重要无机涂料.docx

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重要无机涂料

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来源：

世界化工网：

无机涂料是涂料工业中最重要的组成部分。

一般说来，以水溶液无机聚合物为粘结剂的涂料就叫无机涂料。

在世界范围内，无机涂料占建筑涂料总量的40%左右。

传统的石灰水，大白粉，可赛银等就是以生石灰，碳酸钙，滑石粉等为主要原料加适量东周胶配制而成的内墙涂刷材料。

他们的耐水性差，涂膜质地疏松，易起粉，早已被以合成树脂为基础配制成的各种涂料所取代。

但硅溶胶，水玻璃的出现，又赋予无机涂料以新的生命。

80年代末我国开始研制，现已开始生产的以硅酸钾为主要粘结剂的JH80-1和以硅溶胶为主要粘结剂的JH80-2系列无机涂料，已成功地用于内外墙的建筑装饰。

另外还开发了用于桥梁，石油钻井平台，石油贮槽，造船以及海洋及结构方面的无机富锌底漆，磷酸盐系列涂料以及适于涂覆陶瓷，玻璃，水泥制品，塑料，木材等表面上的新型陶瓷涂覆剂等。

人么对无机涂料的要求也会越来越高，今后将趋于高装饰性，噶耐久性及高性能涂料的方向发展。

建筑涂料按其化学成分分为有机涂料和无机涂料两大类。

尽管有机高分子建筑涂料具有粘结强度高，装饰性和韧性好等优点；但从防燃性，耐酸碱性，低温成膜性及节约能源，防污染方面看，无机涂料具有有机涂料无法达到的性能。

概括起来无机涂料有以下特点:

1原料资源丰富，生产工艺比较简单，价格较低，节约能源，减少环境污染；

2粘结力较强，对基层处理要求不是很严；

3材料的耐久性好，遮盖力强，装饰效果好；

4温度适应范围宽；

5颜色均匀，保色性能持久；

6有良好的耐热性，防火性，无毒等。

可见，无机涂料是一种极具发展前途的建筑涂料。

一、碱金属硅酸盐涂料

1.成膜特征与典型配方

碱金属硅酸盐（M2O·mSiO2·nH2O）又称水玻璃，常指硅酸钠，硅酸钾，硅酸锂，还包括硅酸按在内的四种水溶液。

其中，常用的是硅酸钠和硅酸钾作为主要成膜物。

他们的成膜特征见表7-2.

以硅酸钾为主要成膜物的建筑涂料耐水性较好，与水泥基层粘结牢固，又有较优异的耐候性，以及成膜温度低等特点，所以该类产品发展迅速，按目前国内使用时间较长的箭镞涂料进行比较，有工程实例可查的建筑外墙涂料，能坚持10年以上涂膜无大裱花的仅有2~3种，其中之一就是硅酸钾作为主要成膜物的涂料。

硅酸钾箭镞涂料的配方有多种，但基本配方相近，详见表7-3

一般情况下，由于硅酸锂价贵，很少使用于建筑涂料。

使用多得是来源最容易，最廉价的硅酸钠，也有使用硅酸钾或硅酸钠，钾混合物的。

2.涂料固化成膜机理的探讨

有碱金属硅酸盐为基料所形成的涂膜，其固化成膜是个复杂过程，目前说法颇多，尚未定论，这里就常温固化问题进行探讨。

液体状的钠水玻璃不同于一般的无机盐水溶液，它是具有一定聚合度硅酸的胶体溶液。

Na2O·mSiO2+（2m+1）H2O——→2NaOH+mSi（OH）4

（1）

nSi（OH）4——→{Si（OH）4}n

（2）

其中聚合度n不等于模数m，一般n>m，且随着模数m的增加，则n更快地增加。

当钠水玻璃涂布于建筑物表面之后，一方面会与空气中二氧化碳发生反应，有硅酸生成：

Na2O·mSiO2+2mH2O+CO2——→2NaCO3+mSi（OH）4（3）

另一方面，由于硅酸具有自聚合的特征，在加之水分的不断增啊，最后就聚合成更大的

涂膜。

这种涂膜的结构和性能还与涂料的配方有关，更决定于涂膜形成过程中的酸碱度，是一种较复杂的物理，化学过程。

整个涂膜固化过程，生成了大连的钠离子分散在涂膜之中。

当涂膜遇水后，由于钠离子是易溶的，所以整个涂膜也就易于在水中离解。

这就是涂膜的不耐水性，也是钠水玻璃为粘结剂的箭镞涂料的一大缺点，为了克服这个致命弱点，采用的方法就是通常所说的“水玻璃涂料的固化技术”，及采用添加固化剂的方法来促进涂膜固化，并最大限度地降低涂膜遇水发生离解。

如钠水玻璃中同时存在过度金属氧化物，高活性SiO2时，再加入缩合磷酸盐，才会在涂膜的干燥过程中形成坚固的耐水涂膜。

可供选择的固化剂品种较多（如表7-4），可以使单组分，也可以事先进行复配。

由于涂料是多组分的，这就又给固化剂的品种选择和用量带来更大的难度。

固化技术现已成为无机硅酸盐涂料的关键技术，是生产厂家的保密终点。

所有固化剂品种也已超出表7-4所列范围，此外，对填料，颜料及其他辅助添加剂的选择和用量，也是不能忽视的因素；制备的工艺过程和操作条件的控制显然同样是很重要的。

还有很多待研究的课题需要努力去探索。

3.碱金属硅酸盐涂料实例

（1）NW-811无机外墙涂料NW-811无机外墙涂料是由基料，复合固化剂，填料，颜料，分散剂，增稠剂，表面活性剂和外罩剂等组成。

1材料的选择及其作用

基料：

以纯钾水玻璃为基料生产的涂料其耐水天数测试为60~70天；以1:

1钾，钠水玻璃或纯钠水玻璃为基料生产的涂料其耐水天数分别为纯钾水玻璃的1/2~1/3和1/10~1/20。

本工艺选用钾水玻璃为涂料的基料。

固化剂：

可以作为钾水玻璃涂料的固化剂见表7-4。

这些固化剂有的具有早期固化作用，有的具有后期固化作用。

固化剂往往一方面与碱金属粒子发生反应生成水不溶化合物，另一方面促进二氧化硅胶体进一步缩合成耐水涂膜。

设计固化剂配方时主要需考虑涂料的可使用时间及成膜性能，一种物质往往不能满足需要，常采用复合固化剂。

NW-811无机外墙涂料使用缩合磷酸铝和氧化锌为主固化剂，另加辅助固化剂制备了复合型固化剂。

填料：

可纳入钾水玻璃中的填料是无机涂层的骨架，可提高或给予涂层某种特性。

常用填料有：

滑石粉，石英粉，石英砂，云母粒，轻质碳酸钙，长石粉。

填料在涂料中的参量应有一定的范围，掺量不足或掺量过多。

不但会使涂层的性能下降，而且会影响涂料使用以及成本，填料中各个品种之间的互相作用比例也要适当，否则会音响涂层的质感和装饰效果。

为了保证涂层的性能和适用多种施工工艺，基料和填料（包括颜料）的重量配比宜在1:

1~1：

1.6之间。

助剂的选择

分散剂：

六偏磷酸钠

增稠剂：

羧酸基纤维素

表面活性剂：

阴离子型表面活性剂

2涂料配方实例及工艺

配方实例：

NW-811无机外墙涂料配方（重量比）

钠水玻璃100填料85~135

颜料20~25分散剂0.3~0.6

增稠剂2~6表面活性剂0.3~0.5

复合固化剂6~8外罩层30~40

NW-811无机涂料生产工艺流程示意如图7-1。

操作方法：

把钾水玻璃投入反应釜中，加入搅拌至规定浓度；以溪流方式加入增稠剂和颜料浆，并使之与寂寥搅拌均匀；将各种填料以及助剂投入釜中，告诉搅拌1.5~2h；将定量的复合固化剂用水稍加湿润后缓缓投入釜中，搅匀；经砂磨或160目筛通过即可包装。

NW—811无机外墙涂料具有耐水，耐酸，耐碱，耐洗，耐高温，耐老化性能，表面硬度高和成膜温度低，油漆适宜作建筑物外装饰涂料，它以水为分散介质，无毒无味，对环境无污染，可采用刷涂，喷涂，辊涂和弹涂等，操作简便，工效较高，造价低廉。

（2）改性钠水玻璃无机涂料它是以氟硅酸钠改性的钠水玻璃为粘结剂，磷酸和硼酸盐作为复合固化剂的无机涂料。

其中常用的填料有滑石粉，碳酸钙，石英粉，云母粒，高岭土，膨润土等，不少填料与水玻璃发生一定程度的反应。

如碳酸钙，云母都能与水玻璃发生对粘结性和耐水性有利的反应。

着色颜料常用无机颜料，如氧化铁红，氧化铁黄，氧化铁黑，群青，铬绿，锌钡白等，还有少数耐碱的有机颜料也可使用。

常用的助剂类有：

分手剂（如六偏磷酸钠），增稠剂（如CMC溶液），消泡剂（如磷酸三丁酯），表面活性剂（如阴离子表面活性剂），外罩剂（如氯化钙水溶液）等。

各种助剂须经过试验确定其在配比中的最佳加入量。

实例见表7-5.

该涂料可以若使用与混凝土墙体，砖墙水泥砂浆基层，各种轻质建筑板材表面。

各种释放方法均可使用。

具有NW-811涂料类同的优点。

（3）硅酸锂富锌漆硅酸锂应用研究的第一个工业成果是水溶性硅酸锂富锌漆，也成自固化无机富锌漆。

它用作钢铁表面的防锈底漆，利用其电化学保护，锌粉作为牺牲阳极，它的防腐性，耐溶剂性和耐候性堪称各种防锈漆之冠，被成为畅销防腐涂料；还可以作耐高温，耐烧蚀，抗氧化，抗紫外线和抗高能辐射涂料。

在美，日已有多种牌号产品，国内亦由天津化工研究院，天津油漆厂等单位试产成功。

产品名为“自固化无机富锌漆”，用于海上工程，造船，桥梁，石油，化工等取得很好的效果。

此涂料以水为溶剂，不用石油化工产品，节省能源，而且无毒，不燃烧，无公害，具有长期效益。

以海上工程为例，目前采用的防锈漆通过长寿命为3年左右，若采用无机富锌漆，一般有效防腐漆可达20年以上。

可见开发硅酸锂涂料的广阔的应用前景。

二、硅溶胶涂料

以硅溶胶作为成膜物质涂料，其成膜物质使粒径为1~10nm的多聚硅酸高分散体系，俗称胶体二氧化硅。

这种颗粒超细的胶体二氧化硅渗透力强，又能与水泥一类碱性底材在养护期内析出CaO，Ca（OH）2等发生配位反应，因此能防止返碱白花现象。

以硅溶胶为粘结剂的涂料特点是：

最低成膜温度较低，室温下干燥即可得到耐水性涂膜；若高温较热，水分增发，则形成更牢固的硅烷结构，使附着力和硬度提高，不发生再溶解现象；涂层表面致密，不产生静电，尘埃难于粘附。

抗污能力高，耐水性能好；而且被涂物底材不需要特殊处理。

最大不足之处是成膜过程体积收缩较大，易出现龟裂等不良现象。

因此，防止龟裂是关键。

目前解决办法有添加有机高分子成膜物质，如硅溶胶-丙烯酸乳液复合材料、还有添加纤维状，片状填料来提高涂层强度和防止龟裂。

由于现阶段吴国硅溶胶的生产成本还偏高，所以在很大程度上影响了硅溶胶涂料作为建筑涂料的推广和应用。

1.JH80-2无机外墙涂料

它是以硅溶胶为主要成膜物质，掺入助膜剂，填充料，颜料，表面活性剂等均匀混合，研磨而制成的一种新型涂料。

涂料的特点：

耐水，耐酸，耐碱，耐冻融，耐老化，耐擦洗，涂膜细腻，颜色均匀明快，装饰效果好。

涂膜致密坚硬，可以打磨抛光，且涂膜不产生静电，不易吸尘，耐污染性好，遮盖力强，对基层渗透力强，附着力好。

涂料颜色可按要求配置，有48中颜色可供选择。

可用作工业和民用建筑的外墙或内墙装饰，使用于水泥砂浆墙面，水泥石棉板，砖墙，石膏板等多种基层的装饰。

2.KS-82无机高分子外墙涂料

KS-82无机高分子外墙涂料也是以硅溶胶为基料，并且丙烯酸酯类乳液为改性材料共同组成主要成膜物质，加入填充料，颜料及助剂经混合搅拌，研磨过滤而成的一种新型无机高分子涂料。

涂料的特点是：

涂膜透气性好，密度高，不产生静电，耐候性，耐污染，耐水性好，与基层粘结牢固，浑然一体，耐碱性很佳，无“白花”，成膜温度可低至2℃，无毒，不染，可作为混凝土，水泥木丝板，石棉水泥板，石膏板，顶棚，砖墙等基层的饰面。

三、磷酸盐系无机涂料

磷酸盐系涂料是无机涂料中的重要品种之一。

它是以水溶性铝，镁，锌和钙的磷酸二氢盐为基料，配入所需填料，骨料及颜料调配而成，根据所含金属不容易其性能亦不同。

一般认为：

强度：

Al>Mg>Ca,Zn,Cu>ba

耐水性：

Ca,Zn>Mg>Al>Fe,Cu,Mn

粘结性：

Al>Mg>Ca>Cu>Fe>Zn

原子比M/P（M指金属），对涂料的贮存稳定性与底材的附着性，耐水性，耐候性等都有直接影响。

一般维持0.25~1较好；低于0.25，则涂膜固化不完全；高于0.25得不到均匀的固化物，降低溶液稳定性。

因此，研制磷酸盐无机涂料时，对原子比的选择是很重要的。

此外，固化剂的选择和配比也直接影响到涂料的性能、如用天然矿物铝氧尖晶石型复合氧化物和各种金属氧化物烧成的合成复合氧化物和氟硅化合物作为磷酸盐的固化剂，所得的涂膜对墙面建筑物（如饰面，水泥板，灰浆等）和金属表面（如铁，铝等）附着性，耐候性和耐水性优良。

可用作磷酸盐系涂料固化剂的物质如表7-6所示。

近年来，较好地突破了磷酸盐涂料的耐水，耐温等技术关键，使酸式金属磷酸盐无机涂料发展很快。

其基料一般选用金属磷酸二氢盐，金属不同，涂膜性能不同。

目前磷酸盐涂料已开发出一些优质产品，如具有耐热，防锈，导电的磷酸盐铝粉涂料。

它是以H3PO4，Al（OH）3,MgO粉末为原料，生成磷酸二氢铝和磷酸二氢镁水溶液，再与活性颜料，CrO3，铝粉，蒸馏水等混合，并进行研磨制成。

该涂料已用于保护高压静电除尘器阳极板等设备上取得了很理想的效果。

又如以磷酸，铬酸及其盐作为“特殊基料”的一类涂料，对颜料适应性大，可以配制成重防腐蚀涂料，耐高温涂料（温度达1000℃）及耐摩擦的润滑涂料。

它们颇受人们的重视和青睐。

制得指出的是，在磷酸中加入氧化锌和氟硅化合物，硼酸制备的复合固化剂，以及磷酸盐在氧化铝SiO2存在下，经120~250℃脱水处理，都可制造干粉型磷酸盐涂料。

这类涂料对贮存，运输及施工提供了方便。