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無機硅酸鹽涂料用粘結劑及其固化機理
2019年06月26日    閱讀量:36565    新聞來源: 涂料家  |  投稿

1.無機硅酸鹽涂料簡介

無機涂料至今沒有明確的定義,按照涂料命名的習慣一般是以主要成膜物質來分類,因此無機涂料通常是指以無機材料為主要成膜物質或粘結劑的一類涂料。

常見的無機粘結劑有水泥、石膏、水玻璃、硅溶膠、石灰等。按化學成分來分,無機粘結劑有硅酸鹽、磷酸鹽、氧化物、硫酸鹽和硼酸鹽等多種涂料在線coatingol.com。按固化機理來分,一般可以分為以下四類。

(1)空氣干燥型:依賴于溶劑揮發或失去水分而固化,例如水玻璃、石灰等。

(2)水固化型:以水為固化劑,加水產生化學反應而固化,例如石膏、水泥等。

(3)熱熔型:將無機熱熔膠先加熱到熔點以上,然后粘接,冷卻固化,如低熔點金屬,低熔點玻璃等。

(4)化學反應型:通過加入水以外的固化劑來產生化學反應而固化,如硅酸鹽類、磷酸鹽類、膠體氧化鋁等。

建筑涂料用無機粘結劑主要有石灰和硅酸鹽。在二氧化碳的作用下,石灰基粘結劑碳化為碳酸鹽,硅酸鹽粘結劑硅化為硅酸鹽,他們在一起時會形成硅酸鈣水合物。石灰基無機涂料的耐候性一般,硅酸鹽涂料一般用鉀水玻璃為粘結劑,耐候性極佳,壽命超過100年都有可能,歐洲至今仍有保存完好的100年前硅酸鹽涂層的建筑。

用于建筑涂料的最主要的無機粘接劑有堿金屬硅酸鹽和硅溶膠。我國建筑工業行業標準JG/T 26-2002《外墻無機建筑涂料》中按主要粘結劑種類分為二類。其中,

Ⅰ類:堿金屬硅酸鹽類——以硅酸鉀、硅酸鈉等堿金屬硅酸鹽為主要粘結劑,加入顏料、填料和助劑配制而成。

Ⅱ類:硅溶膠類——以硅溶膠為主要粘結劑加入適量的合成樹脂乳液、顏料、填料和助劑配制而成。

在JG/T 26-2002標準編制時的2002年前國內市場內墻無機涂料品種很少,因此沒有考慮內墻無機建筑涂料,將標準名稱定為“外墻無機建筑涂料”。近年來國內使用內墻無機建筑涂料比外墻無機建筑涂料更普遍,因此正在修訂中的JG/T 26標準將該標準的名稱修改為“建筑內外墻用液態無機涂料”,包括建筑外墻無機涂料和建筑內墻無機涂料。

根據德國標準DIN 18363 要求,硅酸鹽乳膠涂料中的有機成份的質量固含量不超過總干膜質量的5%(W/W%),其測試方法是以200℃下2小時烘干后的涂料質量作為總干膜的質量,此干膜再在450℃下經過2小時的灼燒,灼燒失重作為有機成份的質量。200℃下2小時烘干是為了確保涂料中的結晶水完全揮發出來,450℃下2小時灼燒是為了讓有機成膜物質和有機助劑等能完全燒灼掉,同時又能保證碳酸鈣等無機填料不會分解。德國標準通過嚴格限制有機樹脂的用量來確保無機涂料是以無機材料為主要粘結劑,從而進一步保證無機涂料的特性。

我國建筑工業行業標準JG/T 26-2002《外墻無機建筑涂料》中將無機涂料按主要粘結劑種類分為Ⅰ類-堿金屬硅酸鹽類和Ⅱ類-硅溶膠類是值得商榷的,雖然不同粒徑和表面特性的硅溶膠粘結能力不同,但總體來說硅溶膠的粘結能力較差,很難作為主要粘結劑來滿足內外墻建筑涂料的理化性能要求,即便是純硅溶膠在完全固化后也很難成膜,容易粉化,加入大量顏、填料后的漆膜性能就更差。一般來說硅溶膠只能作為次要粘結劑,同其它無機或有機類主要粘結劑如堿金屬硅酸鹽、合成樹脂乳液等一起使用才能滿足建筑內外墻涂料對理化性能的要求。若將硅溶膠和乳液一起作為復合粘結劑時,則必須以乳液為主要粘結劑,這時涂膜的性能更接近乳膠漆的性能,很難滿足DIN 18363標準對有機成份的限量要求。純無機涂料也只能完全用堿金屬硅酸鹽為粘結劑,或以堿金屬硅酸鹽為主要粘結劑,硅溶膠為次要粘結劑,很難只用硅溶膠作粘結劑。

從無機涂料最發達的歐洲來看,無機涂料由最初的第一代純硅酸鹽無機涂料(Pure Silicate Coatings)到1962開始的第二代硅酸鹽乳液無機涂料(Silicate Emulsion Coatings 或 Organo-silicate Coatings)、2002年開始的第三代硅溶膠硅酸鹽無機涂料(Sol-silicate Coatings)均是以硅酸鹽(silicate)作為主要粘結劑;即使是第三代無機涂料中使用了硅溶膠,但主要粘結劑仍是堿金屬硅酸鹽,硅溶膠只是作為次要粘結劑對硅酸鹽進行改性,利用硅溶膠粘結力較弱的特點減少涂料固化收縮應力,來適用于更多基材的涂裝。

 

2.無機涂料的發展歷史

大約6000年前古埃及人便使用石英砂和天然純堿或燃燒過程產生的碳酸鉀來生產硅酸鈉或硅酸鉀。人們普遍認為公元前79年維蘇威火山爆發后保存下來的龐貝和赫庫蘭尼姆古城遺址壁畫的化學組成是堿金屬硅酸鹽。16世紀煉金術士在追尋“哲人石”的過程中,發現沙子和碳酸鉀在壁爐中熔合生成閃閃發光的水玻璃。

盡管大量的參考文獻中有關于水溶性硅酸鹽的報導,但真正開始投入實際應用發生在1825年,由德國慕尼黑的礦物學教授福克斯主持。他進行了許多開創性工作,并系統地研究了他稱之為水玻璃的水溶性硅酸鈉和硅酸鉀的生產方法。同時提出水玻璃可以作為粘結劑、水泥和防火涂料,也可用來封閉多孔的石材和作為壁畫涂裝的基料。1855年,水玻璃在歐洲和美國都開始了商業化生產。

巴伐利亞國王路維希一世對意大利北部色彩斑斕的石灰壁畫印象深刻,渴望在自己的巴伐利來王國也能體驗這種藝術作品,但是阿爾卑斯山北部的天氣極為惡劣,在很短的時間內就破壞了這些藝術畫作。因此,他向巴伐利亞科學院發布命令,要求開發一種外觀像石灰壁畫但耐久性更強的涂料。科學家阿道夫·威廉·凱姆用水玻璃為粘結劑,嘗試制作硅酸鹽涂料,在經過幾年時間的大量實驗后終于取得良好結果,于1878年申請了第一個無機硅酸鹽涂料的專利,并開始了硅酸鹽涂料的生產。直到今天,KEIM FARBE涂料公司(中國稱為礦牌涂料)仍以他的名字命名,KEIM FARBE涂料公司是世界上最知名的無機硅酸鹽涂料的生產商之一。

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一百四十多年前由凱姆發明的第一代無機涂料是純無機硅酸鹽涂料(Pure silicate paints),它是由無機顏料、填料組成的粉體和硅酸鉀液料組成的雙組份涂料(又稱2K涂料)。根據德國標準DIN 18363, 2.4.1硅酸鹽涂料的要求,其配方為兩個組份,完全不含有機組成,只能用于堅固、吸收性的礦物基底材表面的涂裝。自19世紀70年代未以來,第一代無機涂料在歐洲一直應用于建筑涂料,它優異的耐候性和色牢度仍然無與倫比。19世紀用無機硅酸鹽涂料裝飾的建筑物至今仍保存完好,例如位于瑞士萊茵河畔斯坦因的“白鷹”旅館和施威茨的市政廳以及德國奧斯陸和特倫恩斯坦因的外墻立面。第一代無機涂料目前仍在使用,但其缺點是雙組份包裝,使用前必須充分混合,并需要一定時間的熟化。

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有了2K無機硅酸鹽涂料超強耐候性的長期經驗,又看到新出現的有機乳膠涂料容易生產、儲存穩定性優異、施工方便的吸引力,市場有結合兩者優點的單組份包裝的無機有機復合建筑涂料的渴望,1962年第二代無機硅酸鹽涂料問世,它是以硅酸鉀為主要粘結劑,輔以少量高耐堿的有機合成乳液,并加入適量無機顏、填料和助劑配制而成的單組份硅酸鹽乳液涂料(Silicate Emulsion Paints),又稱有機硅酸鹽涂料(Organo-silicate paints)。根據德國標準DIN 18363,2.4.1對硅酸鹽乳膠涂料的要求其有機成份(含乳液和助劑)不超過5%。由于第二代無機涂料的出現,自20世紀70年代開始,無機涂料以硅酸鹽乳膠涂料的形式受到消費者追捧,在世界范圍內得到大力發展,特別在歐洲地區。

2002年由于第三代無機涂料的出現,使外墻涂料市場產生革命性變化:基于全新粘合劑概念的“硅溶膠硅酸鹽涂料”(Sol-silicate Paints)為無機涂料開辟了全新的應用領域。這種全新的基料是由硅溶膠和鉀水玻璃組成的穩定混合物,除可通過硅化作用與無機礦物基材產生化學鍵合作用外,還對牢固的有機涂層產生強附著力,因此幾乎可以應用于任何普通基材表面。硅溶膠硅酸鹽涂料的有機物含量仍然控制在5%以下,因此也能滿足DIN 18363標準對硅酸鹽乳膠漆的要求。

從第一代到第三代無機涂料,發展的三個重要里程碑已被世界涂料界普遍承認。隨著無機涂料技術的發展,新的品種仍不斷出現,德國礦牌涂料(KEIM FARBE)在2013發布了可用于木材表面的第四代無機涂料;2018年馬來西亞吉隆坡的一家無機涂料公司也推出他們的第四代無機涂料—可用于熱帶海洋多雨氣候的外墻硅酸鹽雜化無機涂料。

無機硅酸鹽涂料發展到今天在歐洲已占水性建筑涂料市場的10-15%,也在美國、亞洲和大洋洲的建筑涂料市場得到較好發展。從上世紀80年代初開始,我國也有了無機涂料研究報導,國內研制了數種硅酸鈉、硅酸鉀等為成膜物的無機涂料。但是,我國真正在工程上得到大量應用的主要是以硅溶膠改性的合成樹脂乳液外墻涂料和以硅酸鉀為主要成膜物質的雙組份外墻涂料。除普通裝飾功能為主的外墻涂料以外,功能性墻面無機涂料也得到了很好的應用與發展,其主要品種有無機防霉涂料、無機絕熱涂料、無機防結露涂料和無機防火涂料等。在國內雖然無機涂料的優點得到廣泛認同,但建筑涂料仍以合成樹脂乳液涂料為絕對主導產品,對無機硅酸鹽涂料的研究和應用還較少,同歐美發達國家差距還很大。近年來,國內建筑工程市場因國家對地下密閉空間用防火、不燃內墻涂料的強制要求以及家裝市場對低VOC、低防腐劑環保內墻涂料的需求,推動了無機內墻涂料的發展,國內各大建筑涂料生產商均在進行無機建筑涂料的研發工作,并不斷推出各自的新產品,讓無機硅酸鹽涂料在我國尋覓到了難得的發展機遇,并因此造就了一批無機涂料的專業生產企業。相信無機硅酸鹽建筑涂料將會成為繼真石漆和水性多彩涂料之后,我國建筑涂料市場的又一個熱點。

 

3.水溶性硅酸鹽化學及無機涂料固化機理

3.1 水溶性硅酸鹽生產制造

在自然界中,有95%以上的地殼是由石英和多種可形成巖石的硅酸鹽組成的。這些包括42%(體積含量,下同)的斜長石:Na(AlSi3O8) - Ca(Al2Si2O8) ,22%的鉀長石KAlSi3O8,18%石英(二氧化硅),其他更為復雜的硅酸鹽包括5%的角閃石和12%的其它硅酸鹽。此外,在地球外的星際物質中也發現了大量的硅酸鹽。所以我們可以認為硅酸鹽材料非常接近大自然,然而作為可用于涂料和化學建材的硅酸鹽,我們必須聚焦于水溶性硅酸鹽,特別是水性堿金屬硅酸鹽。

元素周期表中堿金屬元素是位于最左邊的第一主族的元素,包括鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs)、鈁(Fr)六種元素,我們只討論對于無機涂料具有商業意義的前三種堿金屬元素鋰、鈉、鉀。如果繼續研究第二主族的元素,你會發現第二主族的堿土金屬形成的不溶性硅酸鹽可用作家用玻璃,它們的硅酸鹽也是水泥的主要組成,這些堿土金屬離子一旦與可溶性硅酸鹽接觸就可形成我們想要的不溶性硅酸鹽無機涂層。

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堿金屬硅酸鹽是涂料工業中經常用作粘結劑的無機硅酸鹽材料,它完全是人工合成材料,由石英與堿金屬鋰、鈉、鉀的碳酸鹽在玻璃熔爐中于1300℃的高溫下熔融反應而成,反應式和制造過程如下:

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熔融的堿金屬水玻璃從爐內流出到冷卻傳送帶上并轉入溶解槽中,可溶性硅酸鹽在高壓下可溶解于熱水,不溶的玻璃和未反應的石英砂可以通過過濾除去。生成的可溶性堿金屬硅酸鹽并沒有明確的化學計量組成,而完全取決于上述反應中原材料的配比。水溶性堿金屬硅酸鹽可在水中形成透明的溶液或半透明的膠體溶液,除了最低濃度外,它們的溶液表現出非牛頓流體的粘度特性。

工業上堿金屬硅酸鹽溶液的另一個制造方法是將二氧化硅同堿金屬氫氧化物的水溶液在一定溫度下溶解而制得(見下圖):

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化學方程式中的系數“n”是硅酸鹽的基礎,它能幫助你在使用硅酸鹽的過程中選擇和決定一種硅酸鹽的性質和適用性。“n”是二氧硅(SiO2)與堿金屬氧化物的比值,這個比值是摩爾比,常稱為硅酸鹽的模數,而不是重量比。重量比在實際應用中可能方便,但當對不同堿金屬硅酸鹽進行比較時重量比可能會產生誤導,而摩爾比(模數)則更準確。堿金屬硅酸鹽的摩爾比與重量比的換算見下表。

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堿金屬硅酸鹽的水溶液是堿性的,溶液的pH值同堿金屬硅酸鹽的濃度和模數直接相關,模數與pH值的關系是模數越高,即二氧化硅的含量增加,堿金屬氧化物的含量降低,溶液的pH值也越低。

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模數和pH值的關系是無機涂料的配方設計時需要考慮的重要方面,這要求硅酸鹽乳液涂料中用的聚合物乳液必須能在11-12的高pH值下長期保持穩定。


3.2 水溶性硅酸鹽結構

水溶性堿金屬硅酸鹽中含有多種不同結構。通過不同物理化學方法分析發現,這些不同結構的基本結構單元是硅氧正四面體,如下圖所示。

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硅氧正四面體通過不同的組合形成陰離子的單體、二聚體、三聚體以及支鏈、環狀結構,甚至三維網絡結構,如下圖所示。

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在不同堿性條件下,堿金屬硅酸鹽中氧原子可能以未離解的硅醇(Si-OH)基團或負離子(Si-O-)的形式存在,其平衡離子為帶正電荷的堿金屬陽離子(M+)。根據濃度、堿性等不同,單體、低聚物和聚合物形式的硅酸鹽基團在溶液中的分布不是固定的,而是處于動態平衡中。堿金屬硅酸鹽的溶液中存在兩個重要的可逆平衡反應。

一是酸堿平衡反應,見方程式:

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二是縮聚離解平衡反應,見方程式:

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上述化學平衡反應(也是聚合反應)受到溶液的pH值、電解質(鹽)的濃度、溫度等因素的影響,因此這些因素也影響硅酸鹽涂料的貯存穩定性和施工固化過程。

當pH值降低時,單硅酸根離子按下式反應:

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在高pH值(≥11)時,主要以H2SiO42?和H3SiO4?形式存在;當pH值降至弱堿性或中性時,主要以H3SiO4? 和 H4SiO4形式存在,縮聚反應按下式反生:

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兩個硅醇基反生縮合反應,單硅酸根離子形成二聚體,二聚體還可繼續與單硅酸根離子或二聚體通過硅醇基縮合成三聚體和四聚體,聚合反應繼續進行,直到最后形成凝膠網絡結構。

這些硅酸鹽的低聚物在堿性條件下帶負電荷的,由于電荷排斥力而保持穩定。電解鹽的加入可屏蔽表面電荷,降低系統的穩定性,特別是高價陽離子可引起涂料的快速固化:

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堿金屬硅酸鹽同多價陽離子,如Ca++,也可以是Mg++或Fe3+和Al3+等,發生不可逆反應生成不溶性硅酸鹽。硅酸鹽無機涂料施工時可與基材中的Ca++反應,生成不溶性的硅酸鈣。

根據阿侖尼烏斯方程,溫度升高化學反應速度加快,堿金屬硅酸鹽的聚合反應速度也隨著溫度升高而升高,固化速度加快。

這些化學反應除了影響堿金屬硅酸鹽溶液的物理化學性能(如流變性、穩定性等)外,還影響其施工應用中的固化機理。也正是因為這些反應,堿金屬硅酸鹽可以理解為無機高分子聚合物,可以作為粘結劑應用在涂料中。


3.3 硅酸鹽的模數和性質

重復我們之前討論的堿金屬硅酸鹽的模數對pH值的影響規律:硅酸鹽的模數越高,溶液的pH值越低。硅酸鹽的模數對涂料的其它性能也會產生很大影響,其影響規律見下表

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可以看出,堿金屬硅酸鹽的模數對涂料的物理化學性能會產生很大影響,作為無機建筑涂料中最常用基料硅酸鉀的最適宜模數是3.5∽4.0,模數過低時涂料的干燥速度慢,耐水耐擦洗性能差;模數過高時涂料的粘結力不夠,干燥收縮應力大,易發生開裂粉化,均不宜使用。

硅溶膠亦稱為硅酸溶膠,是一種粒徑為5∽125nm的二氧化硅的水溶膠分散體,通過電荷排斥作用而穩定。硅溶膠的外觀主要由粒徑的大小決定,可以是無色透明(小粒徑)、半透明(中粒徑)或乳白色液體(大粒徑),并且隨粒徑增大硅溶膠的穩定性降低。硅溶膠一般由硅酸鈉通過陽離子交換除去鈉離子,同時硅酸根離子發生聚合反應,粒子增大而制得。無機涂料中使用的硅溶膠一般帶負電荷,粒徑在7∽30nm左右,pH值為9∽11。硅溶膠可以看作是特高模數(模數>50)的堿金屬硅酸鹽,其堿金屬氧化物含量很低,不易發生鹽析發白,干燥速度快,耐水性好,但粘結能力較差。硅酸鉀與硅溶膠的性能比較如下。

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3.4 不同堿金屬硅酸鹽的差異

3.4.1 硅酸鈉

根據商業的重要性來看,最重要使用最廣的堿金屬硅酸鹽是硅酸鈉。硅酸鈉是堿金屬硅酸鹽中產量最大的品種,所以它的制造成本最低,只要可能都會趨向使用硅酸鈉。

雖然有人建議某些特定模數的硅酸鈉可用于建筑涂料,但令人驚訝的是硅酸鈉在涂料應用中并不多。這是因為堿金屬硅酸鹽在固化過程中會產生碳酸鹽。碳酸鈉存在如下表中所示的多種型式的結晶水合物:

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從上表可以看出,碳酸鈉以不同的水合程度存在。無水碳酸鈉具有吸濕性,可吸收水份在固化的涂膜表面形成以十水碳酸鈉結晶水合物形式存在的白霜。同時硅酸鈉無機涂料常溫下固化較慢,一般需要加熱到175°C或使用合適的催化劑作用下室溫固化。特別是對于白霜(鹽析)的擔心,在大多數涂料中基本上排除了使用硅酸鈉的可能。

3.4.2 硅酸鉀

碳酸鉀與碳酸鈉類似,有兩種不同水合程度的形式存在。

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這些碳酸鉀不像碳酸鈉那樣富含水分。無水碳酸鉀有吸濕性,可吸收水分形成無吸水性的倍半碳酸鉀,大大降低了結晶的傾向。即使有少量碳酸鉀在表面形成結晶,特別是對外墻來說相對于碳酸鈉也更容易被雨水沖洗掉,因此總體來說不易產生白霜。

同時由于硅酸鉀可常溫自固化,不需要外加固化劑,因此硅酸鉀是無機涂料中使用最廣泛的粘結劑。然而,無機涂料若以硅酸鉀為唯一粘結劑時,由于其固化速度較慢,涂膜在最初24小時左右硅酸鉀很容易從涂層中被洗出。為了克服這個缺點,方法一是采用高模數的硅酸鉀,建筑涂料中一般選擇3.5∽4.0,水性無機富鋅重防腐涂料中會使用模數高達4.8∽5.3的硅酸鉀;方法二是同乳液復配使用,提高早期耐水性,也就是硅酸鹽乳膠涂料(Silicate Emulsion Paints);外加有機硅憎水劑等也是提高早期耐水性的方法之一。

3.4.3 硅酸鋰

同碳酸鈉和碳酸鉀相比,碳酸鋰僅存在無水碳酸鋰一種形式,且溶解度要低得多。

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由于具有高模數以及副產物碳酸鋰極低水溶性的特點,硅酸鋰主要用于不期望產生水溶性副產物及發白霜化的實際應用中,如兩組硅酸鹽無機富鋅涂料和外墻天然石材、混凝土的固化增強等。由于其價格昂貴,使其在建筑涂料中的應用受限,但歐洲仍有一些高檔無機建筑涂料是采用硅酸鋰作為無機粘結劑。

 

3.5 堿金屬硅酸鹽的固化機理

堿金屬硅酸鹽的固化過程涉及與基材物質及空氣中二氧化碳的一系列基礎化學反應,這些化學反應可總結如下:

(一)基材物質引起的化學固化

下列化學反應中的M = 鈉 (Na), 鉀 (K) 或鋰(Li)。堿金屬硅酸鹽同基材里的氫氧化鈣反應如下: 

M2O·n SiO2 + Ca(OH)2 → CaO·SiO2 + (n-1)SiO2 + 2MOH

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反應產生的堿金屬氫氧化物然后進一步同空氣中的二氧化碳反應生成碳酸鹽:

2 MOH + CO2 → M2CO3 + H2O

與石英砂,特別是顆粒表面的固化反應如下:

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(二)空氣中二氧化碳引起的化學固化

與空氣中的二氧化碳進行的化學固化反應如下:

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隨著堿金屬硅酸鹽模數增加(導致粘度增加)不完全硅化反應按下式進行:

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細心的讀者會注意到這個反應是用石英砂和堿金屬碳酸鹽制造堿金屬硅酸鹽的逆反應。

通過干燥或冷凍減少物理水,完全硅化后可形成不溶的二氧化硅凝膠:

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隨著濃度增高,粘度增高,最終導致凝膠化(二氧化硅凝膠的形成)。

順便提一下,如果需要的話,我們可以通過使用某些添加劑來按需要有效地加速上述凝膠過程的進行。

從以上方程式可以看出,無機堿金屬硅酸鹽粘結劑有多種固化方式。本質上固化可能是由于大氣中的二氧化碳或基材中的活性成份(Ca2+,Mg2+,Zn2+,Cu2+,Fe3+等)。

同時,涂層的硬化也可以通過物理除水來實現,物理除水包括自然揮發、加熱或冷凍等。然而,這可能僅是表面的硬化,以致如當涂膜再次接觸水時可能會由于粘結劑的遷移而軟化。

適當施工并固化的無機硅酸鹽涂層可與基材間產生非常牢固的化學鍵合作用,并融為一體,以致如通常不把它們看作成膜型涂料,而是在本質上已成為了基材的涂層。與此同時,這種固化的粘合劑形成了具有很高水蒸氣(和二氧化碳)透氣性的多孔性無機基質。因此這種涂料特別是應用在歷史古建筑(通常是潮濕的)和未完全固化的混凝土表面具有優勢。在潮濕的歷史古建筑中,水蒸汽的通過可使潮濕的古建筑有效干燥。對于未完全固化的混凝土表面,二氧化碳仍可以通過無機涂層而不影響繼續碳化,從而使混凝土硬化。而成膜型的純乳液涂料雖然也有一定的透氣性,但仍然會阻礙水蒸氣的通過,特別是低PVC、厚膜型涂層(如彈性涂料),很容易發生漆膜鼓泡、起皮脫落現象,尤其是在基材潮濕、防水不佳、熱帶多雨地區等情況下更容易發生。

固化后的硅酸鹽粘結劑骨架結構示意圖如下:

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4.結語

無機硅酸鹽涂料的主要粘結劑是水溶性堿金屬硅酸鹽(水玻璃),鋰、鈉、鉀水玻璃的性能和價格差別很大,可以根據需要選擇適當性價比的水玻璃,無機硅酸鹽內外墻涂料通常以鉀水玻璃為主,對于高檔外墻及特別是深色外墻漆采用鋰水玻璃更佳。

低模數的水玻璃粘結力更強,但固化速度更慢、早期耐水性更差、更容易出現鹽析發白現象;高模數的水玻璃固化速度更快,耐水性更好,鹽析發白也更少,但粘結力稍差。

可以根據性能要求選擇適當模數的水玻璃作為無機硅酸鹽涂料的粘接劑,建筑涂料中通常使用模數為3.5-4.0的硅酸鉀;為了減少固化收縮應力,適用于更多基材上涂裝,特別是無機外墻涂料中減少鹽析、提高早期耐水性,常用硅溶膠和水玻璃復配混合使用,來提高水玻璃的模數。

堿金屬硅酸鹽同多價金屬離子的固化反應以及受PH值(例如同空氣中二氧化碳反應)、濃度、溫度、模數等因素影響的脫水縮合聚合反應,會對無機硅酸鹽涂料的貯存穩定性和施工后的固化速度產生決定性作用。


標簽:原材料固化劑技術中心
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