PU(聚氨酯)是一种新兴的有机高分子材料,因有着卓越的性能而被广泛应用于众多领域。PU塑胶地面的运动场可供与全天候使用,具有优异的环保性能、超强的耐用性能和相容性能。使用寿命长,施工及维护保养简便,是近年来运动场优先采用的高级运动地面。在PU塑胶地面施工过程中,要按照国家相关规范、标准,严格把住配料、地面整理、底漆涂布、摊铺、修边等工序质量关,就能够有一个合格的建筑产品。PU塑胶地面是一次成功的实践,为职工开展球类活动提供了良好的体育设施。
关键词:运动场;聚氨酯(PU:Polyarethane)塑胶;MDI(聚氨酯改性聚合);基层;面层;摊铺;EPDM颗粒(三元乙丙橡胶颗粒)
0 工程概况
淮浙煤电责任有限公司顾北煤矿职工运动场,设计为篮球场2个,羽毛球场2个,网球场1个。钢筋砼看台1座,看台上设钢球型网架雨棚。运动场总面积为2699?。根据本矿训练和体育比赛的实际需要,采用通用型平面塑胶。面层: a、PU面漆;b、5mm厚PU塑胶;c、再生胶粘于MDI单组份胶粘剂混合而成7mm厚。基层:a、100mm厚砼基层;b、80mm厚水泥稳定层;c、150mm厚碎石垫层;d、煤矸石回填、压实。
1 PU塑胶面层的特点
采用通用型平面塑胶面层,含油量低,阳光暴晒后无反油现象,气味极低,不易黏附尘土,自洁性能好,具有优异的回弹性、柔韧性、耐磨性。PU颗粒层面,舒适柔软、安全可靠,耐老化佳,正常使用寿命不低于10年。适合人工摊铺,硬化后非常平整,没有接缝,维护容易。对于砼、沥青、木材等附着力强。但对基础要求高。
2 PU塑胶的性能
2.1 优异的环保性能
工艺先进,克服MDI单组份聚酯施工困难,利用再生胶颗粒和从植物中提取的防老化及超级防霉因子,无味、无毒、无刺激性气味,属绿色环保产品。
2.2 超强的耐用性能
物理及化学稳定性,保证在正常情况下使用,免于维护。其颜色不会因为紫外线、臭氧、风雨及亚硫酸、瓦斯的污染而褪色,并能长期保持鲜艳,面层颗粒耐磨,适合高密度、超强度的训练和比赛。
2.3 以人为本的运动性能
具有适度的弹性和摩擦系数,既可吸收脚步的冲击力,减少运动伤害,又可减少体力消耗,使人体获得连续向前的动力,提高竞赛成绩,颜色柔和、美观、并可兼具变化环境功能。
2.4 相容性强
即便有小面积损毁,只需修复或更换损毁部分,并能与整体和协统一。维修简单、方便。
3 主要施工方法
3.1 对基础的要求
煤矸石分层回填,整平、压实,压实度大于90%。砼基层平整度要求3m圆周内误差为±3mm,坡度:由中线向两边倾斜0.5%,砼基层要求养护28天以上,砼地基完成后,表面要压光拉毛,不可有车辙、硬结、凹沉、龟裂或开口等。
3.2 塑胶基层铺装施工方法
地面整理:砼基层表面尘土清扫干净,滴撒的水泥砂浆及油污用溶剂擦拭干净。地面凸起物须用砂磨机或刮铲磨平铲除。凹洞或裂痕用基材修补。地面要干燥,若地面潮湿,应用喷火器烤干,检查地面平整度并符合规范规定。
底漆:用毛刷或刷滚纵横交叉涂布,涂布时用力均匀,底漆涂布尽量避免形成小气泡。摊铺:设计厚度7?。采用摊铺机,摊铺基层胶缓冲层,材料为胎面胶垫层。粘合剂为单组份无色MDI聚酯胶合剂。将胶粘剂与黑色EPDM颗粒按一定比例搅拌均匀,送入摊铺机内,进行现场摊铺。摊铺过程中对缺料部分采取人工补平方法。摊铺结束固化成型后,对摊铺层进行检查,将凸出的部分的黑色EPDM颗粒用修边刀修平。
3.3 塑胶面层施工方法
基层施工完后,须待完全干燥后方可施工塑胶面层,一般隔天施工。铺装塑胶前,先清扫干净沥青面层,再进行塑胶铺装。由专人负责铺料,专人负责配料登记及监督胶料的搅拌。随时做好跟踪检测的工作,严格保证面层的厚度和平整度。按国标GB/T14833-93的规定进行检验。若有凹陷或不平处用基材或面材补平。
把配料及搅拌场地准备好,保持配料场地及周围的干净,按工艺线画线,放施工线,白线盖住接缝。配料及搅拌:严格执行工艺配方,准确计量各组分,搅拌均匀。浆料、胶粒按一定比例搅拌均匀,每组充分搅拌。摊铺:设计厚度为5mm。摊铺前应检查好地基是否平整,并做相应措施。采用铝合金刮尺人工刮平,施工次序由内向外,减少对成品的污染。先行铺设球场内部绿色部分,再铺设红色部分。外缘处用压板隔住。
修边:接边部位由指定技术人员修整,在接硬边时,应根据坡度调整,在接软硬边时,应对硬边清理打磨,以保证粘接的牢固性。修边人员并随时检查厚度、平整度。面层:由指定技术人员操作,待底层干透、稳固后,将PU面漆均匀喷涂于面层,厚度为1-2mm。场地划线处先用胶纸临时封盖,待PU面漆干后,再刷场地分格白色线条漆。
清理:修边清理下一个工作面。按铺胶图要求把塑胶面层全部铺完,整体清理场地。
3.4 塑胶面层施工质量保证体系
施工前质量保证措施:基础保养期满后,对基础进行全面检查和清扫,确保基础表面无污染,以保证塑胶与地面粘接牢固。在篮球场施工前,首先按面积核实好原材料,准备机具及安排好搅拌现场。严格检查原材料,做出相应标记,并作好原材料防雨、防火的安全工作。施工中质量保证措施:避免有油和水等异物撒在基础面层,以保证塑胶面层表面干净、鲜艳。如施工中不慎在胶面上撒了异物,则立即用丙酮清洗干净。施工中由专人负责看护,避免发生在新铺的铺面上有人走动。施工中质量负责人根据现场情况,组织先后铺设顺序及部位,避免发生在新铺胶面上走动或运送原料,以保证胶面清洁及其平整度。严格按照要求施工、放线。铺设过程中,采用铝合金大尺刮铺,确保塑胶铺设厚度和平整度达到规定要求。在铺胶工作完成后,应对铺胶的工作面做好全面彻底的清理回收工作,为喷胶画线做好准备。在面层喷涂过程中,要严格做到配料剂量准确,喷涂出的成品要作到颜色一致、厚度适中、表面均匀。按国际标准设计划线图,严格按标准数据进行施工放线。道线清晰、平直、圆润,颜色均匀,杜绝道线出现毛边和虚线等现象。施工中派专门的质量检查人员,随时发现问题随时处理,以保证工程施工的质量。认真做好各项施工记录和检测数据等有关资料。
为确保塑胶场地质量达到塑胶面层厚度均匀、弹性保持一致良好的目的,要求塑胶场地基础有足够的弹性和稳定性,具有良好的平整度及塑胶面层的铺装区厚度,塑胶面层铺筑时间距混凝土面层的竣工时间不得小于28天。铺装塑胶层前,应认真清扫沥青混凝土表面,保证其干燥清洁,以避免塑胶层发泡或粘结不牢。并应严格控制塑胶面层的厚度。
3.5 工程施工安全卫生要求
施工场所严禁烟火,机械设备由专人进行控制操作,由专人进行旁站监督。施工后空桶及杂物应运出场外,保持现场整洁。
3.6 PU塑胶面层使用及日常养护
塑胶地面铺设竣工后,应有至少一周的养护期,然后才能投入使用。塑胶地面边缘应注意保护,严禁掀动、拉扯,如发现损坏应及时处理。运动员比赛时必须穿专业运动鞋。避免接触有机溶剂、化学药品、烟蒂及其他火种,保持清洁,可用水冲洗,粘上油污可以用10%氨水或洗涤剂擦洗干净,场地四周排水要畅通。
4 结束语
PU(聚氨酯)是一种新兴的有机高分子材料,因有着卓越的性能而被广泛应用于众多领域。PU塑胶地面的运动场可供与全天候使用,具有优异的环保性能、超强的耐用性能和相容性能。使用寿命长,施工及维护保养简便,是近年来运动场优先采用的高级运动地面。由于是机械摊铺,塑胶面层平整划一色泽均匀,给运动者爽心悦目之感,良好的弹性和防滑性能,可有效保护运动者的腿部关节,防止意外受伤。表面看塑胶运动场地费用较高,但由于其经久耐用,加上有优质的服务保障,因此大大降低了人工保养费用,属“一次投资长期受益”。塑胶运动场地的所有用料均属无毒、无害及再生型,有益于保护环境和人类资源。简述了我国地坪涂料的研发现状，着重介绍了地坪涂料的两大主要品种——环氧地坪涂料和双组分聚氨酯地坪涂料的水性化技术进展。
关键词：地坪涂料;水性环氧涂料;水性双组分聚氨酯涂料
0引言
地坪涂料具有无接缝、整体装饰性好、表面光洁、易于清洁，以及物理机械性能和耐化学品性能优良，价格适中，施工简便，维修方便等诸多特点。另外，地坪涂料还可根据特殊需求，赋予地坪防静电、防冲击火花、耐高温、防滑等特殊功能，相比于其它地坪材料，更能满足现代工业生产对地坪的不同要求。正是基于这些特点，现代建筑，特别是现代工业车间，如食品加工、制药、机械电子、仪器仪表、化工、航空、汽车等行业，大量使用地坪涂料。
1地坪涂料现状
我国的地坪涂料产业始于20世纪90年代初期，随着我国经济的快速发展，尤其是现代医药、电子、食品等行业的高速增长，带动了地坪涂料的市场需求量。地坪涂料已成为我国近年来涂料行业中继建筑涂料、交通车辆涂料、家具木器涂料以及海洋防腐涂料后，发展最快的涂料品种之一。
地坪涂料主要有两大类：环氧地坪涂料和聚氨酯地坪涂料[1]。环氧地坪涂料具有硬度高、抗压强度高、耐磨性好、耐化学品性优良等优点，但质脆、易裂，耐候性差，通常应用于紫外线较弱的室内场所或作底漆使用，由于使用成本相对便宜，得到了广泛应用，约占整个地坪涂料市场的70%。聚氨酯地坪涂料尽管在硬度和强度方面稍逊于环氧地坪涂料，但其各项性能具有广泛的可调节性，具有更好的柔韧性、耐冲击性、耐磨性、耐有机酸性、良好的抗紫外线性及耐化学腐蚀性等，行人行走时脚感舒适，缓解疲劳，并可隔音减噪，而且具有优异的户外耐候性，比环氧地坪涂料的应用范围更广。由于其使用成本较高，用量约占整个地坪涂料市场的25%。
随着全民健身理念日益深入民心，大到每个城市，小到每个社区或单位，都将会建造更多类别的体育场馆和场地，为健身和比赛提供便利，这些场地无论是耐候性的需要，还是人体舒适度的需要，聚氨酯地坪涂料都是地坪涂装面层的理想选择，相信聚氨酯地坪涂料的使用比例会不断提高。
目前我国地坪涂料80%以上为溶剂型涂料，其余的主要为无溶剂环氧涂料和聚脲喷涂体，水性地坪涂料所占比例很小。溶剂型地坪涂料中含有较多的有机溶剂，这些有机溶剂在涂料的生产和施工期间排入大气，污染环境，同时危害人类健康;此外溶剂型聚氨酯地坪涂料中还含有游离的异氰酸酯单体，在施工过程中，会严重影响人体健康和生活环境。而无溶剂环氧地坪涂料中含有少量的活性稀释剂，常用的活性稀释剂为丁基环氧丙基醚(有一定毒性)，成本较高且仍含有一定量的挥发性有机溶剂。溶剂型地坪涂料在实际施工中还存在许多难以克服的弊病，如起泡、鼓泡、脱落、附着不良等，会受到环境温湿度、基层湿度，以及基面的其它问题的影响，特别是对基材的干燥程度要求很高，而实际施工时很难满足要求。
水性地坪涂料对基材的干燥程度要求低，施工工具可用水直接清洗，涂料的配制和施工操作安全方便，而且涂料不燃、不爆、安全，贮存和运输方便，避免了溶剂型涂料因储存运输和使用不当而引起的爆炸和火灾事故。近几年，随着国际原油价格的飞速增长和居高不下，有机溶剂等基本化工原料的价格普遍上扬，我国是一个石油资源紧张的国家，同时又是一个石油消费大国，节省资源已成为我国今后一项长期而又紧迫的战略任务。地坪涂料的水性化已成为必然趋势。
下面就环氧地坪涂料和双组分聚氨酯地坪涂料的水性化技术进展作一些介绍。
2环氧地坪涂料的水性化
目前，环氧地坪涂料水性化的技术主要有2种：一是将环氧树脂水性化，然后与水可分散的环氧固化剂配合使用;二是低相对分子质量的液态环氧同具有乳化作用的环氧固化剂配合使用[2]。
2.1环氧树脂的水性化技术
环氧树脂的水性化技术主要分为成盐法和乳化法两大类[3]。成盐法是将环氧树脂改性成富含酸或富含碱的树脂，再用碱或酸进行中和。成盐技术又可分为醚化型、酯化型和接枝反应型3类。其中前两种方法均是通过打开环氧环引入极性基团，接枝反应型[4-5]是通过自由基引发丙烯酸接枝共聚，将亲水基团引入环氧树脂。成盐技术制备的水性环氧分散相粒径达到纳米级，贮存稳定性良好，但体系对pH的变化适应性较差，涂膜的柔韧性及耐水性也不理想。乳化法制备水性环氧树脂的技术有2种：一是外加乳化剂法，通过强制或相转化法制成环氧乳液[6]，外加乳化剂强制制备的乳液分散相的微粒尺寸较大，约50μm，乳液的贮存稳定性极差，并且乳液的成膜性能也不好。转相乳化法[7-8]是通过将乳化剂和环氧树脂混合均匀，随后在一定的剪切条件下缓慢地向体系中加入蒸馏水，随着加水量的增加，整个体系逐步由油包水型向水包油型转变，形成水可稀释体系。但该体系的贮存稳定性及机械稳定性均比成盐法制备的水性环氧树脂差。目前研究较为活跃的是第2种乳化技术，即环氧自乳化[9-10]，在环氧树脂分子链中引入亲水性氧化乙烯链段，同时保证每个改性后的环氧树脂分子上含有2个环氧基，不用外加乳化剂即可自乳化分散形成乳液，其乳液的分散相粒径较小，贮存稳定性高，体系对pH不敏感，并且乳化剂在成膜时参与了固化反应，因此涂膜的硬度、附着力也有很大提高，目前市售的水性环氧乳液多为此类。
2.2水性环氧地坪涂料固化剂的水性化
水性环氧固化剂是决定水性环氧地坪涂料最终性能的关键因素之一。它应能较好地溶解或分散在水中，而且在水中能够稳定存在，与环氧树脂具有良好的相容性。该固化剂可直接乳化环氧树脂或与水性环氧乳液配成稳定的水性环氧体系，同时体系的流变性、适用期、固化条件和涂膜性能也应满足水性环氧地坪涂料的使用要求。
到目前为止，水性环氧地坪涂料用固化剂经历了3代的发展[11]。第1代水性环氧地坪涂料用固化剂采用溶剂型环氧固化剂聚酰胺与醋酸、磷酸或盐酸反应制得铵盐，再在醇醚类溶剂的辅助下溶于水而制得。该方法仅改善了固化剂在水中的稳定性和亲水性，其涂膜性能和固化性能仍未得到改进，存在着水稀释降黏速度缓慢、固化速率慢、光泽低、硬度低等缺点。
在20世纪80年代后期和90年代初，开发了以环脂胺环氧加成物为基础的第2代水性环氧固化剂。采用环氧树脂作为扩链剂可以提高固化剂与环氧树脂的相容性，这种涂料体系即使在低温和高湿环境下也能较快地固化。这种水性环氧地坪涂料的缺点是不能厚涂，当一次涂膜厚度超过500μm时，涂膜在干燥过程中容易开裂。
最新开发的第3代水性环氧地坪涂料固化剂是以特高相对分子质量的脂肪胺环氧加成物为基础分散在水中的乳液，具有高胺官能度、相容性好等特点。混合后乳液稳定，固化速度快，水稀释对降低体系黏度优于第1、2代体系，具有较高的施工固体分。当涂膜厚度大于1 mm时，仍能很好干燥，不会出现开裂现象。一次可涂覆数毫米厚的地坪涂膜，克服了普通室温固化水性环氧地坪涂料不能一次性厚涂的缺陷，具有良好的市场应用前景。
3双组分聚氨酯地坪涂料的水性化聚氨酯最早的水性化产物是单组分水性聚氨酯，其具有较高的断裂伸长率和适当的强度，并能常温物理干燥，但是由于较低的相对分子质量和低交联度，与溶剂型双组分聚氨酯涂料相比，单组分水性聚氨酯地坪涂料的耐化学品性和耐溶剂性不良，硬度、表面光泽度和鲜艳性都较低，目前仅应用于建筑涂料领域及其它一些使用要求不高的场合。水性双组分聚氨酯地坪涂料是由含羟基水性多元醇组分和水性多异氰酸酯固化剂组成，它将双组分聚氨酯涂料的高性能和水性涂料的低VOC相结合，是当前地坪涂料的研究热点和发展方向。
3.1羟基组分的水性化
根据水性双组分聚氨酯地坪涂料中使用的含羟基组分在水中的粒子大小和制备方法的不同，可将其分为乳液型丙烯酸多元醇和水分散体型多元醇，它们各具不同的特点。
3.1.1乳液型丙烯酸多元醇
乳液型多元醇是通过乳液聚合而成的具有多种结构的丙烯酸乳液多元醇，其主要特点为[12]：聚合物的相对分子质量大，羟基当量大，配制双组分涂料所需的异氰酸酯固化剂少，成本低。乳液对异氰酸酯的润湿分散性差，必须使用亲水性强的水性异氰酸酯固化剂，即使这样，得到高光涂膜仍很困难，而且涂膜在室温下干燥速度快，在化学交联前已物理干燥成膜，因而涂膜的物理机械性能和耐化学品性不佳[13-14]。
3.1.2分散体型多元醇
分散体型多元醇也称第2代水性羟基树脂。分散体型多元醇按化学结构可分为聚酯多元醇分散体、丙烯酸多元醇分散体、聚氨酯多元醇分散体等。聚酯多元醇分散体是由过量多元醇、多元酸经酯化反应、中和后分散在水中制得的[15]。聚酯多元醇分散体制备的地坪涂料具有良好的流动性，涂膜的光泽较高，但聚酯多元醇的酯键易水解，导致涂料的贮存稳定性差，这种分散体在地坪涂料中应用较少。聚氨酯多元醇分散体的制备方法与单组分水性聚氨酯的制备相似[16-17]，采用含羟基链终止进行扩链，配制的水性双组分聚氨酯地坪涂料具有优异的机械性能，如柔韧性和耐磨性，以及优异的耐化学品性，但其使用成本较高，在实际中使用较少。丙烯酸多元醇分散体是由含羟基丙烯酸单体和丙烯酸(酯)单体在溶剂中通过自由基聚合，中和分散在水中制得的，有时需要脱除部分或全部溶剂。该类分散体的相对分子质量较低，羟基官能团含量较高，与水性异氰酸酯固化剂配合制成地坪涂料后，具有较好的流平性，干燥速度慢，涂膜干燥后具有较好的丰满度和光泽，同时具有良好的物理机械性能和耐化学品性，基本达到溶剂型聚氨酯地坪涂料的性能，这种分散体是目前水性双组分聚氨酯地坪涂料研究和开发的热点。
3.2水性异氰酸酯固化剂
未改性的异氰酸酯在水性双组分聚氨酯地坪涂料中的应用受到限制，因为它们很难与水性羟基组分混合均匀，两相间容易分离。要想使异氰酸酯和水性羟基组分均匀混合，根本途径是将异氰酸酯水性化。早期使用阳离子型或非离子型外部乳化剂强制乳化使异氰酸酯分散在水中[18]，其乳化剂用量大，分散后粒子较粗、贮存稳定性差、涂层的耐化学品性差。为了克服外乳化法的缺陷，近年来采用亲水组分对异氰酸酯进行改性，使其能达到自乳化的目的。这其中，以德国Bayer公司对异氰酸酯水性化的研究最为成功。到目前为止，已成功将第3代水性异氰酸酯固化剂产品市场化[19]。第1代水性异氰酸酯通过用不足量聚醚醇对如HDI或IPDI三聚体进行部分氨基甲酸酯化，这样，亲水改性的异氰酸酯(如Bayhydur 3100)易于手动乳化于水中，但是这种改性却导致异氰酸酯平均官能度降低，因而所得的涂膜交联密度低，降低了其耐化学品性。第2代水性异氰酸酯在第1代产品的基础上，通过脲基甲酸酯化，提高产品的官能度，产品更疏水，制备的涂膜综合性能优良，其代表产品是Bayhydur305。第3代水性异氰酸酯，采用氨基磺酸盐改性异氰酸酯，即使体系中含有较少的磺酸盐基团时，也可在水中很好地分散，产品具有较低的亲水性，其代表产品有BayhydurXP2547、Bayhydur XP2655，可广泛用于环境友好型水性双组分聚氨酯地坪涂料中，涂料的干燥、固化和耐化学品等性能，完全可比拟溶剂型双组分聚氨酯地坪涂料。
德国Bayer公司成功采用丙烯酸多元醇分散体和新研制的第3代水性异氰酸酯固化剂配成水性双组分聚氨酯地坪涂料，对奥运会场馆——国家游泳中心的泡泡吧地坪进行了涂装，涂装和使用效果受到大家的认可，整个体系近于零VOC，其环保性更是完全贴合“绿色奥运”之理念[20]。
4结语
随着人们对健康和环保的关注，以及涂料科学技术的进步，地坪涂料的水性化得到了快速发展，在许多性能方面已接近或达到溶剂型地坪涂料的水平，但是水性地坪涂料作为水性涂料还是存在明显的不足，如对施工过程及基材表面清洁度要求高，因水的表面张力大，污物易使涂膜产生缩孔，形成表面缺陷。特别对面涂而言，表面缺陷是致命的硬伤。水性涂料不适宜在冬季或低温环境施工，如空气湿度大，特别是低温高湿时，更不宜施工;固化后交联密度比溶剂型涂料低，涂层结构疏松;涂层的表面光泽、丰满度与溶剂型地坪涂料仍有一定的差距。如何进一步提高水性地坪涂料的综合性能，仍是我们涂料工作者今后努力的方向。 |
