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水性硅酸盐涂料:终极环保涂料

硅酸盐涂料是碱金属硅酸盐 它们是由沙子和碱等天然物质制成的. 碱金属硅酸盐 是由二氧化硅(SiO2)和锂、钠或钾的碳酸盐形成硅酸盐(SiO2/Na2O). 根据它们的配方,这些卓越的涂料可以有多种好处,包括:

  • 不是石油基的
  • 出色的耐久性
  • 抗紫外线
  • 耐酸雨
  • 硬度高
  • 优异的耐磨性
  • 杰出的硬度
  • 不易燃的
  • 坚持多种基材
  • 高透湿性和透气性(可以是优点,也可以是缺点)
  • 与矿物表面形成化学键
  • 耐热性(大多数硅酸盐基涂料的软化点为~ 1200华氏度)
  • 金属(硅酸盐与铜的混合)耐热涂料, 镍, 铬或不锈钢粉末)
  • 良好的化学和物理性能
  • 零VOC

涂层材料研究

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硅酸盐基涂料的类型

硅酸盐基涂料的类型包括 硅酸盐,硅酸盐有机乳液 最后 sol-silicate.

硅酸盐基涂料类型的化学结构. 在勘探者知识中心了解更多信息.

可溶性硅酸盐 包括元素周期表1A族元素(Li, Na和K). 由于硅酸盐是以碱金属氧化物和二氧化硅为基础的,它们的溶液是碱性的. 随着硅、碱金属摩尔质量比的增大,硅、碱金属摩尔质量比增大 pH 降低:

硅图:碱摩尔重量比. 在勘探者知识中心了解更多关于水性硅酸盐涂料的信息.

相应的, 碱金属硅酸盐与有机乳剂混合时, 对于大多数有机基乳剂来说,使用较高比例的硅和碱金属来获得最佳的稳定性和可行的pH值8 - 10是很重要的.

粘度 硅酸钠溶液是钠硅浓度、密度和比例的函数. 较高或较低的比例增加粘度,最小粘度达到2.0重量比.

从结构的角度来看, 水性硅酸盐是一种具有多种分子结构的玻璃,其中阴离子为单体, 二聚体, 三聚, 支链, 环结构, 以及其他三维网络. 碱金属阳离子(Li+, Na+ 和K+)附着在阴离子(Si - O -)上,形成复杂的碱硅酸盐.

硅酸盐化学结构的图表-在勘探者知识中心了解水性硅酸盐涂层.

在碱硅酸盐溶液中有两个平衡,其中包括一个平衡 酸碱平衡:

硅酸基平衡的化学公式. 在勘探者知识中心了解水性硅酸盐涂料.

同时 缩聚-解聚平衡:

硅酸盐缩聚解聚平衡的化学公式-在勘探者知识中心了解水性硅酸盐涂料.

不可逆反应也发生与多价阳离子,如Ca++ 或也可包括Mg++Fe或Mn.

碱金属氧化物与二氧化硅的比例对涂层性能有显著影响,如下表所示:

比例越高(高SiO2 低纳科3, e.g. 3.75比1)给出:较低的比率(低SiO2 高纳科3, e.g. 2比1)给予:
低粘度比重更高
干燥速度更快更大的溶解度
固化速度更快pH值较高
增加对低温的敏感性更容易受到水的影响
涂层具有较高的耐化学性更高的粘性和粘结力

市面上可买到的硅酸盐通常以1的比例生产.5分或以上. 涂料 硅酸钠 可以使用和需要催化剂 环境治,但易受影响 粉化. 水玻璃溶液可与溶解的多价离子(Ca++、Al)反应或固化+++ 和Mg++形成不溶性硅酸盐.

  • 钾硅酸盐 而是自愈,反应慢.
  • 锂硅酸盐 水溶性低,用于减少水溶性副产物和 粉化.
    • 花期为白色, 一种材料(石头)表面的粉状沉积物, 混凝土, 砖和灰泥)是由富含矿物质的水通过毛细作用渗透到地表引起的. 风化体通常由石膏、盐或方解石组成.

矿物碳酸钙(e.g. 方解石)与可溶性硅酸盐反应活性低, 而沉淀碳酸钙具有较高的反应活性. 硅酸钠的粘度很高 胶体二氧化硅 (stabilized silica particles less than < 100nm in size) have viscosities closer to that of water. pH has a major impact on the viscosity of 胶体二氧化硅 and form gels at a pH < 7 and a Sol when a pH is >7. 液态硅酸盐钠和硅酸盐钾还可以与各种酸性或重金属化合物反应生成固体, 不溶的键或膜.

用酸性物质中和碱硅酸盐.g.(硫酸铝)聚合二氧化硅并形成凝胶. 这将在发生胶质的表面产生粘结或薄膜. 可以以这种方式使用的化学固结剂包括:矿物和有机酸, 二氧化碳(CO2)气体, 和酸盐,如碳酸氢钠和磷酸钠(NaH2PO4).

Silicate-emulsion油漆 由低含量的聚合有机乳液(~5%)与碱硅酸盐组成. 乳化液有助于增强耐水性,直到硅化反应完成, 这可能需要数周的时间. 较高浓度的有机乳剂通常是不相容的.

硅酸盐乳胶漆的典型成分包括:

  • 有机添加剂,如相容的表面活性剂
  • 少量合适的凝聚溶剂
  • 增稠剂(e.g. 羟乙基纤维素,或HEC),稳定剂和改性剂
  • 在较高pH值下稳定的乳液,包括:
    • 聚合物的水分散体,如:
      • 丁苯
      • 聚苯乙烯
      • 氯丁橡胶
      • 聚氯乙烯
      • 聚醋酸乙烯酯
      • 丙烯腈共聚物
      • 丙烯酸聚合物和共聚物
    • 无机粘结剂,如硅酸钾和填充颜料
    • 无机耐碱颜料

由于硅酸盐涂料一般不灵活, 可通过添加按重量计1 - 5%的甘油或其他多羟基醇来使其柔韧. 高达30%的山梨醇可以被使用, 只要将硅酸盐溶液稀释以避免过度稠化.

橡胶晶格也可用作增塑剂. 细磨粘土和类似填料的掺入将在一定程度上提高柔韧性. 硅酸盐乳液涂料也可配制用于铝, 镀锌钢, 钢, 石头, 砖, 混凝土, 之前用乳胶漆涂过的表面.

Sol-silicate油漆 是硅溶胶和硅酸钾的结合体吗. 有机粘合剂的掺入比例为10%或更低. 与大多数其他硅酸盐涂料不同, 溶胶硅酸盐涂料通过物理和化学键与非矿物基材结合. 硅溶胶是溶解二氧化硅的稀溶液,pH值为酸性.

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