硅溶膠在環(huán)保涂料中的應(yīng)用

張紹敏

（開(kāi)封市市政工程設(shè)計(jì)研究有限公司，河南 開(kāi)封 475000）

0 前言

我國(guó)經(jīng)濟(jì)改革深入發(fā)展，城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)模在不斷擴(kuò)大，建筑物已開(kāi)始向超高層、大規(guī)?；?、大板框組裝方向邁進(jìn)，以及國(guó)家的政策對(duì)建筑裝修所制定的法規(guī)，對(duì)色調(diào)單一，費(fèi)時(shí)費(fèi)工的干粘石、水刷石等傳統(tǒng)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(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)造成不必要的損失的裝飾材料，已不能滿足現(xiàn)代城市的發(fā)展需要。硅溶膠涂料是繼第一代水泥涂料，第二代合成樹(shù)脂涂料后的第三代無(wú)機(jī)系建筑涂料，是目前國(guó)家發(fā)展最有前途環(huán)保型高檔建筑涂料。其特點(diǎn)是：涂膜系無(wú)機(jī)材料，抗霉變性好；涂膜硬度高，附著力強(qiáng)可適用于多種基材的裝飾保護(hù)，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(yōu)良，生產(chǎn)施工安全，無(wú)環(huán)境污染。

1 涂料成膜機(jī)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?fàn)睿鼈冸m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(zhì)的無(wú)機(jī)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(gè)或多個(gè)聚結(jié)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(fā)，二氧化硅粒子間能形成牢固的Si-O鍵而成為連續(xù)涂膜。由于Si-O鍵的剛性較強(qiáng)，成膜交聯(lián)又是一個(gè)縮水過(guò)程；若單獨(dú)使用硅溶膠常溫固化成膜往往存在裂紋、內(nèi)部微孔等致命缺陷，引入少量的有機(jī)高分子乳液后有機(jī)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(wěn)定性，仍保持涂膜不燃性。

2 涂料組成的選擇

曾對(duì)硅溶劑建筑涂料的主要成膜物質(zhì)——硅溶膠和輔助成膜物質(zhì)——有機(jī)高分子乳液進(jìn)行選擇性試驗(yàn)。

硅溶膠是涂料主要成膜物質(zhì)，其用量直接影響涂料附著性能，試驗(yàn)結(jié)果列入表1。

表1 硅溶液用量與附著力的關(guān)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(guò)高，涂層附著力反而降低，這是因?yàn)楣枞苣z用量低時(shí)二氧化硅粒子不能全部包圍填料和顏料顆料，未形成連續(xù)涂膜，故附著力低；若硅溶膠用量過(guò)高，則二氧化硅粒子對(duì)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(jiàn)，硅溶膠用量處于20%～60%范圍內(nèi)，無(wú)論經(jīng)濟(jì)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(wěn)定，故硅溶膠涂料只有堿度相匹配才能獲得良好涂料穩(wěn)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(nèi)才呈穩(wěn)定。硅溶膠的pH值影響涂料貯存穩(wěn)定性，其因果關(guān)系列入表2。

表2 硅溶膠的pH值與涂料貯存穩(wěn)定性的關(guān)系表

硅溶膠的二氧化硅粒徑與涂料穩(wěn)定性的關(guān)系見(jiàn)表 3所列。

表3 二氧化硅粒徑與貯存穩(wěn)定性的關(guān)系表

硅溶膠的二氧化硅粒徑直接影響涂膜性能，結(jié)果列入表4。

表4 二氧化硅粒徑與涂膜性能關(guān)系表

由表4可知，二氧化硅粒徑小時(shí)，涂料常溫脫水縮合交聯(lián)反應(yīng)增多，脫水量大，固化時(shí)間長(zhǎng)，涂膜疏松，易產(chǎn)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(jī)高分乳液才能獲得良好的涂膜性能，故硅溶膠與有機(jī)高分子的相容性是很重要的，考慮高檔涂料經(jīng)濟(jì)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(jī)高分子乳液，選用的助劑有成膜助劑、分散劑、消泡劑。根據(jù)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(jì)）如下：

硅溶膠200；水100；

樹(shù)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(shí)以硅溶膠涂料為主材噴成凹凸?fàn)顝?fù)層涂料，表面罩光后，平滑為仿瓷涂料。

3 涂料性能指標(biāo)

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(gè)月以上；

最低成膜溫度：≥5℃

表干時(shí)間（25℃）：2 h；

實(shí)干時(shí)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?jǐn)?shù)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(jīng)全天候老化試驗(yàn)機(jī)1 000 h無(wú)異常。

4 工藝過(guò)程

硅溶膠涂料制備工藝如下：

5 發(fā)展前景

硅溶膠涂料在國(guó)外如日本、德國(guó)、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已普遍使用在高層建筑上，作為環(huán)保型涂料發(fā)展很快。隨著國(guó)家對(duì)高層建筑限止使用鋼磚、馬賽克墻等，對(duì)高檔建筑涂料使用無(wú)機(jī)涂料創(chuàng)造一個(gè)有利條件，必將有一個(gè)跨越的發(fā)展。

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