硅溶膠在環保涂料中的應用

張紹敏

（開封市市政工程設計研究有限公司，河南 開封 475000）

0 前言

我國經濟改革深入發展，城鄉建設規模在不斷擴大，建筑物已開始向超高層、大規模化、大板框組裝方向邁進，以及國家的政策對建筑裝修所制定的法規，對色調單一，費時費工的干粘石、水刷石等傳統的面飾材料，以及目前流行磁磚、馬賽克等裝飾材料限制使用。那些施工難度大、易脫落和對人民生命財產造成不必要的損失的裝飾材料，已不能滿足現代城市的發展需要。硅溶膠涂料是繼第一代水泥涂料，第二代合成樹脂涂料后的第三代無機系建筑涂料，是目前國家發展最有前途環保型高檔建筑涂料。其特點是：涂膜系無機材料，抗霉變性好；涂膜硬度高，附著力強可適用于多種基材的裝飾保護，耐水耐堿，具有超常的耐候性，使用壽命10 a以上；耐高低溫性好，耐污染，保色性優良，生產施工安全，無環境污染。

1 涂料成膜機理

目前，廣泛流行的硅溶膠建筑涂料分為消光平面狀，砂壁狀和凹凸狀，它們雖然采用了不同品類的硅溶膠，但成膜原理都是基本相同的。

硅溶膠是以水為分散介質的無機高分子聚偏硅酸的膠體溶液。其二氧化硅粒子多以球狀單個或多個聚結多散，能牢固地附著在基材和填料顆料表面，隨著水份的不斷蒸發，二氧化硅粒子間能形成牢固的Si-O鍵而成為連續涂膜。由于Si-O鍵的剛性較強，成膜交聯又是一個縮水過程；若單獨使用硅溶膠常溫固化成膜往往存在裂紋、內部微孔等致命缺陷，引入少量的有機高分子乳液后有機高分子成膜物能均勻分布在Si-O涂膜間隙中，不但消除了上述缺陷，還增加了涂膜韌性，提高了抗沖擊性，也改善了涂料貯存穩定性，仍保持涂膜不燃性。

2 涂料組成的選擇

曾對硅溶劑建筑涂料的主要成膜物質——硅溶膠和輔助成膜物質——有機高分子乳液進行選擇性試驗。

硅溶膠是涂料主要成膜物質，其用量直接影響涂料附著性能，試驗結果列入表1。

表1 硅溶液用量與附著力的關系表

由表1可知，硅溶膠的用量低，涂層附著力亦低；但硅溶膠用量過高，涂層附著力反而降低，這是因為硅溶膠用量低時二氧化硅粒子不能全部包圍填料和顏料顆料，未形成連續涂膜，故附著力低；若硅溶膠用量過高，則二氧化硅粒子對固體顆粒包覆層加厚，致使顆粒之間及顆粒與基層之間缺陷增多而附著力降低，且使涂料成本增加。由此可見，硅溶膠用量處于20%～60%范圍內，無論經濟性還是涂層附著性都是最佳的。

眾所周知，硅溶膠為偏堿性最為穩定，故硅溶膠涂料只有堿度相匹配才能獲得良好涂料穩定性及良好的涂膜性能。也就是涂料只有在適宜的堿度范圍內才呈穩定。硅溶膠的pH值影響涂料貯存穩定性，其因果關系列入表2。

表2 硅溶膠的pH值與涂料貯存穩定性的關系表

硅溶膠的二氧化硅粒徑與涂料穩定性的關系見表 3所列。

表3 二氧化硅粒徑與貯存穩定性的關系表

硅溶膠的二氧化硅粒徑直接影響涂膜性能，結果列入表4。

表4 二氧化硅粒徑與涂膜性能關系表

由表4可知，二氧化硅粒徑小時，涂料常溫脫水縮合交聯反應增多，脫水量大，固化時間長，涂膜疏松，易產生裂紋，故附著力、耐水性均降低。選用粒徑10～20μm的硅溶膠品種為好。

如前所述，硅溶膠需要匹配有機高分乳液才能獲得良好的涂膜性能，故硅溶膠與有機高分子的相容性是很重要的，考慮高檔涂料經濟性和綜合性能，選用苯乙烯-丙烯液用量為硅溶膠的50%～80%為好。除了主要原材料硅溶膠和有機高分子乳液，選用的助劑有成膜助劑、分散劑、消泡劑。根據涂料品種，顏填料可選用鈦白粉、滑石粉、凹凸捧土、陶粒、石英砂等。硅溶膠涂料的基本配比（比重量份計）如下：

硅溶膠200；水100；

樹脂乳膠 100～160；填料顏料 400～600；

助劑15。

用色漿配成多種顏色可噴涂成消光平面狀，添加各種骨料用色漿配成各種顏色可噴涂成砂壁狀，同時以硅溶膠涂料為主材噴成凹凸狀復層涂料，表面罩光后，平滑為仿瓷涂料。

3 涂料性能指標

3.1 涂料性能（平面）

粘度（涂 4杯）：50 s左右；

遮蓋力：250～300 g/m2；

常溫貯存：6個月以上；

最低成膜溫度：≥5℃

表干時間（25℃）：2 h；

實干時間（25℃）：24 h。

3.2 涂膜性能

鉛筆硬度：6 H；

耐污染性：30次污染白度下降豐分數25%；

附著力：2 MPa；

耐水性：<600 h以上；

耐堿性（飽和Ca(OH)2）：大于500 h以上；

耐洗刷性：大于5000次；

耐高溫性：600℃；

耐候性：經全天候老化試驗機1 000 h無異常。

4 工藝過程

硅溶膠涂料制備工藝如下：

5 發展前景

硅溶膠涂料在國外如日本、德國、美國等發達國家已普遍使用在高層建筑上，作為環保型涂料發展很快。隨著國家對高層建筑限止使用鋼磚、馬賽克墻等，對高檔建筑涂料使用無機涂料創造一個有利條件，必將有一個跨越的發展。

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