鋁溶膠改性鈉水玻璃無機(jī)內(nèi)墻涂料的研制

李燕 梁瑤瑩 農(nóng)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(diào)節(jié)涂料的粘度、耐水性和成膜時(shí)間。用磷酸、氧化鋁、硅灰、貝殼粉等制備硅酸鈉的固化劑進(jìn)一步促進(jìn)鈉水玻璃的交聯(lián)成膜。選用少量苯丙乳液作為輔助成膜物質(zhì)，制備出一種耐水、耐擦洗、強(qiáng)附著力的無機(jī)內(nèi)墻涂料，其具有價(jià)格低廉，環(huán)保無污染的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：鋁溶膠;鈉水玻璃;內(nèi)墻涂料;耐擦洗;無污染

1.前言

與有機(jī)涂料相比，無機(jī)涂料的優(yōu)越性較為突出，首先無機(jī)涂料具有優(yōu)良的耐高溫性能，長期耐高溫達(dá)到400-1000攝氏度，短期耐熱可達(dá)1500攝氏度;其次無機(jī)涂料在耐候性、耐溶劑型方面均很優(yōu)異;第三無機(jī)涂料所用的原材料直接來至于自然界，資源豐富、價(jià)格也比較低廉，這是許多有機(jī)涂料難以達(dá)到的，第四，無機(jī)涂料對(duì)環(huán)境污染小，不釋放甲醛和可揮發(fā)性有機(jī)物，且能耗低、生產(chǎn)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這由Si，O，Al元素組成的結(jié)構(gòu)具有高鍵能的共價(jià)鍵，具有很強(qiáng)的方向性，不易發(fā)生改變，能夠形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的漆膜，有效的提高了水性無機(jī)涂料的耐水，耐刷洗，耐久等性能。

2. 實(shí)驗(yàn)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(jìn)行水解反應(yīng)，反應(yīng)1h后加入8g膠溶劑使沉淀產(chǎn)物膠溶，待解膠完全，在合適的溫度下陳化1—2小時(shí)后進(jìn)行洗滌過濾，再加250g蒸餾水進(jìn)行攪拌分散即可制得穩(wěn)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(jié)構(gòu)，形成Al-O-Si交聯(lián)結(jié)構(gòu)，提高了鈉水玻璃的成膜性能，能有效解決無機(jī)涂料耐刷洗性差，抗裂性能不好等問題，與此同時(shí)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(nèi)，進(jìn)行攪拌分散，800r/min的轉(zhuǎn)速下，攪拌30min后即可靜置待用。

2.3固化劑的制備

采用無機(jī)鹽改性磷酸鋁固化劑通過負(fù)載、燒結(jié)等手段，制備了新型的水玻璃固化劑，實(shí)現(xiàn)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(yīng)2小時(shí)，室溫靜置12小時(shí);

（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(yīng);

（2）將產(chǎn)物燒結(jié)，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(jié)，破碎研磨至粒度達(dá)標(biāo);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(jī)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(nèi)高速分散2分鐘（1000r/min），然后在1500r/min的轉(zhuǎn)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(jié)果與討論

3.1 水玻璃的改性

鈉水玻璃實(shí)際上是硅酸鈉在水中形成的膠體溶液，是穩(wěn)定的膠體結(jié)構(gòu)可以表示.對(duì)水玻璃進(jìn)行改性是為了促進(jìn)硅氧聚陰離子進(jìn)一步聚合，使某種憎水基團(tuán)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(xì)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(kuò)散層構(gòu)成的雙電層結(jié)構(gòu)。因這些膠粒表面帶有相同的正電荷，產(chǎn)生靜電斥力，使膠粒不易凝聚成為穩(wěn)定的溶膠。

鋁溶膠能夠改變鈉水玻璃間的配位結(jié)構(gòu)，形成Al-O-Si交聯(lián)結(jié)構(gòu)，提高了鈉水玻璃的成膜性能，同時(shí)由于鋁溶膠的極性基團(tuán)與硅羥基之間以氫鍵建合，在水玻璃表面形成保護(hù)層，阻礙了凝膠膠粒的長大，從而使交聯(lián)形成的漆膜更加致密，增強(qiáng)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(jià)陽離子取代Na+和K+離子，形成不溶涂膜，同時(shí)，使用能緩慢釋放出弱酸的物質(zhì)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(qiáng)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(diào)節(jié)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(duì)水玻璃涂料的耐水性的影響。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果能看出，磷酸鋁與氧化鋅改性貝殼粉的比例為7：3時(shí)為最佳。

4. 結(jié)束語

采用鋁溶膠改性鈉水玻璃作為成膜基料，使用復(fù)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(jī)內(nèi)墻涂料。

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