钠水玻璃涂料的固化技术及其应用

钠水玻璃涂料的固化技术及其应用钠水玻璃粘结性好,与水泥基材有非常牢固的密着力,成膜硬度大,耐老化、不燃无烟,加以适当填料可耐1000℃的高温。钠水玻璃涂膜静电尘埃附着少,霉菌难于生长。由于钠水玻璃有着有机材料所没有的优越性,加之资源丰富、价格低廉,因此作为一种新的无机粘结材料,再次成为人们研究的对象。/font/ppfontface=宋体size=3strong1钠水玻璃涂料的固化技术及应用/strongbr    钠水玻璃分子式:Na2O·nSiO2+mH2O,其结构式:Na—O`SiO—OeNa+mH2O。n为模数,其值越大耐水性越好,而粘结性越差。n是钠水玻璃的一个重要技术指标,其计算方法:nbr=SiO2àNa2Oà×1.032,1.032是SiO2和Na2O分子量之比。钠水玻璃的另一技术指标是比重d或波美度B°。二者之间的关系是B°=145-145d。建筑涂料使用的水玻璃一般以n·3,B°·40为宜。从结构式看出,由于分子两端的Na+可以游离而进入溶液,所以钠水玻璃可溶于水。耐水性差是钠水玻璃作为无机粘结剂的最大缺点。半个多世纪以来,研究者们围绕提高钠水玻璃的耐水性做了大量的工作。钠水玻璃涂料的产生和发展与其固化技术紧密相关。目前钠水玻璃涂料的固化技术可分为两大类。一类是加热固化,另一类是固化剂固化。br 加热固化br   常温下涂料中的水份蒸发,水玻璃中的硅酸阴离子聚集成膜,Na+无规则地分布在涂膜中。涂膜中存在较多的Si—OH键,遇水易溶,涂膜破坏。当温度升高时,钠水玻璃的水份大量蒸发,而且Si—OH键之间相互脱水缔合,形成Si—O—Si键,这是耐水性极好的三维结构的涂膜。Na+处于三维结构膜的封闭状态中,遇水不溶。固化温度升至200℃以上,即可得到耐水性极好的涂膜。成膜过程可用下列反应表示3:brNa2OõnSiO2+(2n+1)H2O2NaOH+nSi(OH)4brnSi(OH)4[Si(OH)4]n-2nH2OSiOOSiOSiOSibr加热固化只能局限于建筑装饰板涂膜的处理,对于建筑物内外表面大面积的涂膜就难于奏效了。br    固化剂固化br   很多物质可使钠水玻璃固化,这些物质称为固化剂或硬化剂。固化剂可分为五类。br(1)氟硅化物br本世纪四十年代,普遍使用氟硅酸钠作为固化剂。其水溶液显弱酸性(pH·3),和水玻璃br水解出的碱发生反应,使水玻璃的水解向生成硅酸溶胶的方向进行,改性后的涂膜耐水性很好。其反应可用下式表示:br2(Na2OõnSiO2)+Na2SiF6+mH2O6NaF+(2n+1)SiO2õmH2Obr(2)缩合磷酸盐br本世纪六十年代以来,常使用缩合磷酸盐作固化剂,多数为磷酸铝、磷酸锌和磷酸镁的缩合物,缩合程度、固化温度各不相同。常温下以三聚磷酸铝使用最为普遍。使用前混合均匀,限制在一定时间内用完。水玻璃涂料和固化剂为两组份包装。缩合磷酸铝呈弱酸性,水解释放出的质子使水玻璃凝胶化,生成硅酸溶胶。释放出质子后的缩合磷酸铝与水玻璃中的Na+生成难溶于水的复盐,使Na+被固定。国内对缩合磷酸铝的研究较多,也曾见过这种两组份包装的外墙涂料。涂膜的耐水性取决于磷酸铝的缩合度,缩合度又与配料比和焙烧温度有关,一般配料比∶Al2O3∶H3PO4=1∶1.5～3,焙烧温度为500～700℃,焙烧时间为8～12小时。这种外墙涂料耐水性虽好,但装饰性、施工性差,两组份一旦混合必须在短时间内用完。这些不足之处还有待不断完善提高。br(3)无机酸br    从理论上讲,凡能提供H+,并能保证一定的H+浓度的酸均能对钠水玻璃进行固化处理,如盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、醋酸。从价格和来源等各方面综合考虑,使用最多的是硫酸和盐酸。酸和钠水玻璃发生反应生成硅酸溶胶,以盐酸为例反应式如下:brNa2OõnSiO2+mH2O+2HCl2NaCl+nSiO2õ(m+1)H2Obr在改性过程中,使用的酸量越多,生成的硅酸溶胶浓度越大,耐水性越好。但硅酸溶胶浓度过大,胶体存放时间短,涂料不稳定。因此酸改性一般用在耐水性要求不高的内墙涂料较多,产品多为钠水玻璃、聚乙烯醇类。涂料为单组份包装,涂膜性能指标、涂料贮存性、施工性能均好。br(4)金属氧化物和可溶性的金属盐br    金属氧化物有氧化锌、氧化镁、氧化钙等。可溶性的金属盐为锌、钙、镁、铝等多价金属的碳酸盐、硫酸盐和氯化物。这类固化剂与钠水玻璃反应,除生成硅酸溶胶外,还生成一种不溶于水的白色胶状沉淀。这类沉淀不但悬浮性好,而且具有一定的遮盖能力。因此这类改性不但提高br了涂膜的耐水性,而且还可节省一定量的聚乙烯醇和填充料。br可溶性的金属盐与钠水玻璃反应式如下(以MgCl2为例):Na2OõnSiO2+mH2O+MgCl22NaCl+Mg(OH)2↓+nSiO2õ(m-1)H2Obr我们曾对金属无机盐改性钠水玻璃进行了较深入的研究,1987年和1991年分别研制出两个系列的涂料品种,聚乙烯醇用量降至16kgöt涂料,各种性能指标均达到或超过106涂料部颁标准。该项技术在省内外推广十几个厂家,厂方收到明显的经济效益。用可溶性的金属盐改性钠水玻璃的过程中,不同的金属盐对钠水玻璃种类要求不同,无机br盐用量不同,所采用的工艺路线也有所不同,忽视了任何一点都将导致改性技术的失败。br用钙盐改性时不可使用芒硝制的水玻璃,因为这种水玻璃含有大量的SO2-4。由于brCa(OH)2比CaSO4的溶解度(S)大很多(25℃时SCa(OH)2=2.2×10-2molöL,SCaSO4=3.6×10-4molöL),钙盐与SO2-br4生成CaSO4,而不是Ca(OH)2,因此导致涂料粘度减小,附着力br差,涂膜易掉粉。由于芒硝价格比纯碱低廉,乡镇厂家生产的水玻璃大部分使用芒硝,所以钙盐改性的方法在使用中受到一定限制。br使用纯碱制的水玻璃用钙盐改性时,除了生成硅酸溶胶外还生成白色的Ca(OH)2沉淀。Ca(OH)2的溶解度随着温度升高而降低(0℃时S=0.185gö100ml水,100℃时S=0.077gö100ml水),涂料生产时罐中温度高于室温,因此从反应罐放出的涂料冷至室温后有返稀现br象。使用涂—4杯粘度计控制涂料稀稠度时,应以冷至室温时为准,一般粘度为40秒左右适宜涂刷。br用铝盐改性时,对钠水玻璃品种没有特殊要求,因为SO2-4的存在不影响Al(OH)3沉淀的生成,所以使用芒硝制的水玻璃同样可以得到良好的改性效果。Al(OH)3沉淀的溶解度不随温度变化,涂料没返稀现象,稀稠度易控制。在用铝盐改性时,加料时间的控制是至关重要的,因为无定形Al(OH)3的溶度积常数值很小(Ksp=1.3×10-33),所以改性时正反应进行的趋势很大,如果水玻璃加入迟缓,铝盐将会与改性聚乙烯醇的水玻璃反应,破坏了聚乙烯醇的改性,从而导致涂料粘度大大降低,涂膜掉粉。br    铝盐与钙盐改性相比,由于生成的Al(OH)3是一种无定形的凝胶状沉淀,其粘结力、悬浮性均比Ca(OH)2好,因此用铝盐改性的涂料比用钙盐的性能更为优越,同时聚乙烯醇的用量可以进一步降低。当前在聚乙烯醇价格增至25,000元ö吨的形势下,就更加显示了这种改性的br优越。br(5)有机化合物br   据有关资料介绍,乙二醛,乙二醇二醋酸纤维素可在水玻璃中离解出有机酸,使钠水玻璃胶化。近年来有机偶联剂、络合剂种类不断增多,这些有机物具有较强的络合能力,能对水玻璃中的Na+有较好的固定作用。这方面的固化技术正在开发研究之中。/font/ppfontface=宋体size=3strong2结束语/strongbr随着建筑行业的发展,涂料品种不断增加,就中小城市和乡镇农村,内墙涂刷仍以中低挡__涂料为主。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。国外由于建筑的密集化、高层化,加之石油资源的不足,无机涂料也正受到人们的重视,因此研究水玻璃涂料的固化技术也是十分必要的。/font