鋁溶膠改性鈉水玻璃無機內墻涂料的研制

李燕 梁瑤瑩 農毅 王露甲 王智君 黃映恒

摘 ?要：采用適量的鋁溶膠作為鈉水玻璃的改性劑，改變助劑、顏填料的加入量，來調節涂料的粘度、耐水性和成膜時間。用磷酸、氧化鋁、硅灰、貝殼粉等制備硅酸鈉的固化劑進一步促進鈉水玻璃的交聯成膜。選用少量苯丙乳液作為輔助成膜物質，制備出一種耐水、耐擦洗、強附著力的無機內墻涂料，其具有價格低廉，環保無污染的特點。

關鍵詞：鋁溶膠;鈉水玻璃;內墻涂料;耐擦洗;無污染

1.前言

與有機涂料相比，無機涂料的優越性較為突出，首先無機涂料具有優良的耐高溫性能，長期耐高溫達到400-1000攝氏度，短期耐熱可達1500攝氏度;其次無機涂料在耐候性、耐溶劑型方面均很優異;第三無機涂料所用的原材料直接來至于自然界，資源豐富、價格也比較低廉，這是許多有機涂料難以達到的，第四，無機涂料對環境污染小，不釋放甲醛和可揮發性有機物，且能耗低、生產成本低、投資低。本文首次采用鋁溶膠作為鈉水玻璃改性劑，與鈉水玻璃中的Si-O組成三維網絡結構，這由Si，O，Al元素組成的結構具有高鍵能的共價鍵，具有很強的方向性，不易發生改變，能夠形成結構穩定的漆膜，有效的提高了水性無機涂料的耐水，耐刷洗，耐久等性能。

2. 實驗部分

2.1 鋁溶膠的制備

將55g氨水溶液加入三口燒瓶中，升溫至85—90℃，然后加入12.4gAlCl3水溶液進行水解反應，反應1h后加入8g膠溶劑使沉淀產物膠溶，待解膠完全，在合適的溫度下陳化1—2小時后進行洗滌過濾，再加250g蒸餾水進行攪拌分散即可制得穩定的鋁溶膠。

2.2鈉水玻璃的改性

鋁溶膠改性鈉水玻璃，即利用鋁溶膠為改性劑，改變鈉水玻璃間的配位結構，形成Al-O-Si交聯結構，提高了鈉水玻璃的成膜性能，能有效解決無機涂料耐刷洗性差，抗裂性能不好等問題，與此同時能使涂料具有良好的施工性能和涂膜性能，并提高其耐水性，耐久性，耐高溫性能。

其具體操作步驟為：稱取300g硅酸鈉、30g鋁溶膠、30g水，放置于容器內，進行攪拌分散，800r/min的轉速下，攪拌30min后即可靜置待用。

2.3固化劑的制備

采用無機鹽改性磷酸鋁固化劑通過負載、燒結等手段，制備了新型的水玻璃固化劑，實現初步控制水玻璃的固化速度，并提高固化后的耐水性能和韌性。

氧化鋅改性貝殼粉的制備：

（1）稱取297g的Zn（NO3）2·6H2O溶于無水乙醇中;

（2）加入38g的PEG-2000和（2～3）g冰乙酸，混合均勻，加入594g貝殼粉，50℃下攪拌均勻;

（3）緩慢滴加體積比1：1的氨水和無水乙醇的混合溶液10mL，保溫反應2小時，室溫靜置12小時;

（4）過濾、洗滌、干燥、煅燒，備用。

固化劑的制備：

（1）磷酸與氫氧化鋁摩爾比1：1反應;

（2）將產物燒結，破碎，研磨;

（3）將所制的氧化鋅改性貝殼粉與磷酸鋁粉末混合燒結，破碎研磨至粒度達標;即可得到改性磷酸鋁固化劑。

2.4鋁溶膠改性鈉水玻璃無機涂料的制備

將水、纖維素溶液、消泡劑、潤濕劑、分散劑、多功能助劑加入容器內高速分散2分鐘（1000r/min），然后在1500r/min的轉速下添加稱量好的鈦白粉、重鈣、滑石粉、高嶺土以及制備的水玻璃固化劑和改性鈉水玻璃，分散30分鐘，最后在800r/min下添加苯丙乳液、防腐劑后勻速攪拌20分鐘。

3.結果與討論

3.1 水玻璃的改性

鈉水玻璃實際上是硅酸鈉在水中形成的膠體溶液，是穩定的膠體結構可以表示.對水玻璃進行改性是為了促進硅氧聚陰離子進一步聚合，使某種憎水基團取代一部分水玻璃分子兩端的鈉離子而提高耐水性。鋁溶膠是帶正電的一水合氧化鋁微細粒子分散在水中的膠體溶液，鋁溶膠的膠體是由包圍膠核的吸附層和擴散層構成的雙電層結構。因這些膠粒表面帶有相同的正電荷，產生靜電斥力，使膠粒不易凝聚成為穩定的溶膠。

鋁溶膠能夠改變鈉水玻璃間的配位結構，形成Al-O-Si交聯結構，提高了鈉水玻璃的成膜性能，同時由于鋁溶膠的極性基團與硅羥基之間以氫鍵建合，在水玻璃表面形成保護層，阻礙了凝膠膠粒的長大，從而使交聯形成的漆膜更加致密，增強防水性能。

3.2固化劑的制備和性能

水玻璃在常溫干燥過程中，多價陽離子取代Na+和K+離子，形成不溶涂膜，同時，使用能緩慢釋放出弱酸的物質作為固化劑。鈉水玻璃的固化速度取決于磷酸鋁水解生成H+的速度，磷酸鋁是一種低強度的酸，其水解生成H+的速度適中，且可以利用氧化鋅改性貝殼粉加以控制。通過氧化鋅改性的貝殼粉調節磷酸鋁的水解出H+的速度，來控制水玻璃的固化速度。

不同比例的混合粉末對水玻璃涂料的耐水性的影響。從實驗結果能看出，磷酸鋁與氧化鋅改性貝殼粉的比例為7：3時為最佳。

4. 結束語

采用鋁溶膠改性鈉水玻璃作為成膜基料，使用復配的混合固化劑，配合貝殼粉填料等，制備了耐水、耐擦洗性、無污染的無機內墻涂料。

參考文獻

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