平面水性涂料之无机涂料

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平面水性涂料之无机涂料

1 什么是无机涂料?

主要的成膜物质是以无机高分子材料为主，再加入各种颜料、填料、助剂及水而制成的涂料称为无机涂料。由于无机高分子成膜物的键能高，所以无机高分子配制的无机涂料具有优异的耐热性、耐化学品介质性，硬度大、耐磨性好等优点，特别是以水为分散介质污染小、安全、不燃，对人体健康无害。人类居住的地球地壳几乎都是由无机材料（如硅酸盐和氧化硅）构成的，自然资源丰富。可以说用无机涂料来涂覆被涂物，也就相当于用岩石来涂覆被涂物，它和自然面貌也最相-致。所以，无机涂料是无污染、省资源的-类涂料，也是建筑涂料研究开发的-个热门领域。 2 无机涂料如何分类？

无机涂料主要是以成膜物质（黏结剂）来分类的，虽然也有其他分类方法，但以成膜物质（黏结剂）分类居多（图3-4）。

其中纯无机涂料很少单独使用，作为复层涂料的中层涂料有所应用。 3 无机建筑涂料主要特性是什么？

无机建筑涂料具有如下特性： ①资源丰富；

②无污染，以水为分散介质，不使用有害物质； ③不燃或难燃，能耐800℃左右高温； ④表面硬度大、耐磨；

⑤耐擦洗、耐溶剂、耐油性强； ⑥涂膜抗污染性好；

⑦耐候性（耐紫外线性）优异。

但其涂膜不丰满，装饰性较差，使其使用受到-定限制。 4 水玻璃系无机涂料的主要成分及组成是什么？

水玻璃(M2O·nSiO2)[主要分为钠水玻璃（Na2O·nSiO2）、钾水玻璃（K2O·nSiO2）、改性水玻璃等]作为成膜物，加入颜料、填料、水等制成的涂料（M为碱金属离子，如Na+、K+等；n为水玻璃模数）。

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其化学反应式如下：

水玻璃称硅酸钠（钾），又称泡花碱，是-种基本无色透明黏稠的液体，在涂料中做成膜物，使涂膜具有非常好的硬度和耐磨性，但最大的缺点是耐水性不好，所以，为了提高耐水性，采用提高模数和化学改性方法（如用氟硅酸钠改性）o

水玻璃涂料和其他双组分的环氧涂料、聚氨酯涂料-样，都是反应固化型的涂料。主要由甲、乙两组分组成。

甲组分：水玻璃（或改性水玻璃）、颜料和填料、助剂和水；双组分固化型主要使用的是钾水玻璃，单组分的永玻璃涂料大部分使用的是钠水玻璃，并用酸进行改性。

乙组分：固化剂。选择固化剂时应考虑对水玻璃的固化效果，即固化速度及成膜后的涂膜性能，使用较多的是缩合磷酸盐或以其为主配以其他的复合固化剂。

甲乙组分的比例视涂膜要求而定，-般规律是，甲/乙组分之比值大，涂膜性能相对较差，使用期较长；甲/乙组分比值小，涂膜性能相对较好，但使用期短，使用受到限制。

5 如何选用水玻璃及固化剂？

水玻璃的性质随其中二氧化硅( SiO2)和氧化钠（钾）的比例不同而变化，二氧化硅和氧化钠（钾）的摩尔比为n，称为水玻璃的模数。水玻璃在水中溶解的难易程度随模数n而定。当n=1时，水玻璃在常温下即可溶于水中；当n>1时，水玻璃只能溶于热水中；当n>3时，水玻璃必须要在405.3kPa的蒸汽中才能溶解。

水玻璃的模数越低，粘结力越差，成膜后涂膜的耐水性越好。 水玻璃的模数越高，粘结力越大，成膜后涂膜的耐水性越差。 SiO2/ Na2O (n)>3，耐水性差，粘结力好。 SiO2/ Na2O (n) <3，耐水性好，粘结力差。

根据水玻璃模数对耐水性及粘结强度的影响，在选用水玻璃制备涂料时，模数（n）为3.0～3.5较好。由于其成膜后的耐水性差，必须使用固化剂。

水玻璃固化剂品种较多，但仍以磷酸铝或缩合磷酸铝固化剂为主，以氧化锌为辅，涂膜固化效果较好。其机理可能是缩合磷酸铝在水玻璃溶液中缓慢水解，释放出氢离子促进了水玻璃的胶体化，析出二氧化硅胶体，随着水分的蒸发，二氧化硅胶体缩合成硅氧网状结构。其目的还是提高了水玻璃的模数。同时，水玻璃中的金属离子与释放出氢离子的缩合磷酸铝形成-种水不易溶的复盐，存在于涂膜结构之申，涂膜耐水性提高。

6 水玻璃无机涂料的主要优缺点是什么？

水玻璃无机涂料主要优点如下： ①优良的耐老化性能； ① 优良的耐水性、耐擦洗性，与无机类基材有牢固的粘结力，涂膜硬度高； ② 优良的耐热性，

④耐酸、耐碱性，在600℃下不燃；耐污染性良好； ⑤水性无毒、无味，环境友好，不含有机溶剂(VOC)；

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⑥原料丰富，价格适中。水玻璃无机涂料主要缺点如下： ①单组分耐水性差，必须加入固化剂或用酸改性，双组分给使用者带来不便； ②涂膜刚性强、无弹性，适应基材受温度变化的胀缩和裂缝能力差，抗冲击性差、易龟裂；

③涂膜无光泽，装饰性较差； ④涂膜易粉化，有时易长霉； ⑤不能使用耐碱不好的颜料调色。

7 硅溶胶作为成膜物有哪些特点？硬化机理是什么？

硅溶胶的粒径在纳米级，也可以称为纳米二氧化硅胶体，由于硅溶胶中的胶体二氧化硅硅醇基（-Si-OH-）活性大，可以与底材及涂料中的颜料、填料进行化合，所以粘结力强，附着力好，并且可以通过毛细管渗透压直接渗透到底材内部，封闭水、盐析物的向外扩散。

硅溶胶透气性好，成膜从内到外干燥快，硬度高，表面不易产生静电，抗污染性好。

硅溶胶是-种常温自干的成膜物，并且成膜后形成网状结构具有不可逆性，硬化机理是在水中呈悬浮状态的硅酸超微粒子随着水分的蒸发而逐渐碰撞，通过强大的表面能量在粒子间形成硅氧烷键而硬化。由于超微粒子状态的硅溶胶充分渗透到建筑物主体结构的微细孔隙中，因而具有优良的粘结性能及耐水性。由子硅溶胶中“- Si-O-”键能大，所以耐候性、耐高温性能好。 8 硅溶胶作为成膜物有哪些缺点？

硅溶胶作为成膜物有如下缺点：

①硅溶胶不能单独作为成膜物质，单独胶化主要呈纤维状或羽毛状，加入各种颜料、填料或助剂才能成膜，但成膜仍旧很脆，易龟裂，需加入其他改性物；

②涂膜光泽差，有时容易长霉； ③由于硅溶胶活性大，所以制成常温自干涂料，若配制不合理，稳定性欠佳； ④涂膜干燥太快，流平性较差。

9 如何制备硅溶胶涂料？关键因素是什么？

在制作硅溶胶涂料时，以硅溶胶为主要黏结剂，以合成树脂乳液（如乙酸乙烯乳液或丙烯酸乳液）为辅助黏结剂，按-定比例混合，加入颜料、细填料、分散剂、稳定剂、增稠剂、防霉防腐剂、消泡剂等配制而成。主要用于外墙装饰，也可作为内墙涂料使用。由于黏结剂是由硅溶胶和树脂乳液组成，所以是-种无机复合型和有机复合型的涂料，能形成有透气性的硬度较高的致密涂层，耐碱性、耐候性与耐污染性能优异。硅溶胶超微粒子很小，能渗透到基层内部与主体结构密切地粘结在-起，可直接涂饰在水泥砂浆混凝土等硅酸盐基层上，涂层不会起皮脱落。适用于需要重新涂饰翻新的旧瓷砖表面。

在制作涂料时，乳液的pH值应为9左右，生产工序为水、分散剂、稳定剂、各种颜料、填料、助剂等先混合，研细后与乳液混合，最后加入硅溶胶和增稠剂。调整体系的p H值是制备涂料的关键。整个体系的pH值非常重要，应为9.5左右，达样才能使硅溶胶储存稳定性良好。

除了常规配制涂料中使用分散剂、润湿剂、消泡剂、防霉剂、成膜助剂、颜料以外，在填料选择时，以纤维状或片状填料为好，可以起到防止涂膜龟裂的作用。耐候性、耐污染性好。

10 为什么要制备无机-有机复合涂料？硅溶胶-聚合物乳液主要制备方法是什么？

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无机涂料开发较早，在使用中涂膜性能还不够理想。为了改善这种状况，在无机涂料中通过物理拼合和化学改性，使涂膜具有较好的保护性、装饰性。往往采用与有机基料（如聚合物乳液）拼混，或在乳液聚合时与其发生化学反应，在性能上取长补短。随着有机高分子聚合物材料的发展，使用的材料也越来越多，无机-有机复合涂料的品种和性能可以满足不同用途的要求，是-类大有发展前途的建筑涂料品种。

由于硅溶胶在成膜时存在着不足，拼入有机聚合物乳液可以在性能上进行改良，既保持了硅溶胶无机组分的耐候性好、硬度高、附着力强、耐污染性好等特点，又保持了有机聚合物成膜性好、韧性大、光泽高等特性，使涂膜性能达到理想状态。硅溶胶-聚合物乳液制备方法主要有两种。

①在硅溶胶比较稳定的pH值范围内，拼入各种聚合物乳液，如乙烯-乙酸乙烯乳液、苯乙烯-丙烯酸乳液、乙酸乙烯-丙烯酸酯乳液、乙酸乙烯-叔碳酸乙烯酯乳液、纯丙烯酸酯乳液、有机硅-丙烯酸酯乳液、聚氨酯-丙烯酸酯乳液等，要求不同，拼入的品种也不相同。

②在乳液聚合中加入硅溶胶，并参与乳液聚合，其品种如上述提到的各类乳液都可以使用，这种方法制备的复合乳液性能更优异，效果也更好。 11 硅溶胶有机-无机复合涂料特点是什么？

硅溶胶有机-无机复合涂料特点如下：

①以水为分敖介质，无毒、不燃，属环境友好型涂料； ②涂膜致密，坚硬，耐磨性好，可用砂纸打磨抛光； ③涂膜不产生静电，不易吸附灰尘，耐沾污性好； ④涂膜对基材渗透力强、附着力好；

⑤涂膜耐酸碱、耐沸水、耐高温、耐候性优异；

⑥施工性能好，可采取抹涂、刮涂、刷涂、辊涂、喷涂等多种方式进行施工。 12 有机-无机复合涂料、硅丙乳液涂料出现问题后如何解决？

有机无机复合涂料、硅丙乳液涂料由于各种原因造成涂层出现问题，有些是涂料本身存在的问题，有些是施工过程出现的问题。为了解决这些问题，就要分析原因，找出解决的办法，见表3-8。

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13 水泥聚合物乳液涂料组成和特点是什么？

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水泥加水以后，可以掺人各种聚合物乳液。聚合物乳液有阳离子型、阴离子型、非离子型三大类。由于水泥加水后是碱性，对于阴离子型聚合物乳液或非离子型聚合物乳液相容性较差，容易假稠，使用当中受到了一定限制。而阳离子型聚合物乳液可以均匀地混合到水泥中，粘结力也大大增加，特别适合于做底涂和腻子。聚合物乳液可以是丁苯、醋丙、苯丙、纯丙、环氧、聚氨酯等。

水泥阳离子聚合物具有如下特点：

①粘结性好（特别对陶瓷、玻璃等非常有效），见表3-9； ②抗弯强度大； ③耐磨性好；

④耐化学药品性好（如酸、碱等），见表3-10； ⑤防永性优异，防锈性好，见表3-11； ⑥施工性能佳。

14 水泥及水泥聚合物涂料在配制及施工后应注意、检测哪些事项？

由于水泥及水泥聚合物涂料呈碱性，在配制涂料时所用颜料，特别是彩色颜料，一定要注意颜料的耐碱性要与体系相匹配，才能获得好的稳定性。经常使用的颜料有氧化铁系无机颜料（如铁黄、铁红、铁黑等）、有机颜料（如酞菁系列等）。

水泥及水泥聚合物涂料，由于水泥发生水化反应最终固化，第一要注意涂料

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使用期问题，一般的使用期为2～4h。第二应注意的是初期黏附性问题，在涂料施工后3h左右，应进行洒水保护，水量相当于4 5 0角降雨的情况，要注意涂膜不被冲掉。第三是吸水率问题，主要是以检验防水性能，在水泥及水泥聚合物涂料固化后，测吸水量。吸水率要求在10%～20%。第四是耐磨性问题，耐磨性是检验保护性能的指标，一般磨耗应该小于l00mg／l00r。第五是粘结强度问题，在水泥砂浆板上的粘结强度应不小于0. 3MPa。 15 水泥及水泥聚合物涂料有什么优缺点？

水泥及水泥聚合物涂料优点如下。 ①主要成分大多是无机物质，耐候性好，具有强度逐步增强的特点，硬度大，表面无黏附性，耐碱、耐水、防火性能好；

②原材料来源丰富，价格便宜，施工简单，易普及；

③以水泥为主要原料，具有水硬性，在空气中或水中都会硬化，耐污染性良好，同时由于表面轻微风化而产生自身粉化，不断露出新面，保持了装饰效果；

④与建筑物的结构材料性质相同，涂膜黏附性比较好，不易剥落。 水泥及水泥聚合物涂料缺点如下。

①风化现象至今还不能完全防止，风化现象也可称为粉化现象，轻微粉化对涂膜有剩，但粉化严重，影响涂膜的性能。风化现象起因于水泥固化时生成氢氧化钙并游离。其生成过程是在固化体表面干燥过程中，溶解于水泥可溶成分的溶液中的水分蒸发，溶解成分析出直至固化体，表面的白色物质与空气中的二氧化碳等反应并沉附于固化体的表面。

②水泥及水泥聚合物涂料一般厚涂比较多，并且现场配料、搅拌，费工费时。 ③水泥及水泥聚合物涂料施工采用抹涂、喷涂比较多，而刷涂、辊涂比较少，施工效率不高，对周围环境易造成污染。 16 水泥类涂料的市场应用情况如何？

水泥类涂料是建筑涂料中应用较早的品种。其应用范围除了作为墙体涂料外，地坪涂料也是应用较为广泛的一个领域。由于其价格低廉、资源丰富、性能优良，在欧美发达国家，水泥涂料应用已有较长的历史，目前仍在使用中。在我国，水泥涂料使用较少，除了产品推广应用力度不够外，还与中国的习俗及对色调的选择有关。随着城镇及乡村环境的改变，市容、村容的美化，水泥类涂料会有一定的市场。

17 无机涂料施工需注意哪些事项？

由于无机涂料是以无机材料为成膜物质，对无机底材的粘结力均比较好。但在有机底材上施工，要特别注意附着力及相关的膨胀系数，否则会造成涂膜易起皮、脱落等弊病。即使在无机底材上施工，也应注意底材的吸水率、pH值、有无裂缝、有无污染物等。特别应注意的是涂层的养护期，由于无机涂料反应机理较为复杂，需要较长干燥时间，否则将达不到预期性能。 18 我国无机涂料发展前景如何？

无机涂料为水性建筑涂料的一个类别，性能优异，使用方便，对环境保护有利，符合涂料高性能、低污染的发展趋势。在一些发达国家也在大力发展这类涂料，如德国的无机建筑涂料已经进入我国，并在很多工程中得到应用。我国无机涂料量然起步也较早，但由于性能不尽如人意，装饰效果与其他建筑涂料（如乳胶涂料）相比较为逊色，市场的认可程度较差，再加上推广不利，一直未得到大发展。但我国具有开发无机涂料的丰厚资源，又有一定的研究基础，随着对环保要求的不断提高，很多科研院所、大专院校及生产企业都看好这类建筑涂料，正

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在改善其装饰效果、保护性能及施工性能等方面进行研究。无机涂料作为建筑涂料的一大类别有其独特的优势，必将成为建筑涂料行业中不可缺少的品种，有较为广阔的发展前景。

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