。但是,如果平时施工只需要单一效果达到目标即可,例如施工过程为了缩短工期需要涂料的固化最小。那么其他两项可以忽略,施工以固化时间的最适配比为准,这也是为了适应实际施工的需要。总之,只要施工需要就可通过调整施工配比单来达到最佳的施工效果。一般情况下对于大多数双组份涂料来说,只要按照厂商提供的配比单配比即可满足大部分施工的需要,但是由于施工涂料层厚度以及基底层的材质差异有时会导致涂料效果明显变差。一般各种涂料厂商所给的配比单在(甲组份:乙组份)4:1-10:20 之间,涂层厚度为每平方米2kg-4kg之间,这种配比是厂商所给出的配比,为了适应现实施工的需要,如需要缩短固化时间可以增加乙组组份,同时也可以采取另外增加固化剂或者减少涂层厚度的方法。如果要增强防水效果,那么需要适当增加甲组组分或者另外增加交联剂和附着力促进剂等。虽然总体而言是这样操作的,但是究竟具体应该加多少,怎么加这些问题还是没有答案,那么只有通过一些简单的施工前配比试验来解决。
双组份涂料作用及其防水效果最适配比试验通常施工时涂料涂层厚度:路面1.2mm 左右。由于产品存在差异,其涂层厚度也应随之浮动。以下为施工前具体的试验方法,仅供参考。固化时间试验:按照下表(以某双组份涂料为例,厂商建议排比为甲组:乙组=4:1,涂层厚度为1.2mm)分别设计两组试验进行测算。试验材料:双组份涂料试验地点:施工地点试验方案:以双组份涂料厂商建议配比单为基准将乙组组分上下各浮动50%左右进行配比,并设置合理的配比梯度,然后将各试验组涂料按涂层厚度梯度分别涂于施工处不同位置并开始测算固化时间。固化标准以指甲粉末性划痕为准。

从表1 实际例子中可以看出,固化时间最短应为C 组涂层厚度0.8mm 固化时间最短,但是最终施工则选择了C 组配比,涂层厚度1mm,因为这种配比相对合适,能够节省施工时间同时其涂料所显现出的其他效果如视觉美观性、防水效果等都较好。防水效果试验:同样以以上组双组份涂料为例设计实验,其分组及测试结果如表二所示。试验材料:双组份涂料试验地点:施工地点试验方案:以双组份涂料厂商建议配比单为基准将乙组组分上下各浮动50%左右进行配比,并设置合理的配比梯度,然后将各试验组涂料按涂层厚度梯度分别涂于施工处,待其固化后再将吸水纸覆盖其上后进行二次喷涂,喷涂厚度与第一次相同,同时对涂层定时喷水,持续约72 小时。喷水间隔以3 小时一次为宜,喷水量约为1kg 水,喷水时间约为10-20 分钟左右。实验完毕后检测吸水纸的吸水指数即所吸水的质量(g)。

通过表2 可以看出,对于防水效果来讲,涂层越厚越有助于防水(其中测算误差或者其他人为原因导致的状况除外),所以理论上为了做好防水效果,应当选择涂层较厚的乙组低配浓度的A 试验组比较适合。双组份涂料作用及其防水效果最适配的选择通过以上两组试验可以看出为了达到不同目的可以选择不同的配比浓度及涂层厚度以达到较好的施工效果,但是,施工中多是以综合效果考虑为佳,所以如果对试验时间和防水均希望达到理想效果的话,C 组配比,涂层厚度1mm 仍然是最佳的选择。总之,只要施工前进行简单的配比试验,那么肯定会得出适合本次施工的最佳配比单。

3 市场双组份涂料防水效果分析
目前,市场上的双组份涂料有聚氨酯类、聚丙烯酸酯类、环氧树脂类、合成树脂类、氟碳类等多种双组份防水涂料,在这些涂料中单单考虑防水效果的话,聚氨酯类、聚丙烯酸酯类比较出色,其他的涂料虽然防水效果也不差,但是需要增加涂料层厚度,而涂层的增加会导致成本的升高,同时也会出现一些负面问题如出现涂料鼓胀或者暴漆现象等,当然,防水效果较好的涂料必然价格稍贵,其实只要能适合自身的需要,也不必追求高质量高价格的双组份防水涂料产品。

4 双组份涂料的应用前景分析
双组份涂料由于其具备固化时间短、涂刷及防水效果好、固化硬度高等优点备受企业喜爱,但是,由于双组份涂料含有很多有毒物质如煤焦油等会对人体产生毒副作用,所以目前正在开发不含有毒物质的绿色双组份涂料。然而,近期市场上又出现了具备更多优点的三组分涂料,这些产品虽然优点较多,但是价格也更昂贵,所以综合目前涂料市场,双组份涂料仍占据主导地位,其取代单组份涂料是必然的。然而双组份涂料逐步被三组分涂料所取代的趋势也是显而易见的,所以,用户应根据不同阶段的具体需要来选择不同的涂料产品。

5 结语
当前我国的涂料行业正在飞速发展,随着工业化进程的不断加快,涂料业也随之不断推陈出新,新产品的不断问世和老产品从市场中逐步退出都显示出涂料行业的发展速度。虽然目前双组份涂料的市场占有率很高,但是很快就会为新产品所取代。相信随着科学的不断进步,用上品质更好价格更低的新型涂料将不再是梦想。根据上述理论,结合福建省高速公路养护工程有限公司在2010 年罗宁高速标线工程采用海虹牌双组份涂料的实际使用效果,认为可进一步扩大使用。

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注