阻燃可雕刻环氧灰浆的制备

2016-10-21于钦萍王炜

绿色科技 2016年4期

于钦萍　王炜

摘要：指出了目前主题公园在国内得到大力发展，而主题公园的造型材料尤其是有机材料大多靠国外进口，国内尚无此类产品的生产与应用。详细介绍了一种可用于造型、雕的阻燃环氧树脂材料的配制与实验方案，实验结果表明：该材料不仅能满足力学性能的要求，还具有较高的施工性。

关键词：环氧树脂；阻燃；可雕刻；灰浆

中图分类号：TU54 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2016）08-0146-03

1.引言

作为一种新型的旅游目的地，主题公园（themepark）正以其独特的文化内涵、丰富的科技含量和强大的娱乐功能，吸引着越来越多的大众游客。自1955年DISNEY开创了第一个真正意义上的主题公园以来，在美国、欧洲和日本等地迅速形成了较大的规模。1990年全球年接待超过百万人次的大型主题公园已有225家，游客量逾3亿人次，创造了70亿美元的收入；2000年主题公园数量增加了近50%，游客数量增加了近80%，收入翻了一番。近10年来，亚洲市场也已日益成为主题公园的主导市场之一。我国主题公园的发展始于1989年，随后在珠江三角洲、长江三角洲等东部经济发达的城市和港台地区得到了较快的发展。主题公园本质上是一种人造旅游景观，着重于特定的主題、环境和气氛，并随时代的发展表现形式也日趋多样化。

近年来总院分别启动了新加坡圣淘沙海洋王国、珠海长隆海洋王国、华侨城、上海迪斯尼乐园等各项主题公园的承建项目。主题公园建设已列入集团的四梁八柱重点发展方向之一。阻燃可雕刻环氧树脂灰浆作为一种全新的主题造型材料，正越来越多地被应用于国内外各大主题公园的景观造型中，材料与雕刻工艺相结合，发展出了仿真程度高，耐久性优良的各种造型。有别于目前国内公园使用的不饱和聚酯翻模的造型，具有轻质、耐老化、阻燃、雕刻性好、良好的自身粘接性及修补性的特点，且使用工具可水洗，已经成功应用到上海迪士尼乐园项目中。

2.试验部分

2.1试验材料

环氧树脂，岳阳石化；柔性树脂，日本进口；丁基缩水甘油醚，安徽恒远化工有限公司；改性固化剂，美国空气化工产品有限公司；阻燃剂，进口；海硅烷偶联剂KH560，南京曙光化工集团有限公司；中空玻璃微球，美国3M公司；消泡剂BYK-052N、BYK-412，德国毕克化学；抗氧剂，进口；紫外吸收剂，进口。

2.2阻燃雕塑环氧树脂灰浆配制

加入环氧树脂、柔性环氧树脂、活性稀释剂、消泡剂、分散助剂、抗氧剂、紫外线吸收剂和硅烷偶联剂，分散20 min，环氧树脂、活性稀释剂、活性增韧剂、助剂加入到真空搅拌器，常压分散2～5 min至均匀；阻燃剂、阻燃填料常压分散20 min，真空分散2 min，称重出料得阻燃可雕刻环氧树脂灰浆甲组份。

将环氧树脂固化剂、阻燃填料加入到真空搅拌器，分散20 min，真空分散1～2 min，称重出料，阻燃可雕刻环氧树脂灰浆乙组分。

按比例加入将甲乙两组分进行混合至均匀，熟化10 min。

3.结果与讨论

3.1性能测试

测试灰浆的性能结果见表1。

3.2实验结果讨论

3.2.1环氧树脂的选择

无溶剂、高PVC、高触变性环氧灰浆，相对于溶剂类环氧材料的难点在于高颜料体积浓度时的粘度控制，这严格关联到生产与施工，同时考虑使用液态环氧树脂作为成膜物时材料的韧性。因此，主要考虑以下几个因素：环氧树脂、活性稀释剂、助剂及灰浆体系的增韧。首先是环氧树脂的选择，双酚A型6101环氧树脂软化点在12～20℃，固在低温时黏度增加较大，加工变得十分困难；双酚A型环氧树脂618相对分子质量低，由于分子链的短，涂层的柔韧性降低，脆性增大，但通过增韧改性，能够达到目标要求。综合以上环氧树脂的特点，为得到具有良好的加工性能，较长的施工期效、防腐性能和低温可操作性，以双酚A型环氧树脂618作为阻燃可雕刻环氧树脂灰浆的主要基料。

3.2.2活性稀释剂的选择

目前，活性稀释剂具有低毒性、弱反应性，其较好的稀释效果，使非极性表面获得改善。混合树脂（环氧树脂618和柔性环氧树脂）自身黏度较高，为进一步降低树脂黏度，得到合适的混合树脂黏度，对应使用不同的活性稀释剂对混合树脂进行稀释，图1是不同稀释剂对混合树脂的粘度影响。

图中四条曲线是四种活性稀释剂对环氧树脂618的稀释粘度，从四条曲线的对比来看，丁基缩水甘油醚对环氧树脂的稀释效果最好，添加量为环氧树脂618的10%时，粘度降低到1300 mPa·s，能够充分满足配制环氧灰浆的粘度。

3.2.3增韧剂的选择

未改性厚浆型无溶剂环氧涂层由于单次成膜厚，固化后韧性差，脆性大，当与钢材粘接部位承受外力弯曲时，容易产生裂纹，并迅速扩展，导致涂层开裂。增韧剂一般含有活性基团，能与胺基反应，但应用到厚浆型无溶剂环氧涂层中主要存在以下问题：①少量加入对涂层的韧性改善不明显；②同固化剂、环氧树脂相容性差，固化后不完全相容，并伴有相分离的情况，因此我们选择对树脂进行改性，柔性环氧树脂碳链长，韧性好，能提高韧性。

3.2.4助剂的选择

高颜料体积浓度无溶剂灰浆的最关键的是粘度，粘度关系到生产与施工，控制粘度的因素除了树脂、稀释剂、固化剂、颜料体积浓度外，助剂也是功不可没，因此助剂的选择至关重要，消泡剂也是无溶剂体系中必不可少的助剂，施工前材料混合容易带入空气，选择合适的消泡剂能够在生产及施工过程中有效消除起泡，因此我们选择BYK-052，该消泡剂消泡抑泡效果好，且固含高，不会带来挥发分。此外，无溶剂厚浆灰浆容易出现施工时的流挂现象，BYK-412专门提高灰浆施工时的触变性，添加后，灰浆粘度变化不明显，不影响生产。但施工时能很好的抑制涂层流挂。

3.2.5轻质材料的选择

在研究初期首先对国内外多种中空玻璃微球进行对比，也对不同粒径的空心微球进行力学性能测试，添加量太低材料的可塑性很差，同时材料密度大，不利于成品的安装；添加量太高，分散困难，同时也造成环氧灰浆状态发散雕刻成型困难。图2是不同种类的空心微球的力学性能对比图。

上述三个曲线图是不同的空心微球对阻燃可雕刻环氧树脂灰浆的抗压强度、抗拉强度和粘接强度的影响，红色曲线是酚醛树脂微球，随着微球添加量的增加，力学强度均有不同程度的下降，但三者对比酚醛树脂空心微球的特点增稠慢，添加量大阻燃可雕刻環氧树脂灰浆的粘度影响小，添加量2%时能够满足材料的力学要求，且酚醛树脂微球微溶于水，添加后材料可以沾水施工，工具可以用水清洗。且能为带来“粗糙”感，是造型更逼真。

3.2.6硅烷偶联剂的影响

硅烷偶联剂的添加量分别为0、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%、1.8%、2.1%、2.4%、2.7%和3.0%，对环氧灰浆的抗压强度和粘接强度都有很大的影响。

从图5的环氧灰浆的抗压强度对比来看，偶联剂的添加量对抗压强度的影响较为明显，随着偶联剂的添加量的增加，抗压强度呈下降趋势，因此，偶联剂的添加量并非越多越好。

图6是偶联剂的添加量对环氧灰浆粘接强度的影响：

注：本粘接强度为阻燃可雕刻环氧树脂灰浆层之间的粘接强度，并非环氧材料与钢结构表面的粘接强度。

从图6可以看出，在硅烷偶联剂添加量在0～2.1%范围内，随着偶联剂的添加量的增加，环氧灰浆的粘接强度不断提高，再提高硅烷偶联剂的用量，环氧灰浆的粘接强度变化不明显。

综合图5和图6的数据，我们最终确定硅烷偶联剂的添加量为2.1%，能获得良好的抗压强度和粘接强度。

3.2.7阻燃剂及阻燃填料的选择

传统的卤系阻燃剂虽然阻燃效果好，但燃烧时发烟量大，并伴随产生有毒气体。随着人们环保意识的增强，阻燃剂无卤化已成为发展趋势。在实际应用中，由于高分子材料性能上的差异，针对不同基材应选择不同的无卤阻燃剂，我们进行了筛选：

填料1搭配使用阻燃剂，阻燃剂的添加量和阻燃填料的添加量比例为2：8，可以通过B1级阻燃。

3.2.8固化剂的选择

目前国内市场固化剂种类繁多，我们选择了低粘度、不含苯环、易混合、颜色浅的改性胺固化剂作为环氧灰浆的乙组分，且固化时间慢，利于雕刻造型。