硅溶胶在环保涂料中的应用

张绍敏

（开封市市政工程设计研究有限公司，河南 开封 475000）

0 前言

我国经济改革深入发展，城乡建设规模在不断扩大，建筑物已开始向超高层、大规模化、大板框组装方向迈进，以及国家的政策对建筑装修所制定的法规，对色调单一，费时费工的干粘石、水刷石等传统的面饰材料，以及目前流行磁砖、马赛克等装饰材料限制使用。那些施工难度大、易脱落和对人民生命财产造成不必要的损失的装饰材料，已不能满足现代城市的发展需要。硅溶胶涂料是继第一代水泥涂料，第二代合成树脂涂料后的第三代无机系建筑涂料，是目前国家发展最有前途环保型高档建筑涂料。其特点是：涂膜系无机材料，抗霉变性好；涂膜硬度高，附着力强可适用于多种基材的装饰保护，耐水耐碱，具有超常的耐候性，使用寿命10 a以上；耐高低温性好，耐污染，保色性优良，生产施工安全，无环境污染。

1 涂料成膜机理

目前，广泛流行的硅溶胶建筑涂料分为消光平面状，砂壁状和凹凸状，它们虽然采用了不同品类的硅溶胶，但成膜原理都是基本相同的。

硅溶胶是以水为分散介质的无机高分子聚偏硅酸的胶体溶液。其二氧化硅粒子多以球状单个或多个聚结多散，能牢固地附着在基材和填料颗料表面，随着水份的不断蒸发，二氧化硅粒子间能形成牢固的Si-O键而成为连续涂膜。由于Si-O键的刚性较强，成膜交联又是一个缩水过程；若单独使用硅溶胶常温固化成膜往往存在裂纹、内部微孔等致命缺陷，引入少量的有机高分子乳液后有机高分子成膜物能均匀分布在Si-O涂膜间隙中，不但消除了上述缺陷，还增加了涂膜韧性，提高了抗冲击性，也改善了涂料贮存稳定性，仍保持涂膜不燃性。

2 涂料组成的选择

曾对硅溶剂建筑涂料的主要成膜物质——硅溶胶和辅助成膜物质——有机高分子乳液进行选择性试验。

硅溶胶是涂料主要成膜物质，其用量直接影响涂料附着性能，试验结果列入表1。

表1 硅溶液用量与附着力的关系表

由表1可知，硅溶胶的用量低，涂层附着力亦低；但硅溶胶用量过高，涂层附着力反而降低，这是因为硅溶胶用量低时二氧化硅粒子不能全部包围填料和颜料颗料，未形成连续涂膜，故附着力低；若硅溶胶用量过高，则二氧化硅粒子对固体颗粒包覆层加厚，致使颗粒之间及颗粒与基层之间缺陷增多而附着力降低，且使涂料成本增加。由此可见，硅溶胶用量处于20%～60%范围内，无论经济性还是涂层附着性都是最佳的。

众所周知，硅溶胶为偏碱性最为稳定，故硅溶胶涂料只有碱度相匹配才能获得良好涂料稳定性及良好的涂膜性能。也就是涂料只有在适宜的碱度范围内才呈稳定。硅溶胶的pH值影响涂料贮存稳定性，其因果关系列入表2。

表2 硅溶胶的pH值与涂料贮存稳定性的关系表

硅溶胶的二氧化硅粒径与涂料稳定性的关系见表 3所列。

表3 二氧化硅粒径与贮存稳定性的关系表

硅溶胶的二氧化硅粒径直接影响涂膜性能，结果列入表4。

表4 二氧化硅粒径与涂膜性能关系表

由表4可知，二氧化硅粒径小时，涂料常温脱水缩合交联反应增多，脱水量大，固化时间长，涂膜疏松，易产生裂纹，故附着力、耐水性均降低。选用粒径10～20μm的硅溶胶品种为好。

如前所述，硅溶胶需要匹配有机高分乳液才能获得良好的涂膜性能，故硅溶胶与有机高分子的相容性是很重要的，考虑高档涂料经济性和综合性能，选用苯乙烯-丙烯液用量为硅溶胶的50%～80%为好。除了主要原材料硅溶胶和有机高分子乳液，选用的助剂有成膜助剂、分散剂、消泡剂。根据涂料品种，颜填料可选用钛白粉、滑石粉、凹凸捧土、陶粒、石英砂等。硅溶胶涂料的基本配比（比重量份计）如下：

硅溶胶200；水100；

树脂乳胶 100～160；填料颜料 400～600；

助剂15。

用色浆配成多种颜色可喷涂成消光平面状，添加各种骨料用色浆配成各种颜色可喷涂成砂壁状，同时以硅溶胶涂料为主材喷成凹凸状复层涂料，表面罩光后，平滑为仿瓷涂料。

3 涂料性能指标

3.1 涂料性能（平面）

粘度（涂 4杯）：50 s左右；

遮盖力：250～300 g/m2；

常温贮存：6个月以上；

最低成膜温度：≥5℃

表干时间（25℃）：2 h；

实干时间（25℃）：24 h。

3.2 涂膜性能

铅笔硬度：6 H；

耐污染性：30次污染白度下降丰分数25%；

附着力：2 MPa；

耐水性：<600 h以上；

耐碱性（饱和Ca(OH)2）：大于500 h以上；

耐洗刷性：大于5000次；

耐高温性：600℃；

耐候性：经全天候老化试验机1 000 h无异常。

4 工艺过程

硅溶胶涂料制备工艺如下：

5 发展前景

硅溶胶涂料在国外如日本、德国、美国等发达国家已普遍使用在高层建筑上，作为环保型涂料发展很快。随着国家对高层建筑限止使用钢砖、马赛克墙等，对高档建筑涂料使用无机涂料创造一个有利条件，必将有一个跨越的发展。

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