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特种乳液

无机硅化合物、封底乳液的性能和在建筑涂料中的应用(1)

 

 

   硅溶胶的用途:

     a、内外墙乳胶漆,界面剂,封底漆;

  b、纸张上的涂饰剂,金属上的金属漆,纯无机涂料(硅酸锂、 硅酸钾配合);

  c、弹性涂料,浮雕涂料,真石漆;

  d、功能性涂料:防火涂料,耐高温涂料,远红外抗辐射涂料,防水涂料,

       防腐涂料,重防腐富锌漆,路标漆等涂料。

 

 

 一、无机硅化合物

前    言

  随着我国经济改革深入发展,城乡建设规模在不断扩大,建筑物继续向超高层、大规模化、大框架方向发展。另外,环境保护和国家对建筑装饰装修所制定的法规等要求,越来越被人们重视。所以,环保型水性涂料越来越受到用户的欢迎。尤其是用无机硅化合物所生产的无机涂料、有机无机复合涂料、防火涂料、防腐等涂料。其特点是:涂膜为无机或有机无机复合材料,它们的抗霉变性好,涂膜硬度高,附着力强,可适用于多种基材的装饰保护,耐水耐碱具有超常性,一般使用寿命10年以上。并且,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,这其中最典型的例子就是用硅溶胶生产无机有机复合涂料,封底漆。用硅酸锂和硅酸钾生产的无机富锌漆、无机涂料。

  涂料业在70年代底和80年代初已经在我国采用硅溶胶生产外墙涂料,当时这种涂料的产量并不大,直到90年代底, 这种涂料的市场份额才逐渐增大,尤其在现今乳液价格比较高,涂料质量标准高的情况下,用硅溶胶生产涂料的厂家,正在以一定的比例在增加。 但是,由于硅酸溶胶有比较特殊的性能,所以,上面所讲的这些涂料生产技术方面还是要有一定的要求(涂料存放稳定性)。所以,今天借此机会,将无机硅化合物的有关性能特点和有关生产涂料的参考配方向大家作一简单介绍,以利于同行业生产环保型水性涂料

  硅溶胶性能特点

  硅溶胶是微兰透明的溶液,胶体颗粒为球型,直径6-50纳米(注:粒子小渗透力强,附着力好), 适用于复合涂料和功能性涂料用的多为10-20纳米,胶粒的基本成分为SiO2,其内部是以Si-O-Si键相联系而形成的立体网状结构。在胶体颗粒和水 (溶剂)相接触的界面上形成Si- oH(硅醇)的水化膜,这水化膜在膜体颗粒表面结合得很牢,称为结构水,在提高温度和降低压力时,它仍然存在,必须在700 oC左右才能最终去除。在Si-O-Si骨架内部还含有相当数量的水,成膜不会脱落起泡。其主要有大量负电荷的羟基,在电场力的作用下保持相对稳定性,当粒子间受到碰撞或含电解质多而遭到破坏时, 则粒子间相互聚集而成凝胶。若经干燥脱水,则以硅氧烷的方式聚集起来,形成一个透明薄层,而不再溶于水(注:地下隧道等比较潮湿的地方硅溶胶涂料还是能固化成膜,不会脱落起泡)硅溶胶溶液中少量作为稳定剂存在的Na+离子,配位于SioH(硅醇)的末端,除了Na+离子以外,,氨NH+离子也可作稳定剂(调PH值可考虑用这些)。

  因各种制备的条件的差异,溶液中胶体颗粒的结构致密程度不同,质点的聚集状态也不一样,这对溶胶粘度有很大影响, 有整体大颗粒的,结构致密,有许多小质点形成的类似海绵状的,结构疏松多孔,有介于两者之间的,一般用于硅溶胶复合涂料的为最后一种。此外,溶胶的粘度在一定程度上与PH值有关,因为PH值不同时&的电位大小不同,从而改变了溶剂化程度,PH值8-10范围内硅溶胶是稳定的(我公司生产的硅溶胶如果不冰冻可存放10年)。溶胶PH值增加时,胶团溶剂化作用加强,运动时磨擦阻力增大,使粘度也加大,PH值大于10.5后,溶液形成碱金属,当硅溶胶PH值降低,由于胶粒带电量弱,溶剂化作用降低,故酸性硅溶胶的粘度较低,在PH值5-6的时候,硅溶胶最容易凝胶化(几个小时), PH值2-3是介稳区(亚稳区),所以用于涂料的硅溶胶PH值为8.5-9.5,那么涂料PH值也应保持在8.5-9.5才为最稳定。

  2、对硅溶胶稳定性的影响(这是最关键)

  2.1、 盐及电解质的影响

  在胶体二氧化硅中加入多价金属离子类的盐即可凝胶,这是因为盐类放出离子,与胶态二氧化硅的表面电荷结合以保持稳定性,表面电荷平衡,可引起粒子的集合而凝胶化,凝胶化的程度与使用的电解质种类、浓度、温度等有关,一价离子盐类反应缓慢,高价离子类在PH值9以上反应迅速,在PH值9以下,(明矾和硫酸镁)影响也就减小。电解质使胶态二氧化硅胶化的影响这一特点,有时还能利用它来提高固化速度(水泥),所以有了这种性能无论将PH值降低到5-7或提高到11以上,甚至基本上不改变PH值,都能降低硅溶胶稳定性,使其发生凝聚。

  2.2、 与有机溶剂的相溶性

  胶体二氧化硅与乙醇、醋酸酯等有机溶剂可以混溶,混合的极限产生凝固化,当PH值变化时,胶体二氧化硅的相溶性也发生变化(水溶性的面漆、纸张涂饰剂类的)

  2.3、 表面活性剂的相溶性

  胶体二氧化硅通常与阴离子及非离子的表面活性剂相溶,表面活性剂、分散剂、流平剂中如含不纯物时(电解质)容易引起凝胶化,不能使用。

  2.4、 乳液树脂和水溶性树脂的相溶性

  胶体二氧化硅与PH值和电荷一致的树脂(含羧基要少)相互混溶一般是可以的,使用乳液时应避免与乳化剂引起胶凝化。

  硅溶胶的胶凝过程本质上就是一个干燥的过程,当水份不断减少,浓度逐渐增加时,质点的布朗运动使胶体颗粒碰撞的机会增多,在两个颗粒接触的表面上发生了硅基的缩聚反应,进而转化为硅凝胶,这个过程是不可逆的,在水中不会自动分解溶解,就是在热水中煮泡也不会发生煮烂的现象,脱水愈充分,胶体颗粒间的硅醚键联系就愈完全,硅凝胶结构则愈致密,完整。强度也愈高。(以上四点是设计涂料组成物时必须注意的)

  2.5、干燥固体的性质

  把胶体二氧化硅干燥,经过含水凝胶到干燥成凝胶,在150oC时,二氧化硅凝胶吸附的水脱去,400-700oC之间,硅醇脱水有少量重量损失并吸热,到此温度为止,都认为是粒子表面性质的变化,到800oC时,为玻璃化转移点(Tg)这是由于二氧化硅粒子间的表面缺陷发生机械强度的变化,约到1200oC,向着方晶石的晶体转化点(T c)变化,出现放热高峰,熔点约1700oC,当然玻璃化温度和结晶化温度及熔点,随胶体二氧化硅的稳定剂氧化钠的用量而变化(我公司Na2o≤0.3%)。

  2.6、 粘度

  粘度是硅溶胶的一项重要指标,硅溶胶的粘度与它的二氧化硅含量相关,但主要和制造工艺条件、稳定剂、PH值等因素有关,不同用途的硅溶胶对粘度的要求也不一样,作为粘结剂和底层材料使用的硅溶胶需要有一定的粘度以利于粘结(3-6厘泊)。

  2.7、胶粒直径和胶粒比表面积

  胶粒直径和比表面积是硅溶胶又一重要指标,硅溶胶质量的高低,反映其内在的质量,取决于胶粒直径的大小和较窄的粒度分布,胶体颗粒的直径愈小,单位体积硅溶胶颗粒数愈多,总的表面积就愈大,比表面积比就愈大,粘结强度和吸附能力较强,在弹性材料中使用硅溶胶,也要求小颗粒,高比表面,以便大大提高乳膜的弹性模量,减少裂缝,改善抗水性,抗腐蚀性(10-20纳米,比表面积为200M2/g)。

  二氧化硅粒径对涂料贮存稳定性的影响

SiO2粒径/nm      5~10   10 ~ 15    25    30

贮存稳定期(6个月)  无异常   无异常    结块   结块

  由于硅溶胶以上性能特点,我们通过综合利用即可生产多种性能的涂料(5-7这几点用于定位生产何种性能的涂料和硅溶胶用量)

  a、内外墙乳胶漆,界面剂,封底漆;

  b、纸张上的涂饰剂,金属上的金属漆,纯无机涂料(硅酸锂、 硅酸钾配合);

  c、弹性涂料,浮雕涂料,真石漆;

  d、功能性涂料:防火涂料,耐高温涂料,远红外抗辐射涂料,防水涂料,防腐涂料,重防腐富锌漆,路标漆等涂料。

 

无机硅化合物封底乳液性能及应用.jpg