1、鈉水玻璃涂料的固化技術(shù)及其應(yīng)用鈉水玻璃粘結(jié)性好, 與水泥基材有非常牢固的密著力, 成膜硬度大,耐老化、不燃無煙, 加以適當(dāng)填料可耐1000的高溫。鈉水玻璃涂膜靜電塵埃附著少, 霉菌難于生長(zhǎng)。由于鈉水玻璃有著有機(jī)材料所沒有的優(yōu)越性, 加之資源豐富、價(jià)格低廉, 因此作為一種新的無機(jī)粘結(jié)材料, 再次成為人們研究的對(duì)象。 1鈉水玻璃涂料的固化技術(shù)及應(yīng)用     鈉水玻璃分子式:N a2O nSiO 2+ m H2O , 其結(jié)構(gòu)式: N aO SiOO e N a+ m H2O。n 為模數(shù), 其值越大耐水性越好, 而粘結(jié)性越差。n 是鈉水玻璃的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo),

2、其計(jì)算方法: n=SiO 2N a2O 1. 032, 1. 032 是SiO 2 和N a2O 分子量之比。鈉水玻璃的另一技術(shù)指標(biāo)是比重d 或波美度B 。二者之間的關(guān)系是B = 145-145d。建筑涂料使用的水玻璃一般以n 3,B 40 為宜。從結(jié)構(gòu)式看出, 由于分子兩端的N a+ 可以游離而進(jìn)入溶液, 所以鈉水玻璃可溶于水。耐水性差是鈉水玻璃作為無機(jī)粘結(jié)劑的最大缺點(diǎn)。半個(gè)多世紀(jì)以來, 研究者們圍繞提高鈉水玻璃的耐水性做了大量的工作。鈉水玻璃涂料的產(chǎn)生和發(fā)展與其固化技術(shù)緊密相關(guān)。目前鈉水玻璃涂料的固化技術(shù)可分為兩大類。一類是加熱固化, 另一類是固化劑固化。  加熱固化 

3、   常溫下涂料中的水份蒸發(fā), 水玻璃中的硅酸陰離子聚集成膜,N a+ 無規(guī)則地分布在涂膜中。涂膜中存在較多的SiOH 鍵, 遇水易溶, 涂膜破壞。當(dāng)溫度升高時(shí), 鈉水玻璃的水份大量蒸發(fā), 而且SiOH 鍵之間相互脫水締合, 形成SiO Si鍵, 這是耐水性極好的三維結(jié)構(gòu)的涂膜。N a+ 處于三維結(jié)構(gòu)膜的封閉狀態(tài)中, 遇水不溶。固化溫度升至200以上, 即可得到耐水性極好的涂膜。成膜過程可用下列反應(yīng)表示3 :N a2O nSiO 2 + (2n + 1)H2O 2N aOH + nSi(OH) 4nSi(OH) 4 Si(OH) 4 n- 2nH2OSiOO SiOSi O

4、 Si加熱固化只能局限于建筑裝飾板涂膜的處理, 對(duì)于建筑物內(nèi)外表面大面積的涂膜就難于奏效了。     固化劑固化    很多物質(zhì)可使鈉水玻璃固化, 這些物質(zhì)稱為固化劑或硬化劑。固化劑可分為五類。(1) 氟硅化物本世紀(jì)四十年代, 普遍使用氟硅酸鈉作為固化劑。其水溶液顯弱酸性(pH 3) , 和水玻璃水解出的堿發(fā)生反應(yīng), 使水玻璃的水解向生成硅酸溶膠的方向進(jìn)行,改性后的涂膜耐水性很好。其反應(yīng)可用下式表示:2 (N a2O nSiO 2) + N a2SiF6 + m H2O 6N aF + (2n + 1) SiO 2m H2O

5、(2) 縮合磷酸鹽本世紀(jì)六十年代以來, 常使用縮合磷酸鹽作固化劑, 多數(shù)為磷酸鋁、磷酸鋅和磷酸鎂的縮合物, 縮合程度、固化溫度各不相同。常溫下以三聚磷酸鋁使用最為普遍。使用前混合均勻, 限制在一定時(shí)間內(nèi)用完。水玻璃涂料和固化劑為兩組份包裝。縮合磷酸鋁呈弱酸性, 水解釋放出的質(zhì)子使水玻璃凝膠化, 生成硅酸溶膠。釋放出質(zhì)子后的縮合磷酸鋁與水玻璃中的N a+ 生成難溶于水的復(fù)鹽, 使N a+ 被固定。國內(nèi)對(duì)縮合磷酸鋁的研究較多, 也曾見過這種兩組份包裝的外墻涂料。涂膜的耐水性取決于磷酸鋁的縮合度, 縮合度又與配料比和焙燒溫度有關(guān), 一般配料比A l2O 3H3PO 4= 11. 5 3, 焙燒溫度為

6、500700, 焙燒時(shí)間為8 12 小時(shí)。這種外墻涂料耐水性雖好, 但裝飾性、施工性差, 兩組份一旦混合必須在短時(shí)間內(nèi)用完。這些不足之處還有待不斷完善提高。(3) 無機(jī)酸     從理論上講, 凡能提供H+ , 并能保證一定的H+ 濃度的酸均能對(duì)鈉水玻璃進(jìn)行固化處理,如鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸、醋酸。從價(jià)格和來源等各方面綜合考慮, 使用最多的是硫酸和鹽酸。酸和鈉水玻璃發(fā)生反應(yīng)生成硅酸溶膠, 以鹽酸為例反應(yīng)式如下:N a2O nSiO 2 + m H2O + 2HCl 2N aCl + nSiO 2 (m + 1)H2O在改性過程中, 使用的酸量越多, 生成

7、的硅酸溶膠濃度越大, 耐水性越好。但硅酸溶膠濃度過大, 膠體存放時(shí)間短, 涂料不穩(wěn)定。因此酸改性一般用在耐水性要求不高的內(nèi)墻涂料較多, 產(chǎn)品多為鈉水玻璃、聚乙烯醇類。涂料為單組份包裝, 涂膜性能指標(biāo)、涂料貯存性、施工性能均好。(4) 金屬氧化物和可溶性的金屬鹽     金屬氧化物有氧化鋅、氧化鎂、氧化鈣等。可溶性的金屬鹽為鋅、鈣、鎂、鋁等多價(jià)金屬的碳酸鹽、硫酸鹽和氯化物。這類固化劑與鈉水玻璃反應(yīng), 除生成硅酸溶膠外, 還生成一種不溶于水的白色膠狀沉淀。這類沉淀不但懸浮性好, 而且具有一定的遮蓋能力。因此這類改性不但提高了涂膜的耐水性, 而且還可節(jié)省一定量

8、的聚乙烯醇和填充料。可溶性的金屬鹽與鈉水玻璃反應(yīng)式如下(以M gCl2 為例) :N a2O nSiO 2 + m H2O + M gCl2 2N aCl + M g (OH) 2 + nSiO 2 (m - 1)H2O我們?cè)鴮?duì)金屬無機(jī)鹽改性鈉水玻璃進(jìn)行了較深入的研究, 1987 年和1991 年分別研制出兩個(gè)系列的涂料品種, 聚乙烯醇用量降至16kgt 涂料, 各種性能指標(biāo)均達(dá)到或超過106 涂料部頒標(biāo)準(zhǔn)。該項(xiàng)技術(shù)在省內(nèi)外推廣十幾個(gè)廠家, 廠方收到明顯的經(jīng)濟(jì)效益。用可溶性的金屬鹽改性鈉水玻璃的過程中, 不同的金屬鹽對(duì)鈉水玻璃種類要求不同, 無機(jī)鹽用量不同, 所采用的工藝路線也有所不同, 忽視

9、了任何一點(diǎn)都將導(dǎo)致改性技術(shù)的失敗。用鈣鹽改性時(shí)不可使用芒硝制的水玻璃, 因?yàn)檫@種水玻璃含有大量的SO 2-4 。由于Ca (OH) 2 比CaSO 4 的溶解度(S ) 大很多(25時(shí)S Ca (OH) 2 = 2. 2 10- 2mo lL , S CaSO4 = 3. 610- 4mo lL ) , 鈣鹽與SO 2-4 生成CaSO 4, 而不是Ca (OH ) 2, 因此導(dǎo)致涂料粘度減小, 附著力差, 涂膜易掉粉。由于芒硝價(jià)格比純堿低廉, 鄉(xiāng)鎮(zhèn)廠家生產(chǎn)的水玻璃大部分使用芒硝, 所以鈣鹽改性的方法在使用中受到一定限制。使用純堿制的水玻璃用鈣鹽改性時(shí), 除了生成硅酸溶膠外還生成白色的Ca (

10、OH) 2 沉淀。Ca (OH ) 2 的溶解度隨著溫度升高而降低(0時(shí)S = 0. 185g100m l 水, 100時(shí)S = 0. 077g100m l 水) , 涂料生產(chǎn)時(shí)罐中溫度高于室溫, 因此從反應(yīng)罐放出的涂料冷至室溫后有返稀現(xiàn)象。使用涂4 杯粘度計(jì)控制涂料稀稠度時(shí), 應(yīng)以冷至室溫時(shí)為準(zhǔn), 一般粘度為40 秒左右適宜涂刷。用鋁鹽改性時(shí), 對(duì)鈉水玻璃品種沒有特殊要求, 因?yàn)镾O 2-4 的存在不影響A l (OH) 3 沉淀的生成, 所以使用芒硝制的水玻璃同樣可以得到良好的改性效果。A l (OH) 3 沉淀的溶解度不隨溫度變化, 涂料沒返稀現(xiàn)象, 稀稠度易控制。在用鋁鹽改性時(shí), 加料

11、時(shí)間的控制是至關(guān)重要的, 因?yàn)闊o定形A l (OH) 3 的溶度積常數(shù)值很小(K sp= 1. 310- 33) , 所以改性時(shí)正反應(yīng)進(jìn)行的趨勢(shì)很大, 如果水玻璃加入遲緩, 鋁鹽將會(huì)與改性聚乙烯醇的水玻璃反應(yīng), 破壞了聚乙烯醇的改性, 從而導(dǎo)致涂料粘度大大降低, 涂膜掉粉。     鋁鹽與鈣鹽改性相比, 由于生成的A l (OH) 3 是一種無定形的凝膠狀沉淀, 其粘結(jié)力、懸浮性均比Ca (OH) 2 好, 因此用鋁鹽改性的涂料比用鈣鹽的性能更為優(yōu)越, 同時(shí)聚乙烯醇的用量可以進(jìn)一步降低。當(dāng)前在聚乙烯醇價(jià)格增至25, 000 元噸的形勢(shì)下, 就更加顯示了這種改性的優(yōu)越。(5) 有機(jī)化合物    據(jù)有關(guān)資料介紹, 乙二醛, 乙二醇二醋酸纖維素可在水玻璃中離解出有機(jī)酸, 使鈉水玻璃膠化。近年來有機(jī)偶聯(lián)劑、絡(luò)合劑種類不斷增多, 這些有機(jī)物具有較強(qiáng)的絡(luò)合能力, 能對(duì)水