0 引言
无机涂料与目前广泛应用的有机涂料相比，因其具有优良的耐热性、耐候性、高表面硬度及无毒、低污染等特性，受到广泛关注。硅酸钾作为无机涂料中应用较普遍的成膜物之一，因其成膜后耐水性、附着力、柔韧性差，单独使用涂膜易开裂、脱落，多年来大都与聚乙烯醇复合使用，或将硅酸钾与苯丙乳液复合配制成外墙涂料，有时也可采用添加缩合磷酸盐等方法来促进其固化和提高其耐水性。本实验采用硅酸钾与苯丙乳液复合生产有机/无机复合外墙涂料，主要解决硅酸钾成膜后耐水性差、常温硬而脆、低温易龟裂、漆膜手感差的弊病，制备基本性能优异、装饰性能好且环保性能优良的有机/无机复合外墙涂料。
1 实验
1.1 原材料与仪器设备
硅酸钾：无色透明液体，模数3.7，波美度38%，邢台大洋化工有限公司；苯丙乳液：296DS，固含量48%，巴斯夫；稳定剂：季铵盐类分散剂ST，北京澳汗化工；分散剂：丙烯酸铵盐类分散剂GA40，汽巴；纤维素醚：HRB250，阿克苏诺贝尔；钛白粉：R-706，杜邦；重钙：1000 目，凯恩斯；滑石粉：CMS-666，1250 目，辽宁合山。
JJ-4 电动搅拌仪，江苏金城国胜仪器厂；分散器皿：小试用1 L 不锈钢杯；数显式电热恒温恒湿干燥箱，上海沪越科学实验仪器厂；耐洗刷仪SHEEN（型号REF903）、细度板（0～100μm）、流挂试验仪（LG-I）、斯托默黏度计（STM-Ⅲ），上海现代环境工程技术研究所；电子称（GS4202），新光电子株式会社；阿贝折射仪（ZWAJ）、白度测定仪（YQ-Z-48B），杭州轻通博科自动化技术有限公司；光泽度仪（WGG60-E4），科仕佳光电仪器研究所。
1.2 性能测试方法
热储存稳定性、低温储存稳定性、对比率、耐沾污性：按JG/T 26—2002 进行测试；表干时间：按GB/T 1728—1979（1989）《漆膜、腻子膜干燥时间测定法》中的乙法进行测试；耐擦洗性：按GB 9266—2009《建筑涂料涂层耐洗刷性的测定》进行测试。
黏度：将涂料样品装入250 ml 敞口胶罐中并调节温度至25 ℃，采用斯托默黏度计进行测试。
耐水性：按GB/T 1733—1993《漆膜耐水性测定法》中的甲法进行测试。浸于GB/T 6682—2008《分析实验室用水规格和试验方法》规定的三级水中，允许有轻微掉粉，3 块试板中，有2 块试板无气泡、裂纹及剥落，判定为合格。
耐碱性：按GB/T 9265—2009《建筑涂料涂层耐碱性的测定》进行测试，允许有轻微掉粉，3 块试板中有2 块无起泡、裂纹及剥落，判定为合格。
耐温变：按JG/T 25—1999《建筑涂料涂层耐冻融循环性测定法》进行测试，允许轻微掉粉，3 块试板中有2 块无起泡、裂纹及剥落，判定为合格。
耐人工老化性：按GB/T 1865—2009《色漆和清漆人工气候老化和人工辐射曝露滤过的氙弧辐射》进行测试，结果判定按GB/T 1766—2008《色漆和清漆涂层老化的评级方法》进行，应符合JG/T 26—2002 的规定要求。
涂膜外观：用刷子在试板表面刷涂试样，涂布量湿膜厚度约为120 μm，使试板的长边竖成约85°放置，24 h 后观察涂膜，若无针孔和流挂，涂膜均匀，与协议标准颜色相比色差在允许范围内，可判断为“涂膜外观正常”。
低温厚涂开裂：将涂料样品、1 mm 湿膜器、黑白纸卡同时放置于5 ℃的恒温恒湿箱中30 min 后，在5 ℃条件下刮卡，并置于5 ℃条件下12 h 后，观察涂膜开裂情况。
低温厚涂开裂：将涂料样品、1 mm 湿膜器、黑白纸卡同时放置于5 ℃的恒温恒湿箱中30 min 后，在5 ℃条件下刮卡，并置于5 ℃条件下12 h 后，观察涂膜开裂情况。
1.3 有机/无机复合外墙涂料的基本配方（见表1）
1.4 有机/无机复合外墙涂料的生产工艺流程（见图1）
1.4 有机/无机复合外墙涂料的生产工艺流程（见图1）
2 结果与讨论
本实验采用单因素变化，优化产品配方，取得配伍性优异的有机无机复合外墙涂料。
2.1 硅酸钾与苯丙乳液用量对涂膜基本性能的影响
保持硅酸钾与苯丙乳液的总量不变，硅酸钾与苯丙乳液不同质量比对涂膜性能的影响见表2。
表2 硅酸钾与乳液不同配比对涂膜性能的影响
由表2 可以看出：
（1）在硅酸钾与苯丙乳液总量一定的条件下，随着苯丙乳液用量的增加，涂膜的开裂改善，耐水性、耐碱性提高。原因是，硅酸钾成膜后漆膜硬而脆，将苯丙乳液与硅酸钾复合，可以弥补硅酸钾不耐水和涂膜柔韧性差等缺陷，使得在低温5℃下，涂膜厚涂至1 mm 开裂轻微或不开裂。通过提高苯丙乳液的用量，可以有效改善漆膜的耐水性、耐碱性及柔韧性。
（2）硅酸钾用量增大，涂膜的色差△E 越小，耐候性越好。其原因是，硅酸钾中Si—O 的键能（459 kJ/mol）较C—C 的键能（359 kJ/mol）大，不易被紫外线破坏，耐候性好。
综上，当硅酸钾用量为20%、苯丙乳液用量为10%时，涂膜低温开裂轻微，施工后涂膜无弊病；同时涂膜的耐水性、耐碱性、耐候性均较好。
综上，当硅酸钾用量为20%、苯丙乳液用量为10%时，涂膜低温开裂轻微，施工后涂膜无弊病；同时涂膜的耐水性、耐碱性、耐候性均较好。
2.2 颜填料用量对涂料性能的影响
保持涂料中其它原材料的用量不变，改变各试样的颜填料用量（见表3），不同颜填料用量对涂料白度和对比率的影响分别见图2 和图3。
由图2 可见，随着钛白粉与滑石粉用量的增加，漆膜白度不断提升，原因是钛白粉的白度约为95，而重钙的白度约为88，滑石粉白度为90，因此增加钛白粉用量，可以提高涂料的白度。
从图3 可看出，随着钛白粉用量的增加，涂料的对比率提高，因为钛白粉是颜填料中对比率高的，主要为涂膜提供白度、湿遮盖率与干遮盖率。根据JG/T 26—2002 标准要求，150μm 厚涂膜的干遮盖率应不小于0.95，9# 配方的对比率可符合标准要求。钛白粉价格较贵，是涂料配方成本的主要来源，选择性价比高的颜填料配比，是确定配方的主要思路。
综上所述，当钛白粉用量为16%、重钙用量为13%、滑石粉用量为6%时，涂料的白度与对比率均符合JG/T 26—2002 标准要求，本实验选择该颜填料配比。
综上所述，当钛白粉用量为16%、重钙用量为13%、滑石粉用量为6%时，涂料的白度与对比率均符合JG/T 26—2002 标准要求，本实验选择该颜填料配比。
2.3 稳定剂用量对硅酸钾涂料稳定性的影响（见图4）
由图4 可知，随着稳定剂用量的增加，高温50℃储存30 d后，黏度从140 KU 降低至109 KU。因稳定剂为季铵盐类分散剂，用量增加，导致电层间斥力加大，黏度减小。硅酸钾与苯丙乳液混拼体系，储存稳定是较难解决的问题，因硅酸钾具有强碱性，其pH 值＝13，且电离性强，二者复合使用时只有在电性能上相一致才能保证混合体系的稳定性，否则将出现硅酸钾的凝胶化和乳液的破乳，导致涂料不稳定。当稳定剂用量大于1.1%时，体系中的苯丙乳液与硅酸钾在电性能上一致，可以满足施工要求，同时，季铵盐分散剂用量增大，涂料起泡较多，涂膜干燥后有火山口，影响涂膜的装饰效果。综上，确定稳定剂的用量为1.1%。
3 硅酸钾-苯丙乳液复合外墙涂料的性能
按表1 基础配方及上述配方优化试验结果，取硅酸钾用量为20%、苯丙乳液用量为10%、钛白粉用量为16%、重钙用量为13%、滑石粉用量为6%、稳定剂用量为1.1%，制备的硅酸钾-苯丙复合外墙涂料，按JG/T 26—2002 和GB24408—2009 进行基本性能与环保性能测试，结果分别见表4 和表5。
由表4 和表5 可见，所制备的有机/无机复合涂料性能符合JG/T 26—2002 和GB 24408—2009 标准要求。
4 结语
（1）当硅酸钾用量为20%、苯丙乳液用量为10%、钛白粉用量为16%、重钙用量为13%、滑石粉用量为6%、稳定剂用量为1.1%时，可制备耐水性、耐碱性好及柔韧性优异，储存稳定、施工性能优异的有机/无机复合外墙涂料。其基本性能符合JG/T 26—2002 标准要求，环保性能符合GB 24408—2009标准要求。
（2）将苯丙乳液与硅酸钾复合使用，大幅度提高了无机涂料的性能，避免了仅使用硅酸钾作为成膜物质时存在的漆膜开裂及耐水性差的问题，拓宽了无机涂料的应用范围。
