水玻璃無機涂料的研制及發展趨勢

王亞峰

長治職業技術學院，山西 長治 046011

0 引言

近年來，隨著科學技術的進步和經濟、社會的發展，建筑涂料的發展也明顯地成為了一個國家國民物質生活水平的重要標志。建筑涂料的品種按其化學成分可分為有機和無機建筑涂料兩大類。有機高分子建筑涂料的粘結強度、光澤度、柔韌性以及耐污染等性能均比較優良，而且裝飾效果也較好。但在耐熱性、表面硬度、耐老化以及最低成膜溫度等技術性能等方面則不如無機涂料優越。

1 無機涂料

無機涂料主要是指以硅酸鹽和磷酸鹽類化合物作為粘結劑，加入各種顏、填料、助劑、固化劑配制而成的涂料，其中硅酸鹽高分子化合物又可分為堿金屬硅酸鹽和硅溶膠。

1.1 無機涂料的優勢

無機涂料存在著兩大優勢就是：資源優勢和環保優勢。大部分無機涂料的基料都是由極普通、儲量極為豐富的天然礦石或金屬氧化物等為原料（例如石灰石、黏土、石英砂），而且生產工藝也不復雜，能耗相對較低。

無機涂料具有明顯的環保優勢。首先，大多數無機涂料以水為分散介質，從根本上解決了涂料工業中溶劑對環境的污染。其次，無機涂料的基料本身無毒，除水揮發外，無游離單體之類VOC的危害問題，在火焰或高溫下也不會向大氣釋放有害物質。再次，無機涂料的基料在生產過程中只是消耗一定的能源，不會造成其他的環境污染。

1.2 無機涂料的發展

無機建筑涂料的發展，一是利用新技術，提高涂料的性能；二是開發新型無機建筑涂料，擴大它的應用范圍。

無機水性硅酸鹽涂料早已被歐美及日本等先進國家普遍用于橋梁、船舶、海上石油設施、各種儲槽及鋼鐵防銹工程，而且，由于本品可直接與水泥產生化學交聯的特性，用于水泥建筑物時，其附著力、物性、化性也優于有機涂料。

1.3 無機涂料的應用

無機涂料是涂料行業中重要的組成部分，其用途很廣泛。如：1）內外墻建筑裝飾；2）無機防銹；3）橋墩保護；4）高溫保護；5）其他特殊用途。

無機涂料除了以上所介紹的幾種應用以外，還開發出了示溫涂料、導電涂料、觸媒涂料、防原子輻射涂料、可刮削封嚴涂料、防水涂料、應力指示涂料等，它們在新技術中得到了較好的應用。

2 水玻璃無機涂料的主要組分

無機涂料一般分為水玻璃系列、磷酸鹽系列和水泥系列等。其中水玻璃系列由于具有價格低廉、使用簡便等優點，因而應用前景廣闊。

2.1 水玻璃

水玻璃是一種透明的玻璃狀熔合物，常呈綠色、黃色或介于二色之間的各種色澤。它是由堿金屬硅酸鹽組成。水玻璃溶液以及它的水溶液分別用下式表示：

式中：R2O是指堿金屬氧化物，如氧化鋰，氧化鈉以及氧化鉀等；

n——通常稱為水玻璃模數。n≥3的稱為中性水玻璃，n＜3的稱為堿性水玻璃，實際上水玻璃溶液均明顯呈堿性。

水玻璃穩定膠體的結構可表示為：

2.2 固化劑

鈉水玻璃成膜過程中，鈉以離子的形式分散在涂膜中.涂膜遇水后，由于鈉離子是易溶的，所以整個涂膜也能在水中離解.這就應將涂膜中的鈉離子設法轉變成水的不溶物，方法就是“水玻璃的固化技術”。

2.2.1 固化技術

半個多世紀以來，水玻璃涂料的發展都和其固化技術的進展息息相關。歸納起來水玻璃涂料常用的固化技術有如下3種方式：1）加熱固化；2）固化液固化；3）固化劑固化。

2.2.2 固化劑的選擇

固化劑又稱硬化劑，它可以和水玻璃起化學反應，具有提高水玻璃涂料的耐水、抗凍融以及其它性能的作用。有的固化劑還能使無機涂膜發生結構上的變化，提高涂膜的表面硬度、耐熱性和耐腐蝕性等功能。水玻璃系無機建筑涂料，固化劑有金屬、金屬氧化物和氫氧化物以及金屬鹽類；有硅化物、氟硅化物；有磷酸鹽、硼酸鹽化合物以及某些有機化合物等。

在這些固化劑中，氟硅酸鈉（Na2SiF6）是鈉水玻璃涂料常用的固化劑之一。它能水解生成的氫氟酸（HF），中和水玻璃水解生成的游離堿，可以破壞水玻璃的相對穩定性，使反應朝著析出硅膠的方向進行。

2.3 乳液

乳液的種類和添加量多少是影響乳膠漆耐擦洗的最主要因素。目前涂料企業制作內墻乳膠漆采用的乳液有3大類，一種是純丙烯酸酯聚合物乳液，簡稱純丙乳液；一種是苯乙烯-丙烯酸酯共聚物乳液，簡稱苯丙乳液；一種是醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚物乳液，簡稱醋丙乳液。其中又以苯丙和醋丙乳液使用最廣。相比而言用同等乳液量配制的涂料，苯丙乳液要比醋丙乳液的耐洗刷性能好。

2.4 顏填料

顏料主要起遮蓋和賦予涂層色彩的作用。無機顏填料具有較高的耐候性、耐光性、耐熱性和著色性。在建筑涂料中正確使用顏填料不僅降低生產成本外，還有助于提高產品質量。

2.5 助劑

在涂料中助劑的用量通常很少，（一般為配方總量的1%左右），但作用卻很大。它的加入可以避免產生許多涂料的缺陷及涂膜弊病，同時又可以使涂料的生產和施工過程易于控制，而且某些助劑的添加，可以賦予涂料一些特殊的功能，如改善顏填料在水中的分散性，提供涂料的貯存穩定性、改善涂料的成膜性及涂膜外觀、滿足涂料生產的工藝要求及滿足不同的施工要求等等。

3 水玻璃無機涂料的配制和施工

水玻璃系無機建筑涂料的配制工藝比較簡單，只需將符合要求的各組分按規定的順序定量地投人攪拌反應釜中。釜中的物料攪拌一定的時間經取樣檢驗合格后即可出料而得到涂料產品。 固化劑在現場施工前攪拌加人即可。

水玻璃系涂料對建筑物的基層具有選擇性，它尤其適用于水泥砂漿抹面、磚墻和混凝土表面上進行涂抹，能牢固地粘附其原因是因為水玻璃溶液與這些硅酸鹽材料中的組分（SiO2、Al2O3、CaO等）起化學反應，生成新的、更復雜的化合物。在已用石灰漿粉刷過的內外墻上加涂水玻璃涂料，時有龜裂、翹曲起層，甚至產生剝落現象，就是因為石灰漿抹面本身與單基層粘附不牢的緣故。對于已刷好油漆或有機涂料的內外墻再加涂水玻璃涂料，或在水玻璃無機涂料上面外罩油漆或有機涂料，都是不適宜的。

4 國內外水玻璃無機涂料的現狀及發展趨勢

近年來我國已有不少水玻璃類建筑涂料產品研究成功，為發展新型裝飾材料起了一定的作用。但這些產品在性能上、裝飾效果上還不很理想。隨著理論研究的深入、實踐經驗的積累，應集中力量盡快研究性能優異、價格便宜的水玻璃建筑涂料滿足我國對建筑涂料的需求和發展。

由于水性無機涂料具有諸多優點，在國外倍受重視，發展也很快。國外順應無機涂料發展的趨勢，不斷地開發新產品。注重無機-有機復合型涂料的研究，采用溶膠技術制備，實際上是一種納米材料改性的工藝，所以能獲得一些特殊性能。

5 研究意義和研究內容

無機涂料的研究日益引起人們的重視，尤其是水玻璃無機涂料原材料來源豐富，防火性能好，價格低廉，以致其發展較為引人注目。為了進一步改善無機涂料的耐水性，完善其綜合性能，極有必要加強基礎研究和工藝研究。

隨著建筑行業的發展，涂料品種不斷增加，就中小城市和鄉鎮農村，內墻涂刷仍以中低檔涂料為主。因此研究價格低廉的鈉水玻璃涂料的改性技術很有實用價值。

水玻璃是無機涂料很好的粘結劑，但是單獨使用時耐水性太差，不能作為涂料。還需研究水玻璃的改性技術，提高其耐水性，增強其粘結性和耐老化性，改善其外觀性狀等。

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