Page 218 - 2020涂料产业研究报告

工艺应用
PROCESS AND APPLICATION

现掉粉现象。故在无机涂料中一般硅溶胶不单独使用， 加入超过5%（W/W）的乳液,这种涂料起主要粘结作用
而要同硅酸钾一起使用；若只用硅溶胶作无机粘结剂， 的是有机聚合物乳液而不是无机粘结剂，因此不是真正
则需要使用细粒径，大用量的硅溶胶，同时配合活性无 意义上的无机涂料，其表现出的理化性能也类似如有机
机填料一起使用来提高粘结强度。用硅溶胶复合聚合物 涂料，而不是无机涂料，硅溶胶只是对有机涂料进行改

乳液作粘结剂时，为了弥补硅溶胶粘结力的不足，常 性，提高了硬度、耐磨、抗沾污等性能。

图14 硅溶胶结构示意图 图15 硅溶胶的稳定化示意图

硅溶胶中二氧化硅粒子属于纳米粒子，主要靠表 合物，是刚性的，不能象有机高聚物可通过分子链构象
面同种电荷的排斥而稳定，但比表面积大，很容易因为 变化，蠕动而减少固化产生的内应力，且干燥固化速度
酸碱度和离子浓度的变化引起二氧化硅粒子表面电位的 快，硅溶胶在脱水缩聚过程中产生的内应力很大，容易

变化而导致胶体粒子的团聚胶化；同时二氧化硅胶体粒 造成涂膜龟裂。同时硅溶胶中活性硅醇基较硅酸盐少得
子表面的硅醇基还能发生缩合反应及同多价金属离子的 多，粘接力差，单独作为粘结剂时涂料的机械强度低，
络合反应，因此用硅溶胶生产的无机涂料的稳定性并不 耐洗刷性差，涂膜极易掉粉。故硅溶胶很难单独作为粘
比硅酸钾好，虽然硅溶胶的反应活性较硅酸钾低。实际 结剂用于无机涂料，同粒径更小、粘接力更强的硅酸钾

上若原料选择正确、配方合理，用非稳定化的普通纯硅 一起使用（第三代无机涂料），因为协同作用可大大降
酸钾可以生产出较稳定的无机涂料，用非稳定化的普通 低固化内应力，提高涂膜抗裂性，将无机涂料的应用范
硅溶胶生产较稳定的无机涂料则更难。因此，无机涂料 围扩大到非矿物基材表面，同时由于粘接强度提高，涂
用的硅溶胶优选稳定化硅溶胶，稳定化方法同硅酸钾相 膜有更好的耐水、耐洗刷性等理化性能。
似，见图15所示。硅溶胶通过稳定化处理后部分活性硅 硅溶胶同硅酸钾混合能大大降低涂膜固化的内应

醇基接上有机基团，反应活性会略降低；正是由于活性 力，这种内应力不但小于纯硅溶胶的固化内应力，也小于
降低，加上有机基团的空间位阻作用及同种电荷的排斥 纯硅酸钾的固化内应力。可能的原因一是小的多聚硅酸
作用，使硅溶胶的稳定性大幅提高。 根能更容易嵌入大的二氧化硅胶体粒子间，粘接更充分贴

硅溶胶成膜机理是无机涂料在固化过程中随水份挥 合，相当于不同粒径粉体合理级配后的紧密堆砌，内聚力
发，硅溶胶胶体粒子表面的硅醇基脱水自聚或同来自硅 更大，不易被固化收缩应力破坏而产生开裂； 其二是大
酸钾的多聚硅酸的硅醇基脱水聚合，形成牢固的Si-O- 的二氧化硅胶体粒子反应官能团-硅醇基较硅酸钾少，反
Si键，继而形成空间硅氧键网络结构涂膜；同硅酸盐类 应交联密度也适度降低，因而也减少了固化收缩应力。
似，硅溶胶胶体粒子间也可以和基材里的钙、镁等多价 硅溶胶中的二氧化硅胶体粒子较硅酸钾中多聚硅酸

金属离子键合固化。 根粒径大，固化速度快，可以快速固形成耐水涂层，能
硅溶胶中的二氧化硅胶体粒子相当于无机高分子聚 显著提高早期耐水性，特别适合热带多雨地区的外墙涂

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