日期：2021-11-12
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222 核心提示：0 引 言硅溶胶涂料是目前具发展前途的环保型建筑涂料之一 。硅溶胶是以SiO2 为基本单位在水中的分散体，其分子式为H2SiO3，，
0 引 言
硅溶胶涂料是目前具发展前途的环保型建筑涂料之一 。硅溶胶是以SiO2 为基本单位在水中的分散体，其分子式为H2SiO3，，胶团颗粒细微，粒径范围一般在5～40nm。析胶时，SiO2 具有较高的活性，易于粘接涂料中的粉状颗粒，因此它用于涂料的一个突出的优点就是无回溶性，以及具有良好的耐水性 。单独使用硅溶胶时，常温固化成膜往往存在裂纹、内部微孔等致命缺陷，因此很少单独用其来配制涂料，常常是加入有机高分子乳液制得有机一无机复合型涂料。硅溶胶与有机高分子乳液复合而成的建筑涂料，在我国已有20多年的历史，近年来的发展再次引起人们的关注。本文以硅溶胶和苯丙乳液为主要成膜物，优选颜填料，并添加分散剂、增稠剂等多种涂料助剂，研制成开罐效果好、符合国家标准GB／T 9756-2001的实用型低成本内墙涂料。
1 配方设计及生产工艺
1．1 配方设计
硅溶胶：SiO2 质量分数20％ ～30％ ，pH值8～9。在SiO2，含量相同的情况下，选择粘度高的硅溶胶可以减少或避免龟裂现象的发生，也可以降低有机高分子乳液的用量 。
苯丙乳液：固含量47％ ～49％ ，pH值7．0～9．0。具有粘结强度高，耐碱性、耐洗刷性好的特点。
膨润土：主要成分是蒙脱石，具有层状结构，晶层之间主要以范德华力结合，键能弱，易离解，因此水分子能进入晶层中间，使晶层断裂，引起晶格定向膨胀，其膨胀可达数十倍。吸水后的膨润土在干燥失水过程中，晶层间可包覆一部分颜填料粒子，同时与乳液干燥后的薄膜交叉重叠，形成网状结构，大大提高了乳液的粘结能力，以及漆膜的耐洗刷性能。因此膨润土可代替部分乳液使用，并且不降低涂料性能 。
钛白粉具有着色力高、遮盖力强、白度好的特点，但价格较贵；立德粉着色力与遮盖力仅次于钛白粉，但耐光性、耐候性较差，一般用于内墙涂料，价格远低于钛白粉。
硅灰石粉主要成分是偏硅酸钙(CaSiO 3)，用于建筑涂料可使白色涂料具有明亮的色调，并能长时间保持这种色调。因为粒子表面富有亲水性，水向这些颜料粒子中扩散要比向乳液中扩散容易得多，干燥后在融合的乳液涂膜内形成微细的空气／二氧化硅界面，提高了’涂膜的不透明性，因而可代替20％ ～30％的钛白粉和立德粉。此外，常用的填料还有重质碳酸钙、滑石粉等。
在配制涂料时，还必须加入分散剂、消泡剂、成膜助剂、增稠剂、防霉防腐剂等助剂。本实验研究的基本配方见表1
1．2 工艺流程
将配方量的水、纤维素、消泡剂等加人混合罐，开动搅拌，用AMP一95调节pH值至8．0～8．5，再加人颜填料、分散剂，高速分散约40～50 min，然后加入混合基料、Texanol酯醇等助剂，充分搅拌均匀后过滤即得成品，其工艺流程如下：
1．3 产品性能指标
产品的性能指标见表2。
2 结果与讨论
2．1 复合基料成膜机理
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体分散，能牢固地附着在底材和填料颗料表面，随着水分的不断蒸发，二氧化硅粒子间能形成牢固的si一O键而成为连续涂膜。由硅溶胶本身所形成的无机涂层比较脆，且涂层中残留少量的亲水基团和较大的孔隙率。引入有机高分子乳液后，乳液中的有机高分子均匀地分布在“一si—O—si一”无机涂层的间隙中，以有机物特有的较好的弹性弥补硅氧键的韧性不足，屏蔽无机涂层中残存的亲水基团。同时还能在冷热交替时使涂层的收缩得到缓冲，并使涂层具有一定弹性 这样不仅可以改善无机材料在成膜后发硬变脆的弊病；同时又避免或减轻了有机材料易老化、不耐沾污、耐热性差等问题。
2．2 硅溶胶用量的影响
硅溶胶作为主要成膜物，其用量直接影响涂膜的附着力，见表3。硅溶胶用量低时二氧化硅粒子不能包覆颜填料颗粒，不能形成连续涂膜，故附着力低；硅溶胶用量高时，二氧化硅粒子对固体颗粒包覆层加厚，使颗粒之间及颗粒与基层之间附着力降低，且使涂料成本增加。试验表明，硅溶胶用量以30％ ～60％(按固体分计)为宜。
由表4、5可见，二氧化硅粒径过大，涂料的贮存稳定性变差；二氧化硅粒径过小时，涂料常温脱水缩合交联反应增多，脱水量大，固化时间长，涂膜疏松且易产生裂纹，因而附着力、耐水性较差：综上所述，选用粒径10～20 nm的硅溶胶品种较好：
2.3.2 pH值的影响
有关资料介绍 ，硅溶胶的稳定性与pH值之间有着密切的关系。当硅溶胶的pH值约为7和大于12时，硅溶胶不稳定。这是因为当pH值等于7时，硅溶胶颗粒表面双电层消失；而当pH值大于12时，硅溶胶转变为模数等于5的水不溶性硅酸钠而发生凝胶，导致体系不稳定。本文用来配制复合涂料的硅溶胶大多呈碱性。硅溶胶和苯丙乳液两者都是借助扩散双电层来保持自身的稳定，因此pH值的控制至关重要。pH值的改变会直接导致扩散双电层的破坏，从而影响体系的稳定。因而在硅溶胶与苯丙乳液混合时要先测两者的pH值，只有两者pH值相近时才可以直接拼混。复合涂料贮存稳定性与pH值的关系曲线见图2。
由图2可见，复合涂料pH值在8～11之间，有一个比较稳定的区域，pH值超过11，贮存稳定性下降得较快。鉴于这种情况，将复合涂料的pH值调到8～11的范围内，有利于涂料的稳定贮存。
2．3．3 颜填料的影响
颜填料选用不当也会造成复合涂料的不稳定，例如复合涂料不能选用氧化锌、轻质碳酸钙等。其原因在于氧化锌活性较大，且Zn 可能会导致某些阴离子乳化剂乳液破乳；轻质碳酸钙是由氧化钙经过碳化工艺制得，碳化不完全时，产品中含有一定量残留氧化钙，氧化钙遇水水化形成强碱氢氧化钙，会改变涂料体系的pH值。另外，其中游离的钙离子还会影响乳液组分的钙离子稳定性。实验表明，对硅溶胶一苯丙乳液复合体系，选用硅灰石粉、灰钙粉、滑石粉较好。
当使用钠基膨润土或经钠化改性处理的钙基膨润土时，由于膨润土在水中会电离形成离子，因此应与所用乳液进行相容性试验，以免因其电离的离子与乳液中乳化剂离子的电性相异而引起破乳现象。笔者曾将分散好的膨润土分别与醋丙、苯丙、纯丙乳液进行相容性试验，结果见表6。
由表6可见，膨润土与苯丙乳液、纯丙乳液有良好的相容性，它们的混合体系是稳定的，而醋丙乳液与膨润土混合时会出现破乳。
2．3．4 助剂的影响
助剂的使用能增强涂料的性能，但用得不当会导致涂料体系不稳定，因此在选用时要注意助剂与乳液体系的相容性。
分散剂的影响：润湿分散剂在颜料浆的制备过程中起关键的作用。分散剂选用不当或是效力不足都会影响涂料的贮存稳定性，使涂料发生凝聚或粘度增大，因此应尽量选用与复合体系带有相同电荷的润湿分散剂，同时对硅溶胶和所选的润湿分散剂进行相容性实验。本实验选用汉高公司的Hydropalat759分散剂，它是一种磷酸酯的复合物，与复合体系相容性较好。而聚羧酸盐类阴离子分散剂对此体系效果较差，贮存过程中涂料易发生絮凝，粘度上升。
增稠剂的影响：增稠剂的选用对复合涂料稳定性的影响很大。实验证明，羟乙基纤维素和缔合型聚氨酯类增稠剂拼用对硅溶胶一苯丙乳液复合体系有极好的增稠效果，优异的流平性，且涂料贮存3个月以上黏度基本不变；而加人少量的聚丙烯酸钠，体系即发生絮凝。
2．4 成本分析
本配方中硅溶胶用量(按固体分计)为50％ ，较大比例地代替了苯丙乳液，由于硅溶胶价格便宜，因此大大降低了原材料成本；加入膨润土，既可以作辅助粘结剂代替部分乳液用量，又是无机增稠剂，减少了增稠剂用量；硅灰石粉和立德粉的加入，可代替部分价格较高的钛白粉，而涂料的遮盖力并不降低；多功能助剂的用量少，功效大，减少了分散剂的用量，又调节了pH值；分散剂、消泡剂等助剂选用合理，相容性好，在较低用量内充分发挥了作用，涂料性能未受到影响，而涂料的总体成本却大为降低。
3 结语
以苯丙乳液和硅溶胶为主要成膜物，成膜后既保持了无机涂料具有的硬度，又具有一定的柔韧性，保持了有机涂料的快干和易刷性，发挥了两者的优势，有利于提高涂料性能，降低成本。硅溶胶型建筑涂料原料来源广泛，是一种具有发展前景的建筑涂料。
