水玻璃无机涂料的研制及发展趋势

王亚峰

长治职业技术学院，山西 长治 046011

0 引言

近年来，随着科学技术的进步和经济、社会的发展，建筑涂料的发展也明显地成为了一个国家国民物质生活水平的重要标志。建筑涂料的品种按其化学成分可分为有机和无机建筑涂料两大类。有机高分子建筑涂料的粘结强度、光泽度、柔韧性以及耐污染等性能均比较优良，而且装饰效果也较好。但在耐热性、表面硬度、耐老化以及最低成膜温度等技术性能等方面则不如无机涂料优越。

1 无机涂料

无机涂料主要是指以硅酸盐和磷酸盐类化合物作为粘结剂，加入各种颜、填料、助剂、固化剂配制而成的涂料，其中硅酸盐高分子化合物又可分为碱金属硅酸盐和硅溶胶。

1.1 无机涂料的优势

无机涂料存在着两大优势就是：资源优势和环保优势。大部分无机涂料的基料都是由极普通、储量极为丰富的天然矿石或金属氧化物等为原料（例如石灰石、黏土、石英砂），而且生产工艺也不复杂，能耗相对较低。

无机涂料具有明显的环保优势。首先，大多数无机涂料以水为分散介质，从根本上解决了涂料工业中溶剂对环境的污染。其次，无机涂料的基料本身无毒，除水挥发外，无游离单体之类VOC的危害问题，在火焰或高温下也不会向大气释放有害物质。再次，无机涂料的基料在生产过程中只是消耗一定的能源，不会造成其他的环境污染。

1.2 无机涂料的发展

无机建筑涂料的发展，一是利用新技术，提高涂料的性能；二是开发新型无机建筑涂料，扩大它的应用范围。

无机水性硅酸盐涂料早已被欧美及日本等先进国家普遍用于桥梁、船舶、海上石油设施、各种储槽及钢铁防锈工程，而且，由于本品可直接与水泥产生化学交联的特性，用于水泥建筑物时，其附着力、物性、化性也优于有机涂料。

1.3 无机涂料的应用

无机涂料是涂料行业中重要的组成部分，其用途很广泛。如：1）内外墙建筑装饰；2）无机防锈；3）桥墩保护；4）高温保护；5）其他特殊用途。

无机涂料除了以上所介绍的几种应用以外，还开发出了示温涂料、导电涂料、触媒涂料、防原子辐射涂料、可刮削封严涂料、防水涂料、应力指示涂料等，它们在新技术中得到了较好的应用。

2 水玻璃无机涂料的主要组分

无机涂料一般分为水玻璃系列、磷酸盐系列和水泥系列等。其中水玻璃系列由于具有价格低廉、使用简便等优点，因而应用前景广阔。

2.1 水玻璃

水玻璃是一种透明的玻璃状熔合物，常呈绿色、黄色或介于二色之间的各种色泽。它是由碱金属硅酸盐组成。水玻璃溶液以及它的水溶液分别用下式表示：

式中：R2O是指碱金属氧化物，如氧化锂，氧化钠以及氧化钾等；

n——通常称为水玻璃模数。n≥3的称为中性水玻璃，n＜3的称为碱性水玻璃，实际上水玻璃溶液均明显呈碱性。

水玻璃稳定胶体的结构可表示为：

2.2 固化剂

钠水玻璃成膜过程中，钠以离子的形式分散在涂膜中.涂膜遇水后，由于钠离子是易溶的，所以整个涂膜也能在水中离解.这就应将涂膜中的钠离子设法转变成水的不溶物，方法就是“水玻璃的固化技术”。

2.2.1 固化技术

半个多世纪以来，水玻璃涂料的发展都和其固化技术的进展息息相关。归纳起来水玻璃涂料常用的固化技术有如下3种方式：1）加热固化；2）固化液固化；3）固化剂固化。

2.2.2 固化剂的选择

固化剂又称硬化剂，它可以和水玻璃起化学反应，具有提高水玻璃涂料的耐水、抗冻融以及其它性能的作用。有的固化剂还能使无机涂膜发生结构上的变化，提高涂膜的表面硬度、耐热性和耐腐蚀性等功能。水玻璃系无机建筑涂料，固化剂有金属、金属氧化物和氢氧化物以及金属盐类；有硅化物、氟硅化物；有磷酸盐、硼酸盐化合物以及某些有机化合物等。

在这些固化剂中，氟硅酸钠（Na2SiF6）是钠水玻璃涂料常用的固化剂之一。它能水解生成的氢氟酸（HF），中和水玻璃水解生成的游离碱，可以破坏水玻璃的相对稳定性，使反应朝着析出硅胶的方向进行。

2.3 乳液

乳液的种类和添加量多少是影响乳胶漆耐擦洗的最主要因素。目前涂料企业制作内墙乳胶漆采用的乳液有3大类，一种是纯丙烯酸酯聚合物乳液，简称纯丙乳液；一种是苯乙烯-丙烯酸酯共聚物乳液，简称苯丙乳液；一种是醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚物乳液，简称醋丙乳液。其中又以苯丙和醋丙乳液使用最广。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 颜填料

颜料主要起遮盖和赋予涂层色彩的作用。无机颜填料具有较高的耐候性、耐光性、耐热性和着色性。在建筑涂料中正确使用颜填料不仅降低生产成本外，还有助于提高产品质量。

2.5 助剂

在涂料中助剂的用量通常很少，（一般为配方总量的1%左右），但作用却很大。它的加入可以避免产生许多涂料的缺陷及涂膜弊病，同时又可以使涂料的生产和施工过程易于控制，而且某些助剂的添加，可以赋予涂料一些特殊的功能，如改善颜填料在水中的分散性，提供涂料的贮存稳定性、改善涂料的成膜性及涂膜外观、满足涂料生产的工艺要求及满足不同的施工要求等等。

3 水玻璃无机涂料的配制和施工

水玻璃系无机建筑涂料的配制工艺比较简单，只需将符合要求的各组分按规定的顺序定量地投人搅拌反应釜中。釜中的物料搅拌一定的时间经取样检验合格后即可出料而得到涂料产品。 固化剂在现场施工前搅拌加人即可。

水玻璃系涂料对建筑物的基层具有选择性，它尤其适用于水泥砂浆抹面、砖墙和混凝土表面上进行涂抹，能牢固地粘附其原因是因为水玻璃溶液与这些硅酸盐材料中的组分（SiO2、Al2O3、CaO等）起化学反应，生成新的、更复杂的化合物。在已用石灰浆粉刷过的内外墙上加涂水玻璃涂料，时有龟裂、翘曲起层，甚至产生剥落现象，就是因为石灰浆抹面本身与单基层粘附不牢的缘故。对于已刷好油漆或有机涂料的内外墙再加涂水玻璃涂料，或在水玻璃无机涂料上面外罩油漆或有机涂料，都是不适宜的。

4 国内外水玻璃无机涂料的现状及发展趋势

近年来我国已有不少水玻璃类建筑涂料产品研究成功，为发展新型装饰材料起了一定的作用。但这些产品在性能上、装饰效果上还不很理想。随着理论研究的深入、实践经验的积累，应集中力量尽快研究性能优异、价格便宜的水玻璃建筑涂料满足我国对建筑涂料的需求和发展。

由于水性无机涂料具有诸多优点，在国外倍受重视，发展也很快。国外顺应无机涂料发展的趋势，不断地开发新产品。注重无机-有机复合型涂料的研究，采用溶胶技术制备，实际上是一种纳米材料改性的工艺，所以能获得一些特殊性能。

5 研究意义和研究内容

无机涂料的研究日益引起人们的重视，尤其是水玻璃无机涂料原材料来源丰富，防火性能好，价格低廉，以致其发展较为引人注目。为了进一步改善无机涂料的耐水性，完善其综合性能，极有必要加强基础研究和工艺研究。

随着建筑行业的发展，涂料品种不断增加，就中小城市和乡镇农村，内墙涂刷仍以中低档涂料为主。因此研究价格低廉的钠水玻璃涂料的改性技术很有实用价值。

水玻璃是无机涂料很好的粘结剂，但是单独使用时耐水性太差，不能作为涂料。还需研究水玻璃的改性技术，提高其耐水性，增强其粘结性和耐老化性，改善其外观性状等。

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