水玻璃無機涂料的研制及發(fā)展趨勢

王亞峰

長治職業(yè)技術(shù)學院，山西 長治 046011

0 引言

近年來，隨著科學技術(shù)的進步和經(jīng)濟、社會的發(fā)展，建筑涂料的發(fā)展也明顯地成為了一個國家國民物質(zhì)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(jié)強度、光澤度、柔韌性以及耐污染等性能均比較優(yōu)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(shù)性能等方面則不如無機涂料優(yōu)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(jié)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(yōu)勢

無機涂料存在著兩大優(yōu)勢就是：資源優(yōu)勢和環(huán)保優(yōu)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(chǎn)工藝也不復雜，能耗相對較低。

無機涂料具有明顯的環(huán)保優(yōu)勢。首先，大多數(shù)無機涂料以水為分散介質(zhì)，從根本上解決了涂料工業(yè)中溶劑對環(huán)境的污染。其次，無機涂料的基料本身無毒，除水揮發(fā)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(zhì)。再次，無機涂料的基料在生產(chǎn)過程中只是消耗一定的能源，不會造成其他的環(huán)境污染。

1.2 無機涂料的發(fā)展

無機建筑涂料的發(fā)展，一是利用新技術(shù)，提高涂料的性能；二是開發(fā)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(shè)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(chǎn)生化學交聯(lián)的特性，用于水泥建筑物時，其附著力、物性、化性也優(yōu)于有機涂料。

1.3 無機涂料的應用

無機涂料是涂料行業(yè)中重要的組成部分，其用途很廣泛。如：1）內(nèi)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(fā)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(shù)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(yōu)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(shù)。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(wěn)定膠體的結(jié)構(gòu)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(shè)法轉(zhuǎn)變成水的不溶物，方法就是“水玻璃的固化技術(shù)”。

2.2.1 固化技術(shù)

半個多世紀以來，水玻璃涂料的發(fā)展都和其固化技術(shù)的進展息息相關(guān)。歸納起來水玻璃涂料常用的固化技術(shù)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(fā)生結(jié)構(gòu)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(wěn)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(yè)制作內(nèi)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(chǎn)成本外，還有助于提高產(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)生許多涂料的缺陷及涂膜弊病，同時又可以使涂料的生產(chǎn)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(wěn)定性、改善涂料的成膜性及涂膜外觀、滿足涂料生產(chǎn)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(guī)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(jīng)取樣檢驗合格后即可出料而得到涂料產(chǎn)品。 固化劑在現(xiàn)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(nèi)外墻上加涂水玻璃涂料，時有龜裂、翹曲起層，甚至產(chǎn)生剝落現(xiàn)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(nèi)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(nèi)外水玻璃無機涂料的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

近年來我國已有不少水玻璃類建筑涂料產(chǎn)品研究成功，為發(fā)展新型裝飾材料起了一定的作用。但這些產(chǎn)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(jīng)驗的積累，應集中力量盡快研究性能優(yōu)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(fā)展。

由于水性無機涂料具有諸多優(yōu)點，在國外倍受重視，發(fā)展也很快。國外順應無機涂料發(fā)展的趨勢，不斷地開發(fā)新產(chǎn)品。注重無機-有機復合型涂料的研究，采用溶膠技術(shù)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(nèi)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(fā)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(chǔ)研究和工藝研究。

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，涂料品種不斷增加，就中小城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村，內(nèi)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(shù)很有實用價值。

水玻璃是無機涂料很好的粘結(jié)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(shù)，提高其耐水性，增強其粘結(jié)性和耐老化性，改善其外觀性狀等。

[1]張保利.建筑涂料的技術(shù)發(fā)展及趨勢[J].中國涂料，1999(6)：7-10.

[2]張雪芹，徐峰.無機建筑涂料[J].上海建材，2005，2：15-17.

[3]陳秀琴.耐水性水玻璃復合涂料的研制[J].華僑大學學報：自然科學版，2000，21(3)：271-274.

[4]郭斌，銀鵬，等.新型環(huán)保型建筑涂料的制備[J].西北輕工業(yè)學院學報，2001，19(2)：34-36.

[5]林學貴.水玻璃生產(chǎn)技術(shù)及在建筑方面的應用[J].大連水產(chǎn)學院學報，1993，8(2、3)：85-89.

[6]葛嶸.水玻璃涂料的固化技術(shù)[J].化學建材，1986(2)：1-4.

[7]雷生山，袁伯才.高耐擦洗內(nèi)墻涂料用苯丙乳液的研制[J].化學建材，2009，25(5)：10-12.

[8]周錫榮，唐紹裘，等.新型無機涂料的制備及其應用[J].山東陶瓷，2004，27(1)：17-20.

[9]李振陽.用無機酸對鈉水玻璃進行耐水改性的探討[J].無機鹽工業(yè)，1983(4)：14-17.