新型水性仿石地坪涂料
0 引言
地坪材料按照组成大致可分为无机材料、有机材料、自流平材料和板块面层材料，其中天然石材、混凝土和水泥砂浆是我国应用最早的地面材料。天然石材以其天然材质、光亮晶莹、坚硬永久、高贵典雅、耐腐蚀等其他装饰材料无可比拟的优点被大量用于地面装饰中。石材地面已作为“档次”的象征，应用在宾馆、写字楼、医院等公共建筑中，同时随着人们对居家装饰追求的不断提高，天然石材也成了家庭地面装饰材料中的“新宠”。
众所周知，天然大理石、花岗岩石材取之于山区，要经过切割加工、运输、安装等工序，因此价格昂贵。大量使用石材会破坏自然环境，造成水土流失，不利于生态环境的保护。某些花岗岩石材还会释放微量放射性元素，对人体造成伤害。为了解决天然石材日益短缺与装饰需求不断增长之间的矛盾，近年来仿石类装饰材料不断出现，其中水性多彩涂料作为新型涂料品种，由于其逼真的仿石效果得到了大家的关注和认可，具有良好的发展前景。但是目前由于多彩涂料的耐磨性差、强度低等局限性，应用场合仅限于建筑墙面，因而根据多彩涂料的特点，结合地坪涂料的要求，研制新型的仿石地坪涂料系统意义重大。
水性仿石地坪涂料系统不但具有类似石材的外观，还必须具备地坪材料的基本性能，如耐磨性、抗化学腐蚀性等，同时由于该系统主要应用在室内，因而环保性能也应满足相关标准要求。根据以上特点，本文介绍了一种新型的水性仿石地坪涂料系统，按照施工的先后顺序，仿石地坪涂料系统包括水性环氧底漆、水性环氧中层漆、水性多彩涂料和水性环氧罩面清漆。仿石地坪涂料系统示意见图1。
仿石地坪涂料系统示意
1 水性多彩涂料的配制
1.1 水性多彩涂料的原理
水性多彩涂料是一种以多色乳胶漆的小液滴构成涂料的分散相，保护胶水溶液构成连续相的多相悬浮体系，所以多彩涂料也称为“水包水”涂料。要实现这种“水包水”的悬浮体，必须把乳胶漆分散于保护胶水溶液中，在分散相乳胶漆颗粒的表面形成一层不溶于水的柔性膜，这层柔性膜除了能够阻止膜内乳胶漆组分与膜外的保护胶液组分互相扩散外，还能防止乳胶漆颗粒之间发生聚集。这样使得多彩涂料在贮存过程中能保持相对稳定的状态，而施工后湿膜中的分散相有色乳胶漆颗粒初期仍处于分散状态，随着涂膜中水分的挥发，分散相的乳胶漆颗粒相互堆砌、融合，最终形成牢固的多彩花纹涂膜。
1.2 原料选择
1.2.1 保护胶的选择
保护胶是制备多彩涂料的关键原料。目前，制备水性多彩涂料的保护胶水溶液（连续相）主要有：1）聚乙烯醇、淀粉、半乳甘露聚糖/硼酸盐体系；2）纤维素醚/特制硅酸镁/锂盐分散体系；3）纤维素醚/无机盐体系；4）阳离子乳胶漆/阴离子分散体系或阴离子乳胶漆/阳离子分散体系。上述体系可单独采用，也可多个体系复合使用，效果更好。本文采用的是第二种体系。
1.2.2 乳液的选择
乳液是构成涂料形成连续涂膜的主要物质，是决定涂膜物化性能的主要材料。目前广泛应用于建筑涂料中的乳液有纯丙乳液、苯丙乳液以及氟碳乳液等。根据HG/T 4343—2012《水性多彩建筑涂料》的要求，水性多彩涂料需具备一定的覆盖裂缝能力，因而可选择弹性乳液作为成膜物质。弹性乳液是纯丙乳液的一种，其主要特点是弹性延伸率高，可覆盖基层细微裂纹。此外弹性乳液的最低成膜温度一般低于0 ℃，因而制备涂料时可不添加成膜助剂。弹性涂料耐候性好，防水性能优异，是性能比较全面的乳液品种，适合制备多彩涂料。
1.2.3 颜填料的选择
天然石材颜色多种多样，因而配制多彩涂料时往往需要根据最终的仿制效果，配制多个单色的涂料，然后按照一定比例混合。根据天然石材颜色的特点，多彩涂料往往选择色彩较为暗淡、耐候性优异的无机颜料或色浆，如氧化铁色浆、钛白浆等。实际生产过程中，仿制一种特定的石材效果一般选用3 ~ 4 种单色漆。色漆品种太少，则仿石效果差，效果不逼真；色漆品种太多，则会导致颜色杂乱、重复性差，实际施工容易出现发花、色差等现象。为了改善涂膜性能、降低成本，涂料中往往添加一定比例的填料。填料种类众多，不同的填料对涂料的光泽、耐候性以及贮存稳定性影响较大，常见的种类有重钙、硅灰石粉、云母、滑石粉、高岭土、白云石等。常见填料的基本性能见表1。
常见填料的基本性能
根据水性多彩涂料的特点和生产工艺，填料应该选择密度小、悬浮性好、容易分散的种类，高岭土和云母粉是比较合适的选择，但高岭土吸油量相对较高，分散时需要更多的分散剂。
1.2.4 助剂的选择
涂料中助剂种类较多，其特点是添加量少，但对涂料性能改变较大。由于多彩涂料理论上属于不稳定体系，助剂往往会对保护胶体系造成影响，因而多彩涂料中助剂的种类以及添加量应越少越好。例如成膜助剂大多为醇醚化合物，对保护胶影响较大，一般不建议使用。这也是选择弹性乳液作为成膜物质的重要原因。纤维素醚在多彩涂料中既可作增稠剂，同时也可作保护胶的一部分，其添加量往往比普通建筑涂料用量要高，一般添加0.5％~ 1．0%。多彩涂料颗粒的大小主要与分散速度有关，分散速度越快，颗粒越小。而多彩颗粒的形状则主要由涂料的增稠体系决定。除纤维素醚外，基础漆中后期添加的助剂品种主要有缔合型增稠剂和聚氨酯流平剂。缔合型增稠剂用量较多，多彩涂料干燥后彩色颗粒外形通常棱角较分明，反之聚氨酯流平剂加量较多，则颗粒外形比较圆润。
1.3 生产工艺及配方
1.3.1 生产工艺
相对于普通建筑涂料的生产工艺过程，多彩涂料的生产相对比较复杂。制备工艺流程如图2 所示。
多彩涂料制备工艺
1.3.2 色漆的配制
首先依照表2 配比制备基础漆，然后根据仿石效果图，将色浆加入到基础漆中，即可得到所需的色漆。
1.3.3 分散相涂料的制备
依照图2 的工艺流程，将1 份保护剂粉末缓慢加入9 份水中，高速搅拌约1 h，至保护胶粉末完全溶解于水中，静置24 h 后即可得到10%的保护胶胶体。然后按照w 保护胶∶w 色漆=1 ∶ 10 的比例将保护胶加入到色漆中搅拌至均匀状态，即可得到单色的分散相涂料。为保证分散时颗粒的稳定性，还可加入一定比例的稳定剂。分散相涂料黏度的大小也决定了后期多彩颗粒的大小，黏度越大，颗粒内聚力越大，搅拌时不容易分散，制备的颗粒尺寸也相应较大。
1.3.4 多彩涂料的制备
多彩涂料的配方见表3，其中成膜物质为KD6，是一种硅丙乳液。该乳液特点是乳胶粒子达到纳米级别，外观呈无色透明，所以制备的多彩涂料连续相清澈透明，具有很好的外观效果，同时不需成膜助剂，有效保证体系的稳定性。干燥后，涂膜耐水性好，透明度高。先将水、乳液搅拌均匀，然后按照比例加入各种颜色的分散相涂料，缓慢搅拌3 ~ 5 min，即可得到稳定、均匀的多彩涂料。为防止搅拌对多彩涂料粒子造成破坏，一般选用浆式搅拌叶。综合贮存和施工因素，最终调整黏度范围为75 ~ 85 KU。
水性多彩涂料配方
2 水性环氧树脂面漆的制备
环氧树脂涂料因其优良的附着力和抗化学腐蚀性，被广泛应用于地坪系统中。其中水性环氧树脂涂料经过半个世纪的发展，性能已有了很大的提高，附着力、耐化学腐蚀性、表面硬度已达到或接近溶剂型环氧树脂涂料的水平，此外水性环氧树脂涂料还有溶剂型涂料无可比拟的特点，如环保性能优异、施工工具可重复使用、可在潮湿环境中固化等。
2.1 水性环氧树脂涂料的原理
同溶剂型环氧树脂涂料固化机理一样，水性环氧树脂涂料多采用双组分配比。其中双酚A 型环氧树脂是应用最广泛的环氧树脂种类，分子中含有极性高的羧基和醚键，使其对混凝土等多种基材有良好的附着力，涂料固化时的体积收缩率低，耐化学药品性能良好，并且双酚A 型环氧树脂有刚性的苯环和柔性的醚键交替排列的结构，赋予涂膜较好的物理机械性能，所以这类环氧树脂被广泛应用于地坪涂料。目前国内外环氧树脂的水性化技术主要分为乳化法和成盐法两大类。常用的水性环氧
固化剂大多为多元胺或其改性产物，利用其分子中胺基上的活泼氢与环氧树脂分子中的环氧基反应。两组分混合时，如果
固化剂过量，会导致涂膜光泽高、固化时间缩短、耐磨性和附着力增加；反之，
固化剂不足则会导致涂膜耐化学腐蚀性下降。
2.2 原材料选择
环氧树脂应选择环氧值适中的品种，其固化物交联密度高、致密性好、耐腐蚀性强。本试验使用水性环氧树脂E51，环氧当量为185。为提高水性环氧树脂与水性
固化剂的相容性，缩小两组分的溶解度参数差距，通常还会在树脂中添加少量的助溶剂，主要成分为醇醚化合物。对于水溶性胺
固化剂的选择，不但要考虑其反应活性，还要考虑其与环氧树脂的相容性、分散乳化性。由于环氧树脂涂料作为罩面清漆使用，不添加钛白粉等颜料。填料方面，可选择折射率低的石英粉，一方面可适当降低产品成本，另一方面可有效提高涂膜的机械强度和耐磨性，但过量加入会导致贮存性变差，施工困难。由于水的表面张力较高，对底材的润湿性较差，可加入润湿流平剂来提高其润湿性，同时也改善了涂料的流平性。另外由于水的电导率高，在涂膜干燥过程中易发生闪蚀现象，可通过添加防闪锈剂来预防，同时还应加入消泡剂消除生产、运输过程中产生的气泡，改善涂膜表面状况。
2.3 水性环氧树脂涂料配比
水性环氧树脂涂料分为两个组分，配比如表4 所示，实际使用时按照wA ∶wB =1 ∶ 1 混合。
水性环氧树脂涂料配方
3 性能检测结果
水性多彩涂料和水性环氧树脂涂料性能检测结果见表5。
性能测试结果
4 施工方法
不同行业对地坪涂料的性能要求不一，因此施工方法也有一定差异。但通常的做法是先处理基层，后涂刷底漆。为增强涂层强度，涂刷底漆后一般还应施工一遍水性环氧中层漆，起到承上启下的作用。然后喷涂水性多彩涂料，等多彩涂料干燥后涂刷水性环氧树脂罩面涂料。基层的处理非常关键，以混凝土或砂浆地面为宜，首先确认基层必须坚硬牢固、平整度好，清除表面灰尘，填补裂纹和孔洞，涂刷封闭底漆，防止基层泛碱，增加附着力。水性多彩涂料的施工须使用专门的喷枪喷涂。大面积施工前须调节喷枪口径、风压等条件加以试验，再进行大量喷涂。喷涂时喷枪的运行须保持一定速度、一定距离，喷嘴与喷涂面须保持平行。为保证仿石逼真效果，降低施工材料成本，可预先涂刷一遍与石材底色相同的涂料，然后再喷涂多彩涂料。涂刷水性环氧涂料前，必须确保多彩涂料已干燥。水性环氧罩面清漆可根据具体情况喷涂2 ~ 3 遍。图3是以混凝土块为基层的施工效果图。
以混凝土为基层的施工效果
5 结语
综上所述，仿石地坪涂料体系包括底漆、中层漆、水性多彩涂层和水性环氧罩面清漆。通过合理的施工，该体系能达到逼真的仿石材效果，同时具有良好的机械性能和抗化学腐蚀性能，是一种新型的多彩地坪系统，能有效减少天然石材的用量。
同天然石材相比，该体系成本大幅降低，环保性能优异，并有效减少了天然石材的放射性风险，更重要的是由于其密度小，大大减少了建筑的负荷，提高了建筑的安全性。该地坪体系施工方便，既可大面积无缝施工，也可做成有分割线的块状效果。在设计、施工过程中可根据设计师的意图改变花岗石的形状，也可根据地坪的形状做成平面、台阶的效果。随着产品质量的不断完善，施工技术的不断提升，相信仿石地坪系统将会是地坪发展的新方向。
咨询热线：17320188259
