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水玻璃无机涂料的研制
陈秀琴 杨 明
(青岛大学化工学院 山东青岛 362O11）
（威海天创精细化工有限公司 山东威海 363766)
摘要 采用新型固化剂磷酸硅对基料水玻璃进行改性协调粘性、耐水性和凝胶时间的相互关系。同时实验添加了水玻璃新型固化剂磷酸硅制作的复合涂料具有耐水性好，附着力强， 耐高温和耐老化等优点。用磷酸硅促进水玻璃的聚合和二氧化硅凝胶的缩合、拼用苯丙乳液作为辅助成膜物质。 然后利用正交法优选配方、制得耐水性良好、附着力强的水玻璃复合涂料。它具有成本低廉。不污染环境和耐老化等特点，可应用于防火涂料和外墙涂料上。
关键词 水玻璃复合涂料，磷酸硅，苯丙乳液，耐水性建筑涂料
中图分类号 TU 56+ 1.65 文献标识码 A
无机高分子涂料和有机高分子涂料相比,具有原料丰富、成本低廉、无污染、耐高温和耐老化等优点. 它符合当代建筑材料节能和环保的要求，应用于防火涂料和外墙涂料上。7O年代初日本首先开发了碱金属硅酸盐型和硅溶胶型两种，后者耐水性较好。但目前我国硅溶胶的生产大多采用离子交换法，成本较高.碱金属硅酸盐以丰富的二氧化硅、氢氧化钠为主要原料，价格低廉。国内曾报道过 NW-811无机外墙涂料、自干型硅酸钠复合建筑涂料的研制。无机高分子涂料与有机涂料相比，耐水性还不够理想，影响了它的发展.本文主要研究应用新型固化剂磷酸硅生产的水玻璃复合涂料，大大提高了其耐水性，附着力。
1 实验部分
1.1 水玻璃的改性
将钠水玻璃( 4O.O Be/20 C,模数3.00，厦门市化工厂）和钾水玻璃43.0Be/20 C,模数2.53，上海市泡花碱厂)按一定比例混合选用 A1F3 ，磷酸硅 和三乙醇胺为改性剂，与水玻璃混合.在加热搅拌下反应一定时间后备用。
1.2 固化剂的选择
特地选用新型水玻璃固化剂磷酸硅（威海天创精细化工有限公司协同清华大学研究院最新研发成功的无毒双功能白色颜料）。使用国标原材料,经过水热化合反应,再经高温煅烧而成。产品白度96以上，纯度达99.适应任何行业：油漆，涂料，橡胶塑料，造纸，电子等行业做白色颜料。固化剂，催化剂，防锈剂，黏合剂等。
1.3 乳液的制备
（1） 苯丙乳液的制备，一定量的水外加乳化剂OP 0.06~0. 08 ( NH4） 2 S2 O8 0. 0005~0.000 6 NaHCO3 0.000 4 和十二烷基硫酸钠 0.011.将混合物加热至65 ℃完全溶解升温至76~80℃,在4 h内边搅拌边滴加苯乙烯 0.45和丙烯酸丁酯0.55的混合液.然后在90℃恒温搅拌 0.5 h.降温到 30~50℃用水玻璃调节至 pH为9~11再出料，然后过滤备用。
（2）聚丙烯酰胺乳液的制备
以甲基丙烯酸丁酯和丙烯酰胺为单体，OP 乳化剂和十二烷基硫酸钠为乳化剂，水玻璃作为pH值调节剂进行乳液聚合，得到不同pH，值的乳液.
2 结果与讨论
2. 1 水玻璃的改性
水玻璃稳定胶体的结构可表示为：
水玻璃改性是为了促进硅氧聚阴离子进一步聚合或使某种憎水基团取代一部分水玻璃分子两端的钠离子而提高其耐水性，改性时必须考虑粘性，耐水性和凝胶时间的相互制约关系。试验结果表明未使用磷酸硅固化剂水玻璃很快凝结；磷酸硅与水玻璃凝结速度显著放缓，可随用量调节固化的时间. 最佳改性条件为外加0.01 的 0.002 的促进剂 反应时间为 30~40 min温度为 50 C。
图 1为不同分量磷酸硅掺量的水玻璃粘度随反应时间的变化关系. 图中曲线 1~3的磷酸硅掺量分别为0.0025，0.0075和0.01曲线4的磷酸硅掺量为0. 012.
2.2 新型固化剂的固化作用
水玻璃在常温干燥过程中 阳离子通过与硅氧聚阴离子配位起架桥作用。用磷酸硅作为水玻璃基料的改性剂或固化以取代Na+和 K+离子形成不溶涂膜。同时使用能缓慢释放出弱酸的物质作为固化剂多种聚磷硅酸盐可用通式 MO .XSiO2 .YP2O5 表示.其摩尔比值 r=(r=x/y)体现了耐水基团释放磷酸离子的能力。固化剂与基料成胶时，磷酸硅所释放出来的磷酸根离子逐渐与硅酸根离子反应，形成三维立体网状结构。当比值过低时，形成的三维立体网状结构封闭不牢，
耐水性不理想；反之，比值过高，则粘性太低，凝胶过快. 另外，T值还会影响涂膜的强度。T值太大时，必将降低水玻璃的 OH—浓度、增大表面能，到一定值时会失去对基质的浸润性。从图中很容易看出，添加了磷酸硅的水玻璃涂料，耐水性大大增强了，而且有随着时间增大，有渐渐增强的趋势，硬度也随固化剂的时间延长而增大。
2.3 拼用有机高分子成膜物
由于水玻璃胶体和有机乳液均属介稳体系.因此只有在电性能一致时两者拼混，才能保证混合体系的稳定性，故采用阴离子型表面活性剂。虽然阴离子型苯丙乳液与阴离子型水玻璃有相同电性，但两者混合仍可能形成凝胶。这是因为两组份的PH值相差较大，两者双电层都发生较大变化。聚合过程中调节PH到弱碱性即可解决问题。
2.4 复合涂料优化配方
利用正交法得到优化配方, 磷酸硅改性的水玻璃1OO%，改性苯丙乳液15%，固化剂磷酸硅1O%( 8O%的配方 2+2O%的ZnO、云母65%、成膜助剂乙二醇、分散剂、消泡剂少量。 其中用水玻璃、磷酸硅改性的水玻璃和三乙醇胺改性的水玻璃作为主要成膜物质用改性苯丙乳液SBR乳液和丙烯酰胺乳液作为辅助成膜物质，并采用新型固化剂磷酸硅，涂膜的硅酸根溶出率S随时间t的变化关系，如图 3 所示.按国标 GB 1O222-88 测得涂膜的性能，如表1所示.表中 fa表示附着力(划格法）n为粘度(ISO杯法）fc为遮盖力。
3 结束语
用 磷酸硅对水玻璃进行改性.使用磷酸硅固化剂, 以拼用改性苯丙乳液等多种途径, 制备水玻璃复合涂料, 并改善其耐水性.研制的复合涂料具有耐水性好、附着力强、耐高温和耐老化等优点, 可应用于防火涂料和外墙涂料。
附录：
磷酸硅的使用方法：先用适量的水溶解磷酸硅，混合均匀后直接加入水玻璃中混合均匀即可。也可把磷酸硅直接加入粉料中混合均匀后加入。
固化剂性能比较：磷酸硅既可以避免其它固化剂的不足,又能达到建筑防腐材料的规范要求.
使用配方:钠水玻璃100份,磷酸硅15份,铸石粉等300份调成耐酸砂浆,其初凝时间为2.17小时，终凝时间为5,42小时，试块尺寸:3×3×3,试块成型后常温养护2周,未经酸处理即浸入酸中,经30天谩泡,试块无裂纹,无溃散。
磷酸硅16份，钠水玻璃160份，珍珠岩100份，煮后外观完好，抗压强度1.7
氧化锌16份，钠水玻璃160份，珍珠岩100份，煮后外观掉粉，抗压强度0.75
氟硅酸钠16份，钠水玻璃160份，珍珠岩100份，煮后外观少许掉粉，抗压强度1.2。
在无机涂料中的应用：
钠水玻璃50份，磷酸硅5份，填充料40份，颜料适量，助剂适量。
添加磷酸硅的涂料性能：硬度6H以上，早期耐水性，5天涂层无变化，常温水泡139天无异常，耐沸水100度水煮8小时涂膜完好。耐酸性5%盐酸36天涂层完好,耐高温600度8小时涂膜完好。
不添加磷酸硅的涂料性能：硬度6H以上，早期耐水性，4小时无变化，常温水泡10天，耐沸水100度水煮马上脱落，耐酸性5%盐酸25天，不耐高温。
特点用途：
1)紧缩混凝土毛孔，有效抑制外界污染物进入混凝土，抑制化学物质的侵蚀。
2)密封混凝土，增强其密度，增强高人流、高交通流量地面的耐磨性及抗冲击性。
3)和混凝土中的化学物质发生反应在其毛孔中形成一种凝胶体，强化、密封松软或起尘的混凝土，使其更密实，防止混凝土出现剥落、散裂。
4) 处理过后的镘光混凝土地坪会出现大理石光泽，使用越久光泽度越好。
