无机涂料的种类、机理及展望

许士龙，王文硕，靳通，杨彭，谷慧敏，王志义

（青岛科技大学材料科学与工程学院，青岛266042）

引言

涂料是指涂布于物体表面，在一定条件下能形成薄膜而起保护、装饰或其他特殊功能（绝缘、防锈、防霉、耐热等）的一类液体或固体材料，已逐步成为一类多功能性的工程材料，在国民经济各方面发挥重要的作用。当今，随着涂料工业向性能优异、成本低廉、绿色环保的方向发展，无机涂料，特别是无机纳米涂料在许多方面都展示出了有机涂料所不具备的优越性，逐渐成为一类具有巨大市场潜力和经济、社会、生态综合效益突出的涂料，引起了人们的广泛关注和深入研究。

无机涂料是一种以磷酸盐类化合物与硅酸盐作为粘结剂，填加各种填料、颜料、助剂与固化剂等配制而成的涂料［1］。目前，涂料行业不断朝着性能优异、成本低廉、绿色环保的方向发展。在许多方面无机涂料都显示了有机涂料不具备的优越性能。

1 碱金属硅酸盐涂料

碱金属硅酸盐涂料又称水玻璃基无机涂料，它是以硅酸钾和硅酸钠为成膜物质的一类涂料，其主要组分是水玻璃、固化剂、填充料以及颜料和辅助剂等。

1.1 成膜物质

碱金属硅酸盐涂料的成膜物质是水玻璃。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。它的化学式为R2O·nSiO2，其中R2O 为碱金属氧化物，n 是水玻璃的模数，R 可以是钠、钾、锂或铵四种离子之一，相应的，水玻璃可分为钾水玻璃、钠水玻璃、锂水玻璃、铵水玻璃［2］。锂水玻璃和铵水玻璃价格太高，实用价值不大；钾水玻璃价格中等，钠水玻璃因价格低廉，用途范围最广。

目前国内碱金属硅酸盐涂料随着水玻璃的类型不同，大致可以分为钾水玻璃涂料，钠水玻璃涂料，钾、钠水玻璃涂料3 种。

1.1.1 水玻璃的成膜机理

硅酸盐薄膜属于一种强碱性弱酸性的盐,当它直接溶于水中时，硅酸盐其根部的氢氧离子快速不断地被水解，聚合形成一个原硅酸盐Si（OH）4，单个非酸性分子原子的硅酸在各种电解质的相互作用下不断地进行聚合，成为一种高聚物的多聚原硅酸，然后逐步通过脱水生成一种类似于纳米管的环状薄膜结构的酸性薄膜涂层胶体，称为多聚二氧化硅，这也就是硅酸盐薄膜涂层的结构主体，以硅酸钠涂层为主要代表，具体生物化学反应过程如下：

关于水性玻璃涂料的主要成膜工艺和机理，另外还有一种观点认为，水性玻璃涂料是将溶液涂刷到物体表面，立即与室内空气中的CO2进行反应，生成原硅酸，单个分子中的原硅酸逐步聚合干燥，形成一种黏结网络的组织，固化后再成膜，其中相互作用的反应方法可参见下式［3］：

1.1.2 水玻璃成膜物质的优势

水玻璃对涂料的性能起着决定性作用，其主要优势有：

（1）粘结稳定、强度相对较高：由于水性水玻璃具有良好的玻璃粘结稳定能力，在玻璃硬化处理过程中玻璃析出大量的硅酸盐水凝胶，具有有效堵住毛细管孔隙并有效防止水和雨水直接渗入的作用。

（2）耐热腐蚀性优良：硅酸水玻璃几乎没有任何物质可以燃烧，在一定的高温下使用硅酸盐水凝胶玻璃会加热使其干燥的更加坚硬，强度也不会因此大大降低，甚至有人会说没有变化。故此耐水性隔热玻璃主要就是用于配置耐热水性混凝土、耐热水性砂浆、耐热水性塑料和橡胶泥。

（3）耐酸性强：水玻璃材料具有一种能够同时持久承受除饱和氢氟酸、过热（300 摄氏度以上）饱和亚磷酸、低级饱和脂肪酸或者是高级油酸以外几乎全部的无机酸和有机酸腐蚀作用，可以广泛应用在耐酸改性混凝土、耐酸改性砂浆、耐酸改性塑料和橡胶泥等。

水玻璃作为成膜物质的缺点是耐碱性、耐水性较差。将氟硅酸钠添加到水玻璃中，仍然不能完全硬化，仍然含有一定数量水玻璃。由于水玻璃本身可直接溶于酸和碱，水玻璃的凝胶中OH-和Na+都有亲水力，故而水玻璃很易溶于水，所以这种水玻璃在硬化后不耐碱，也不耐水。因此要想让无机涂料拥有良好的防水性，必须要大幅度地提高它的耐水性。

1.2 提高水玻璃涂料耐水性的方法

目前提高水玻璃涂料耐水性的方法主要有以下途径：

（1）温度加热进行固化。D.Glasser［4］研究认为，当温度达到80℃以上时水中的分子再次重排并对其与水中相邻的不同硅基和醇基之间分子发生缩合反应产生催化作用，进一步将其温度加热到120～130℃以上，残存在水中的分子重排会直接促使相邻硅基和醇基的再次缩合，形成坚固的三维晶体结构；Na+、OH-则被直接通过关闭在三维晶体框架结构的一个笼子里而固定，加热后的温度可以达到20℃，耐水性大大提高。1971 年由日本技术开发专家研制成功的新型无机空气水性隔热玻璃涂料建筑装饰涂料，它主要是一种利用普通无机空气水性喷涂剂的方法直接喷涂于无机水性基材上，在250～300℃下再经低温加热焙干煅烧1h后即可加工制备生产出隔热性能极好的无机水性涂膜。涂装此类装饰涂料的新型石棉装饰材料在我国高层建筑中室内装饰上的使用已经可以拥有20 年的连续使用寿命。

（2）水玻璃的改性。一般都认为是通过从中添加合适的化学物质，使某些可憎或耐水的基质团可以去除或通过替换其他的耐碱性强的金属组成分子的两端，来增强其耐水性。改性在处理时还需要充分考虑到水的黏性、耐水性、凝胶期与改性凝胶之间的相互影响等关系。李振阳［5］用无机酸对钠水玻璃进行改性，改性后的玻璃薄膜于水中连续多次浸渍6 个月依旧能够保持水洗而不发生破损。陈秀琴［6］采用适量的磷化氟硅酸钠作为改性剂和各种有机胺缩合促进剂对基料中的各种水玻璃薄膜进行缩合改性，协调其薄膜黏度、耐水性与粘固凝胶持续时间的相互关系。以氨基磷酸、氧化硅、氧化锌、铝酸铁盐、钙磷酸盐及氯化钼盐等产物作为主要合成原料，应用磷酸氟硅酸盐作为固化剂，用有机固化剂加速水玻璃的改性聚合和磷酸二氧化硅凝固溶胶的缩合，并用盐酸苯丙乳液作为辅助玻璃成膜的主要物质，然后通过运用复合正交法工艺进行各种优选材料配方，制得一种具有良好耐水性、附着性和能力较好的具有防腐蚀性能的玻璃成膜复合材料。

（3）固化剂固化。由于这些水溶性玻璃涂层经过保湿固化处理后会产生残留水，含有大量的水溶碱，从而也会使得它们的耐水性较弱，易于回收或者不易返潮，不太适用于潮湿的建筑环境，故对于水溶性玻璃墙体涂层尤其是各种建筑材料必须同时添加含有一定量的固化剂，以达到提高它们的涂层耐水性和固化的效果。固化剂和碱性水合金属的阳离子之间直接发生的化学反应不仅产生了和水不能互溶的有机化合物，并且直接促进了二氧化硅离子胶体的进一步收缩从而形成了具有耐水性的涂膜。这一技术，国外称为“碱金属离子的固定化技术”［7］。目前常见的无机固化剂主要包括缩合后的磷酸盐、氟硅酸盐、金属的氧化物、有机化合物等。邱学婷等人［8］利用磷酸硅固化剂比较好地解决了目前普通水玻璃材料中的耐水性差这一缺点。禹良才［9］以水玻璃为主要成膜物质，以氟硅酸钠作为固化剂，通过有机水氟硅丙烯酸酯固化乳液和水溶性玻璃共同进行混合，克服了传统普通水溶性玻璃成膜材料不耐高温和玻璃涂层面的柔韧性差等多种缺点，赋予了内墙装饰涂料优越的可抗高温耐寒、抗热、弹性、抵受空气污染、防火和高耐候等性能特点，研制开发出了一种新型绿色环保型有机内墙装饰涂料。

（4）涂覆保护层。在水性玻璃涂膜中表面干后再在其上涂覆另外一道水性材料，例如甲基硅酸钠作为其保护剂，可进一步改善涂膜的抗水性、耐冻融性、硬度以及抗污染等能力。如NW-811 无机外墙涂料［10］施加保护涂层时，耐水天数从6070 天增加到了10110 天，墙壁硬度从6H 提高到了9H。

1.3 发展展望

近年来我国已有不少水玻璃类建筑涂料产品研究成功。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，应集中力量研究性能优异、价格便宜的水玻璃建筑涂料。并且，水玻璃无机涂料原材料来源丰富，防火性能好，价格低廉，是一种优良的防腐涂料。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。

2 磷酸盐涂料

磷酸盐涂料是一种水性无机涂料，是一种在磷酸盐粘结剂中添加金属及金属氧化物骨料而形成的涂料。磷酸盐通式为MmOnxP2O5yH2O，式中M 为金属原子，m 和n 分别为正整数，x、y 为正实数，金属原子和磷原子含量之比，即M/P 一般在0.25～1的区间之内。磷酸盐涂料的主要组分为：粘结剂、固化剂、填充骨料以及其他助剂等。

2.1 磷酸盐涂料的固化机理

目前学术界普遍认同的成膜理论是日本学者村田友昭［11］所提出的“高温烘烤成膜”机理。以磷酸二氢铝为例，在高温条件下发生脱水缩聚反应所生成的铝磷酸盐为骨架的大分子网状结构。反应式为：

但是村田友昭提出的机理只适用于高温条件下磷酸盐涂料的固化成膜，不能解释涂料在常温条件下的固化成膜。

磷酸盐涂料在常温条件下的固化过程，通常是在涂料中加入金属氧化物作为固化剂而实现的。其固化机理大多认为［12］：涂料粘合剂在金属氧化物固化剂作用下，历经失水、聚合反应而形成交联网状结构，固化机理如图1 所示。

2.2 磷酸盐涂料的性能

磷酸盐涂料具有良好耐溶剂性能、耐磨损性能、耐老化性能、耐燃性能、耐热性能、优异的金属附着力、较高的粘结强度、优异的防腐性能以及较好的耐水性以及耐油污性能等优点［13］。并且，磷酸盐涂料区别于有机涂料的无毒性、无特殊气味、环境友好等特点，也越来越受到人们重视，在海洋设备、航空、管道运输等领域得到了广泛的应用［14］。

磷酸盐涂料最主要的缺点就是固化温度高。因为磷酸及磷酸盐的化学反应均在200℃以上的条件下方能发生，因此涂料难以低温固化［15］。因此用水溶性磷酸盐作为基料制得的涂料需高温烘烤才可以实现固化，随着加热过程形成固态的缩合磷酸盐而成膜。

图1 磷酸盐涂料常温固化成膜机理

2.3 国内外磷酸盐涂料的研究现状

（1）固化剂：固化剂的主要作用是在提高膜的耐水性的同时降低涂料的固化温度。通过粘结剂与固化剂得到体型结构的交联反应，释放出大量热能，降低了涂料的固化所需温度，同时也使得膜层耐水性能得到了大幅度增强。常用的固化剂主要分为金属氧化物、硅酸盐以及硼酸盐等。李良峰等人［16］对比了ZnO、CuO 和Cr2O3固化剂对磷酸铝粘接剂固化时间的影响，发现CuO 固化剂的时间最短。徐三强等人［17］采用面包覆的方法，将纳米SiO2粒子包覆于MgO 颗粒表面，获得了一种能够有效使用的MgO@SiO2固化剂。徐三强等人以MgO@SiO2为固化剂，磷酸盐胶黏剂为成膜基料，制备出一种可以在低温条件固化无机磷酸盐防腐蚀涂料。采用纳米颗粒表面包覆技术制备的MgO@SiO2作为固化剂，延缓涂料固化过程中MgO释放速度，延长涂料固化时间，与此同时也使得固化温度大大降低。

（2）填充骨料：在磷酸盐涂料制备过程中，根据对磷酸盐涂料性能的要求不同，加入不同的填充物来设计涂料的功能，能够赋予涂料不同的性能。DachuanChen［18］在磷酸铝粘结剂中加入了氧化铝和碳化硅，固化剂采用铝酸盐（Al2O3·CaO），涂抹在A3 钢外表面，得到了一种陶瓷涂料，它的耐磨性能是A3 碳钢两倍。H.Kong［19］通过对在不同粘结剂中添加Sn 后在400℃下的摩擦磨损性能的研究，发现添加了Sn 的涂层会获得很低的摩擦系数（μ=0.06）。Yulong［20］在磷酸铝铬粘接剂中添加了石墨，得到了在高温环境下仍具有优异润滑性的涂层。王云鹏［21］发现该涂料在600℃氧化100h后，表面除一些微孔外，基本保持完整，能够为高强钢提供有效防护。潘儒杰［22］以氧化镁、氧化锌作为固化剂，采用磷酸二氢铝作为粘结剂，锌、铝粉作为填料，聚四氟乙烯作为助剂，制备了一种Zn-Al 磷酸盐防腐蚀涂料。使用Zn-Al 磷酸盐防腐蚀涂料时，钢铁基材无需进行预处理，根据一般涂漆标准人工除锈即可，简单方便，人工成本低。同时，该涂料同时具有锌的阴极保护能力和铝的高耐蚀性能，并且涂料中的磷酸盐可转化为少量铁锈，使钢铁表面形成了一层很薄的磷化膜，具有隔离空气的能力。

（3）涂层的改性研究：将硅溶胶加入到磷酸盐涂料对其进行改性是磷酸盐研究的一个重要方向之一。硅溶胶是纳米尺度的SiO2颗粒作为分散相在水或其他溶剂中形成的，水和羟基等活性基团在其表面大量存在，使其可以与磷酸盐交联形成立体网状结构，磷酸盐涂料因此可以具备良好的稳定性。同时，硅溶胶可以室温成膜并且可作为磷酸盐固化的形核中心，使得涂料固化所需能量减少，使磷酸盐涂料固化温度降低。史述宾［23］采用二元复配的方式，在磷酸盐无机涂料中加入硅溶胶。结果表明，添加4.5%硅溶胶不仅可以降低涂料的固化温度，而且还能长期保持涂层的连续性和完整性，同时可以显著提高涂层的初期防腐能力。

2.4 发展展望

由于磷酸盐涂料具有力学性能好、强度大、保护能力好以及与基体的附着力强等优点，已广泛应用于航空、航海以及汽车等工业领域。相比于金属涂层和有机高分子涂膜，磷酸盐涂料因其独特的优点而受到越来越多的关注。然而，磷酸盐涂料在使用过程中仍然存在着一定的不足，如强度较低、脆性大、固化温度高、耐酸碱性能有待提高等问题亟待解决，导致涂料的实际服役时间远小于设计寿命。发展有机-无机复合涂层，将会是现阶段攻关研究的重点。

3 硅溶胶涂料

硅溶胶涂料是以胶体二氧化硅的水分散液为成膜物质，混以颜料、填料、助剂搅拌分散而成的一种无机涂料。成膜物质硅溶胶是一种粒径为1～100nm 的多聚硅酸的高度分散物。涂料是由基料硅溶胶与有机乳液（纯丙、苯丙、醋酸乙烯酯、氯仿等乳液）复合组成，颜填料主要由钛白粉、轻钙、滑石粉组成，同时需加分散剂、成膜助剂、增稠剂［24］等材料。

3.1 硅溶胶涂料的性能

因为硅溶胶在与基材的表面进行交联和固化后，涂层的表面由Si-O-Si 键所构成，Si-O 键能很大，所以硅溶胶涂料的刚性强，涂料所构成的膜致密、坚韧、硬度高、耐磨性能好。涂层的抗氙灯老化性能也随之得到了提高，同样也是因为硅溶胶在基材的表面进行交联固化后，表面内部所含Si-O键的键能较大，破坏Si-O 键所需要的能量比原来更多，而且要远远超过破坏C-C 键所需要的能量，随着涂料中硅溶胶元素含量的增大，它们可以有效改善涂层的坚韧性和耐氙灯老化的性能，但是涂层的附着力等其它性能都会被影响。随着硅溶胶在涂料中使用率的提升，涂层的附着力则呈现出减弱和下降的趋势，尤其是当涂料组成为全硅时，附着力就会明显减弱。这主要是因为当二氧化硅含量很高时，无机涂层的脆性比较大，容易产生裂纹，导致涂层和基材之间的附着力比较差。同时还可以发现，当硅溶胶的含量太高或者过低时，涂层的抗水性和耐湿热性均比较差，从其抗腐蚀性来说，单纯硅溶胶的抗氧化和防腐性能并不理想，故一般都需要针对硅溶胶进行修饰改性，或者加入有机物来形成有机-无机杂化硅溶胶的涂料。

3.2 硅溶胶的改性

改性后的硅溶胶耐水性显著提高，粘接力增强，延伸性和耐老化性都有显著的提高。崔学军［25］通过甲基三甲氧基硅烷的水解-缩聚对工业硅溶胶改性，获得了透明的改性硅溶胶及涂层，涂层具有一定的耐高温性能。改性后的硅溶胶涂层内部的大量羟基在200℃左右交联固化完全，在500℃左右发生Si-C 键的燃烧分解。改性硅溶胶涂层由非晶态物质构成。改性硅溶胶涂层表面光滑致密，并具有一定的耐腐蚀性能，随热处理温度（≤500℃）的升高，涂层更致密，耐腐蚀性能增强。

3.3 有机-无机杂化硅溶胶涂料

有机-无机杂化涂料（即有机-无机纳米复合杂化涂料）是指至少可以包括一相且其尺度至少在一维上长度小于100nm、并且因为其纳米相的广泛存在从而使其生物化学性能可以得到显著的大幅提高或者使其具有新的化学功能。在分子水平上将有机分子组分的材料直接引入无机组分材料中，就必然可以大大提高无机涂料的化学柔韧性；反之，将无机分子组分化学材料引入有机组分材料中则也就能够大幅度地有效提高它们的化学刚性、耐热和化学防腐蚀性。将有机、无机的化学组分进行了分子等级的三维复合，使两者的化学特点与性能充分结合到一个物质上，使得两种材料的化学性能起到相辅相成的作用，这些也就是当今科学家们不懈奋斗努力追求的目标。有机涂料高分子膜既能均匀地紧密分布在Si-O 涂料膜的各层空隙中，不仅有效地消除了上述的性能缺陷，而且还同时使它具有防止Si-O-Si、O-Si-O 的进一步环化、网化等三维方向不断发展的特殊化学性质，从而大大地增加了有机涂料内膜的硬度韧性，提高了有机涂料的抗压强度和冲击力，也大大地改善了有机涂料的化学稳定性，而且对于涂料基层的附着也有作用，且有机硅溶胶由于脱水后的有机二氧化硅不再属于能够完全溶解在水中且有机硅的化学含量也比较高，故它同时具有良好的耐水性与良好的耐候性。利用溶胶-凝胶方法制造有机-无机杂化涂料，这一技术在近年来成为热门的科学技术研究课题。有机-无机杂化材料综合了有机聚合物和其他无机材料的各种优良性能，具有很强的力学性能、抗高温、柔韧性好等特点。另外，杂化材料还能以分子水平来控制各种物质的结构，使得材料在化学和物理上都会发生丰富变化。

黄月文［26］以四乙氧基硅烷与一些有机硅氟烷作为主要原料，通过溶胶-凝胶方法，在催化剂和高温加热的条件下，制备了一种醇基纳米杂化的有机硅溶胶。在使用甲基三乙氧基硅烷：四乙氧基硅烷浓度为4:1 时，涂膜的疏水性强，硬度9h，附着力1 级，冲击强度可以达到500N·cm 以上，而且在成本相对较低的情况下兼顾到了更优越的抗蚀、防污染及抗洗刷等性能。王政芳［27］利用自由基聚合反应制备硅丙乳液，然后采用溶胶-凝胶法，将自制的硅丙乳液与硅溶胶和钛溶胶进行杂化反应，制备出一种有机-无机杂化涂料，对其涂膜的耐水性、耐溶剂性、接触角、自清洁性能及其应用进行了研究实验，研究结果表明：由于该有机-无机化学杂化溶剂涂料与膜的接触角为50°-60°之间，涂膜对亚甲基蓝具有良好的化学分解作用，涂膜也因此具有自清洁的保护效果。涂膜中具有良好的化学抗热性和耐腐蚀性，抗溶剂的化学稳定性，浸泡24h 后不会轻易出现涂膜起皮、起泡、脱落等不良情况的发生。

3.4 展望

近年来综合性能较好的有机无机复合涂料的研究，再次引起人们的关注。利用硅氧烷、有机树脂等改性剂使硅溶胶涂料保留无机的优点同时兼具有机的特性。无机硅溶胶以混溶或乳液聚合的形式与有机高聚物乳液相复合，表现出良好的涂料特性和应用前景，硅溶胶涂料优良的性能与较高的生态效益在当前具有非常大的市场与发展潜力。

4 水性陶瓷涂料

关于水性复合陶瓷环保涂料，它是一种新型的，低VOC 排放的环保、无毒防水涂料，它具有不易粘黏、耐水和高温、硬度好、不燃烧和无烟、超耐候、自清洁、耐化学腐蚀、抵抗高温和氧化等诸多性能特征，是一种理想的环保涂料。而且这种水性有机陶瓷复合涂料也属于无机-有机化的复合陶瓷涂料。因为其结构使它的物理和化学性质和普通陶瓷类似，所以它被广泛称做一种陶瓷涂料。陶瓷涂料涂层薄膜的主要分子结构和组成原子与传统陶瓷的釉料很相似，多表现为由大量金属氧化物或其他少量非金属氧化物、氮化物和少量多余的烷氧基有机氧化硅烷所混合组成的无机-有机水性复合涂料薄膜。陶瓷装饰涂料技术最早起源于20 世纪60年代，溶胶-凝胶混合技术的出现和发明，夯实了现代陶瓷装饰涂料的基础科学和工艺理论技术根基。最早，在1971 年，德国一名科学家用了溶胶-凝胶的方法以碱性金属与乙醇硅酸盐反应作为研究前驱体系来进行这一开拓性化学研究，并由此获得了多组分玻璃，这无疑是玻璃复合材料装备制造和化工业的重大技术飞跃。现在，此种方法正在被深入研究，在整个世界范围内已经得到广泛应用。

4.1 水性陶瓷涂料的制备方法

硅氧烷薄膜单体是一种广泛用于控制纳米级和水性固体陶瓷薄膜涂料的主要构成组分和成为涂膜的物质，硅氧烷涂料单体的化学结构式一般可以用其标记形式为：RnSi（OR）4-n（1≤n≤3）的化学式来表示，其中R 为有机基质集团，如含有甲基（-CH3）、乙基（CH2-CH3）、丙基（-CH2-CH2-CH3）等。甲基硅氧烷其中的一个烷氧基首先发生水解反应生成硅羟基（-Si-OH），然后其余的两个烷氧基发生水解反应得到硅羟基（-Si-OH），水解的硅氧烷单体通过硅羟基（-Si-OH）发生脱水缩聚反应结合在一起，由于硅氧烷单体之间不断的发生水解和缩聚反应，组分最终相互链接和缠绕生成立体的网络结构。在体系反应的过程中，硅氧烷单体发生水解反应的同时，水解生成缩聚物的缩聚反应也在同步发生。

4.2 水性陶瓷涂料的性能特点

纳米水性陶瓷涂料，有机组分和无机物质的结合，兼具有机-无机化学涂料的独特性和优异品质。

（1）极高的硬度和良好的粘合力：硬度最高时可以到9H（铅笔的最高硬度），耐磨、抗刮；涂料中的各种化学组分也能和基材的各种表面组成物质之间发生相互化学反应而形成一个牢固的化学关系，使得涂层对于基材的表面具有良好的粘合性。

（2）为了实现绿色环保：纳米陶瓷涂料的主要分散剂之一就是水，涂料在生产和施工的过程中，不会因此而造成任何有毒物质，像有机涂料一样在其生产制造和使用的过程中都包含有大量的无机挥发物（以下简称VOC），给我们的环境造成了或多或少的污染和破坏，对于人体也造成了伤害。纳米水性陶瓷涂层是一种具有极强的绿色、环保特点的新型室内装饰材料。

（3）超强结构稳定性：基于硅氧硅无机立体网状材料的基础上，其具有丰富的结构，并且拥有很强的键能，太阳光辐射至整个地球表面的光合能量约为441kJ/mol，而Si-O 的键能大于441kJ/mol，涂层本身则具有良好的防腐蚀、抗紫外线等化学性能与高度耐候性。涂层的连续使用寿命可以延长至数十年之久，它们在任何恶劣的外部环境下都能够保护房屋或者建筑物表面不被损害。

（4）具有良好的耐高温和防火不燃性：由于其涂层组分以五级材质为主要原料，通过与无机的化学键进行交联后可以固化而成膜，无机组分的比例可以高达70%～80%。涂料在一定的高温环境下能够长期保持稳定不会发生分解：涂层中包含可燃性和助火性的化学物质，阻燃作用效果极为显著（其防火性能等级已经达到a1 级的最低标准）。

（5）自身抗清洗性：用于建筑物室内基材和墙体外壳材料表面的多层陶瓷防腐涂层因为甲基（-CH3）等多种化学活性成份的广泛存在，使得陶瓷涂层本身已经具有了一定的防腐疏油防水性，能够长期地持久保持其外壳表面的洁净。美、德、日、法等发达国家对水性无机纳米陶瓷涂料的研发和生产已经形成一套完整的体系，产品系列齐全，功能多样。

近日，哈工大研制成功了一种高性能精细纳米陶瓷喷漆材料［28］，并通过了有关部门鉴定。该材料解决了陶瓷涂层韧性低和抗热震性能差两大难题，其主要性能指标已达到世界领先水平。

朱国强［29］针对目前水性保温陶瓷涂料中普遍存在的厚层喷涂涂料流挂、施工工艺技术复杂等突出难点问题，选用了一种有机-无机的复杂化的高温水性陶瓷树脂，生产厂家研制开发出了一种涂料可以同时进行常温加热施工、可以同时进行高温大面积高压加热和保温施工的有机水性保温陶瓷树脂涂料［23］。其水性涂料薄膜耐磨、抗压防划、不易被水沾污、耐擦洗、防火、耐压抗高温，并且同时具备良好的建筑室内装饰与环境保护材料作用。

苑园园［30］针对目前传统的无机水性纳米陶瓷成膜中普遍存在的人工成本高、容易出现开裂、机械化学稳定差等的难点问题，以经过人工改性的无机聚合树脂材料作为主要材料，以无机钛白粉、滑石粉、碳酸钙、高岭土等材料作为主要颜填料，加入无机固化剂和一系列化学辅助剂之后即可加工制备一种新型的无机水性纳米陶瓷涂料，制备成膜的新型水性纳米陶瓷材料成膜后在化学附着力，硬度和机械稳定特性等各个方面都已经得到了很大幅度的提升。

4.3 问题和展望

环境友好涂料已经逐渐成为21 世纪以来涂料发展趋势的主题，水性涂料在环保型涂料中占据了比较高的地位，已经出现了不少成熟的涂料产品和技术。但从技术上，水性产品想要真正达到溶剂型产品的性能仍然会存在一定难度，总有几项指标还远远不近乎人意，例如干燥性稍慢、装饰感相对较差等劣势。目前我国对水性陶瓷涂料的研究开发和应用仍然处于初级阶段，尤其是下游的用户大多还不能清楚的理解这种新材料，生产商的宣传、推广也很薄弱，甚至对工程设计部门的知识也不甚了解。

但是随着对陶瓷涂料相关技术和工艺研究的深入和进步，越来越多的陶瓷涂料被广泛地应用于各行各业，市场占有率也呈现出了逐步增长和扩张的趋势，其产品价格一直居高位，是一个新兴的、具有巨大市场潜力的涂料产业，未来发展将会具有很大的市场空间。在目前陶瓷涂料领域市场扩张、竞争不断激烈的当今社会，开发出各种卓越性能的陶瓷涂料以取代传统涂料的前景广阔。

5 无机涂料发展展望

近年来我们在全球乃至世界范围内都提出了绿色、可持续发展的基本原则，这也就成为了促进和支撑无机涂料的强劲驱动力。实际上，无机涂料的研究和发展也已得到了普遍的重视。涂料的生产与施工过程中向室内空气中分离与散发的各种挥发性有机化合物（VOC）作为重要环境污染物之一，对于人体健康造成了极其严重的危害和威胁，并且也严重地污染了我们的环境，世界各个国家也纷纷制定了自己相应的环境保护法律、政策，限制了涂料中VOC 的产生和排放，日本和一些欧洲国家也纷纷提出“涂料无机化”的思想和方向，这些均说明无机涂料在我国市场上存在着巨大的市场竞争优势和巨大的发展潜能。

这其中，水性无机陶瓷作为一种新兴的无机涂料具有附着力强、耐候性强、耐高温、耐磨性能好等优良特性，兼顾绿色环保，原材料来源丰富的优势，代表了涂料行业发展的方向，具有巨大的研究价值。但是目前国内仅有2～3 家研发机构获得突破和产业化，难以满足市场快速发展的需要。随着对陶瓷涂料相关技术和工艺研究的深入和进步，越来越多的陶瓷涂料被广泛地应用于各行业，市场占有率也呈现出逐步增长和扩大的趋势，其产品价格一直居于较高水平，是一个新兴的陶瓷涂料工业，未来发展将会具备巨大的市场空间。