Page 213 - 2020涂料产业研究报告

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数增加，从Q0到Q 的占比逐渐增加，这说明随模数增
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加，硅酸根的聚合度增大，Q 比例减少，Q , Q , Q 占比
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逐渐增大。当模数为3.35时，图谱显示有Q , Q , Q 的宽
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峰，Q 完全没有，Q 有很弱的显示；当模数降低到0.99
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时，单硅酸根Q 的占比最大，Q , Q , Q 占比逐渐减少，
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Q 没有显示。
1.1.1.3 水玻璃种类
图4 硅酸盐中硅的5种结构 作为无机涂料的粘结剂有钠、钾、锂的碱金属硅酸
盐及它们的组合。
水玻璃在固化过程中会同空气中二氧化碳反应最
终生成碱金属碳酸盐，碳酸盐的水溶性以及是否容易形
成结晶水合物对涂层的理化性能和抗盐析性取决定性作

用，也决定了水玻璃的用途。

表1 碱金属碳酸盐对比

水合度 分子式 溶解度(g/100g)25℃
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图5 模数n=0.99~3.35水玻璃的 Si-NMR
无水碳酸钠 Na 2 CO 3
一水碳酸钠 Na 2 CO 3 ·H 2 O 30.7(不含结晶水）
1.1.1.2 结构
十水碳酸钠 Na 2 CO 3 ·10H 2 O
水溶性碱金属硅酸盐中含有多种不同结构。通过不
无水碳酸钾 K 2 CO 3
同物理化学方法分析发现，这些不同结构的基本结构单 111(不含结晶水）
倍半水合碳酸钾 2K 2 CO 3 ·3H 2 O
元是硅氧四面体，即单硅酸根。单硅酸根可通过不同的
无水碳酸锂 Li 2 CO 3 1.3
组合形成二聚体、三聚体以及支链、环状结构，甚至三
维网络结构，如图3所示。 由表1碱金属碳酸盐对比可知，碳酸钠能以不同的
碱金属硅酸盐的这些结构中硅有5种，如图3、4所 水合程度存在，无水碳酸钠具有很强的吸湿性，可吸收
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示，可以分别用Q , Q , Q , Q 和Q 表示，数字0，1，2， 水份在固化的涂膜表面以十水碳酸钠结晶水合物的形式
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3，4表示硅原子上连接的Si-O-Si键的数量，从Q 到Q 活 形成白霜（也叫风化），白霜的体积会比无水碳酸钠大
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性官能度减少，反应活性降低。Q 表示单分子硅酸根， 得多。碳酸钾不像碳酸钠那样富含水分，无水碳酸钾有
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无Si-O-Si键，为四官能度，反应活性最高；Q 表示硅原 一定吸湿性，可吸收水分形成倍半碳酸钾，同碳酸钠相
子上有四个Si-O-Si键，为零活性官能度，不再发生聚合 比，盐霜大大减少；即使有少量碳酸钾在表面形成结
反应（但可与碱发生离解反应），聚合反应活性最低。 晶，特别是对外墙来说也更容易被雨水冲洗掉，因此总
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它们占比的多少说明硅酸根平均分子量的大小，Q 占比 体来说更不容易产生白霜。同碳酸钠和碳酸钾相比，碳
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越多，说明硅酸根平均分子量越小，聚合度越低；Q 占 酸锂仅存在无水碳酸锂一种形式，且溶解度要低得多，
比越多，说明硅酸根平均分子量越高，聚合度越高。通 同时由于具有高的模数以及副产物碳酸锂极低水溶性的
过改变模数，可以改变5种结构的占比，从而影响硅酸 特点，硅酸锂在无机涂料里性能最好，但由于其价格
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盐的化学性质和反应活性。从图5中 Si核磁共振图谱可 高，因此即便在欧洲硅酸锂也仅限于应用在高品质的无
见，硅酸盐溶液中多种结构的硅酸根会共同存在，随模 机涂料中，如不期望产生水溶性副产物及发白霜化的实

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