摘要 

采用適量氟硅酸鈉改性劑和有機胺促進劑對基料水玻璃進行改性,協(xié)調粘性、耐水性和凝 膠時間的相互關系.以磷酸、氧化硅、氧化鋅、鋁鹽、 鈣鹽及鋇鹽等為原料制備磷硅酸鹽固化劑.用固化劑促進水玻璃的聚合和二氧化硅凝膠的縮合,拼用苯丙乳液作為輔助成膜物質.然后利用正交法優(yōu)選配方,制得耐水性良好、附著力強的水玻璃復合涂料.它具有成本低廉、不污染環(huán)境和耐老化等特點,可應用于防火涂料和外墻涂料上。

    無機高分子涂料和有機高分子涂料相比,具有原料豐富、成本低廉、無污染、耐高溫和耐老化等優(yōu)點.它符合當代建筑材料節(jié)能和環(huán)保的要求,應用于防火涂料和外墻涂料上170年代初,日本首先開發(fā)了堿金屬硅酸鹽型和硅溶膠型兩種,后者耐水性較好1但目前我國硅溶膠的生產(chǎn)大多采用離子交換法,成本較高.堿金屬硅酸鹽以豐富的二氧化硅、氫氧化鈉為主要原料,價格低廉.國內(nèi)曾報道過NW2811無機外墻涂料、自干型硅酸鈉復合建筑涂料的研制〔1～2〕.無機高分子涂料與有機涂料相比,耐水性還不夠理想,影響了它的發(fā)展.本文綜合多種工藝措施,提高其耐水性. 

1 實驗部分 

1.1 水玻璃的改性 將鈉水玻璃(40.0Be°󰃗20℃,模數(shù)3.00, 廈門市化工廠)和鉀水玻璃(43. 5Be°󰃗20 ℃,模 數(shù)2.53,上海市泡化堿廠)按一定比例混合.選用A1F3,Na2SiF6和三乙醇胺為改性劑,與水玻璃混合.在加熱攪拌下反應一定時間后備用.

1.2 固化劑的制備 采用如下配方(化學組成以質量分數(shù)表示,下同),以及工藝條件制得固化劑1#,2#和3#.(1)配方1(固化劑1#)1SiO20.30～0.50,P2O50.40～0.60,ZnO0.05～0.10,BaSO4 0.05～0.10,CaO0.15～0.30.P2O5和CaO 在適量水中混均反應,烘干后再與其余試劑混均. 在1300℃以上恒溫,得到燒結物,研磨成粉末備用.   (2)配方2(固化劑2#).CaCO30.05～0.10,H3PO40.30～0.35,SiO20.20～0.30, Al(OH)30.10 ～0.30,BaSO 40.05～0.20,ZnO0.05～0.10.H3PO4和Al(OH)3反應后于600～800℃燒結、粉碎,再與其余粉未混合1在1200℃燒結,然后粉碎. (3)配方3(固化劑3#)1CaSiO30.20 ～0.50,Ca(PO4)20.30～0.50,MgO0.05～0.20,Si O20.05～0.30.4種粉末混合均勻,混合物在1000～1200℃燒結,然后粉碎.

1.3 乳液的制備   (1)苯丙乳液的制備.一定量的水外加乳化劑OP0.06～0.08,(N H 4)2S2O80.0005～0.0006,NaHCO30.0004和十二烷基硫酸鈉0.011.將混合物加熱至65℃完全溶解,升溫至76～80℃,在4h內(nèi)邊攪拌邊滴加苯乙烯0.45和丙烯酸丁酯0.55的混合液.然后,在90℃恒 溫攪拌0.5h.降溫到30～50℃,用水玻璃調節(jié)至pH為9～11再出料,然后過濾備用. (2)聚丙烯酰胺乳液的制備1以甲基丙烯酸丁酯和丙烯酰胺為單體,OP乳化劑和十二烷 基硫酸鈉為乳化劑,水玻璃作為pH值調節(jié)劑進行乳液聚合,得到不同pH值的乳液 . 

2 結果與討論 

2.1 水玻璃的改性 水玻璃穩(wěn)定膠體的結構可表示為 

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膠體離子擴散雙電層 水玻璃改性是為了促進硅氧聚陰離子進一步聚合,或使某種憎水基團取代一部分水玻璃圖1 

水玻璃粘度隨反應時間的變化關系 分子兩端的鈉離子而提高其耐水性.改性時必須考慮粘性、耐水性和凝膠時間的相互制約關系.試驗結果表明,AlF3使水玻璃很快凝結;ZnO與水玻璃作用緩慢,可作為固化劑使用而不適合作改性劑.最佳改性條件為外加0.01的,0.002的促進劑,反應時間為30～40min,溫度為50℃.圖1為不同氟硅酸鈉摻量的水玻璃粘度Γ隨反應時間 t的變化關系 .圖中曲線1～3的氟硅酸鈉摻量分別為0.0025,0.0075和0.01,曲線4的氟硅酸 鈉摻量為0.012. 

2.2 固化劑的制備和固化作用 水玻璃在常溫干燥過程中, 陽離子通過與硅 氧聚陰離子配位起架橋作用 .用多價陽離子化合物作為水玻璃基料的改性劑或固化劑,以取代 Na+和K+ 離子,形成不溶涂膜 .同時,使用能緩慢釋放出弱酸的物質作為固化劑〔3～6〕.多種聚磷硅酸鹽可用通式MO・xSiO2・yP2O5表示.其摩爾比值r(r=x󰃗y)體現(xiàn)了耐水基團釋放磷酸離子的能力.固化劑與基料成膠時,聚磷硅酸所釋放出來的磷硅酸根離子逐漸與硅酸根離子反應,形成三維立體網(wǎng)狀結構.當比值過低時,形成的三維立體網(wǎng)狀結構封閉不牢 , 圖2  成膜物表面硬度與固化時間的關系 耐水性不理想;反之,比值過高,則粘性太低,凝膠過快.另外,r值還會影響涂膜的強度.r值太大時,必將降低水玻璃的OH-濃度、增大表面能,到一定值時會失去對基質的浸潤性. 3個配方中,配方2制備的固化劑最好,其r值約為0.7.兩性氧化物 ZnO有利于調節(jié)這類固化劑的性能發(fā)揮.圖2為固化劑2#的固化作用(硬度H)隨 時間 t的變化關系.從圖中可以看出,與不添加固化劑比較,硬度很快隨固化時間延長而增大.

 2.3 拼用有機高分子成膜物 由于水玻璃膠體和有機乳液均屬介 穩(wěn)體系.因此只有在電性能一致時兩者拼混,才能保證混合體系的穩(wěn)定性,故采用陰離子型表面活性劑.雖然陰離子型苯丙乳液與陰離子型水玻璃有相同電性,但兩者混合仍可能形成凝膠.這是因為兩組份的pH值相差較大,兩者雙電層都發(fā)生較大變化.聚合過程中調節(jié) pH到弱圖3 涂層的硅酸根溶出率與固化時間的關系堿性,即可解決問題 .

2.4 復合涂料優(yōu)化配方 利用正交法得到優(yōu)化配方:Na2SiF6改性的水玻璃100%,改性苯丙乳液15% ,固化劑10%(80%的配 方 2+20%的ZnO)、云母65%,成膜助劑乙二醇、分散劑、消泡劑少量.其中,用水玻璃、Na2SiF6改性的水玻璃和三乙醇胺改性的水玻璃作為主要成膜物質,用改性苯丙乳液、SBR乳液和丙烯酰胺乳液作為輔助成膜物質,并采用固化劑1#,2#,3#.涂膜的硅酸根溶出率S隨時間t 的變化關系,如圖3所示.

按國標GB10222288測得涂膜的性能,如表1所示.表中fa表示附著力(劃格法),Γ為粘度(ISO杯法),fc為遮蓋力

本文轉自：第21卷 第3期 華僑大學學報(自然科學版)

西安華昌水玻璃有限公司是水玻璃又名硅酸鈉、泡花堿的研發(fā)與生產(chǎn)廠家，是西北地區(qū)專業(yè)的水玻璃（粉狀速溶硅酸鈉、泡花堿）生產(chǎn)及銷售企業(yè)。公司面向陜西/水玻璃、西安/泡花堿、蘭州/硅酸鈉、銀川/水玻璃、西寧/泡花堿、烏魯木齊/硅酸鈉、甘肅/水玻璃、拉薩/硅酸鈉、內(nèi)蒙/水玻璃及周邊地區(qū)大量供應液體水玻璃及粉狀速溶硅酸鈉，公司生產(chǎn)的液體水玻璃廣泛應用于地鐵、隧道、煤礦的防水堵漏以及土壤加固、防腐工程、石油勘探、鑄造、選礦、建筑施工等領域。

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