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水玻璃复合材料的耐水性如何提高 西安华昌水玻璃有限公司

摘要 

采用适量氟硅酸钠改性剂和有机胺促进剂对基料水玻璃进行改性,协调粘性、耐水性和凝 胶时间的相互关系.以磷酸、氧化硅、氧化锌、铝盐、 钙盐及钡盐等为原料制备磷硅酸盐固化剂.用固化剂促进水玻璃的聚合和二氧化硅凝胶的缩合,拼用苯丙乳液作为辅助成膜物质.然后利用正交法优选配方,制得耐水性良好、附着力强的水玻璃复合涂料.它具有成本低廉、不污染环境和耐老化等特点,可应用于防火涂料和外墙涂料上。

    无机高分子涂料和有机高分子涂料相比,具有原料丰富、成本低廉、无污染、耐高温和耐老化等优点.它符合当代建筑材料节能和环保的要求,应用于防火涂料和外墙涂料上170年代初,日本首先开发了碱金属硅酸盐型和硅溶胶型两种,后者耐水性较好1但目前我国硅溶胶的生产大多采用离子交换法,成本较高.碱金属硅酸盐以丰富的二氧化硅、氢氧化钠为主要原料,价格低廉.国内曾报道过NW2811无机外墙涂料、自干型硅酸钠复合建筑涂料的研制〔1~2〕.无机高分子涂料与有机涂料相比,耐水性还不够理想,影响了它的发展.本文综合多种工艺措施,提高其耐水性. 

1 实验部分 

1.1 水玻璃的改性 将钠水玻璃(40.0Be°󰃗20℃,模数3.00, 厦门市化工厂)和钾水玻璃(43. 5Be°󰃗20 ℃,模 数2.53,上海市泡化碱厂)按一定比例混合.选用A1F3,Na2SiF6和三乙醇胺为改性剂,与水玻璃混合.在加热搅拌下反应一定时间后备用.

1.2 固化剂的制备 采用如下配方(化学组成以质量分数表示,下同),以及工艺条件制得固化剂1#,2#和3#.(1)配方1(固化剂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 在适量水中混均反应,烘干后再与其余试剂混均. 在1300℃以上恒温,得到烧结物,研磨成粉末备用.   (2)配方2(固化剂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反应后于600~800℃烧结、粉碎,再与其余粉未混合1在1200℃烧结,然后粉碎. (3)配方3(固化剂3#)1CaSiO30.20 ~0.50,Ca(PO4)20.30~0.50,MgO0.05~0.20,Si O20.05~0.30.4种粉末混合均匀,混合物在1000~1200℃烧结,然后粉碎.

1.3 乳液的制备   (1)苯丙乳液的制备.一定量的水外加乳化剂OP0.06~0.08,(N H 4)2S2O80.0005~0.0006,NaHCO30.0004和十二烷基硫酸钠0.011.将混合物加热至65℃完全溶解,升温至76~80℃,在4h内边搅拌边滴加苯乙烯0.45和丙烯酸丁酯0.55的混合液.然后,在90℃恒 温搅拌0.5h.降温到30~50℃,用水玻璃调节至pH为9~11再出料,然后过滤备用. (2)聚丙烯酰胺乳液的制备1以甲基丙烯酸丁酯和丙烯酰胺为单体,OP乳化剂和十二烷 基硫酸钠为乳化剂,水玻璃作为pH值调节剂进行乳液聚合,得到不同pH值的乳液 . 

2 结果与讨论 

2.1 水玻璃的改性 水玻璃稳定胶体的结构可表示为 

1.png󰃜        󰃜    

胶体离子扩散双电层 水玻璃改性是为了促进硅氧聚阴离子进一步聚合,或使某种憎水基团取代一部分水玻璃图1 

01.png水玻璃粘度随反应时间的变化关系 分子两端的钠离子而提高其耐水性.改性时必须考虑粘性、耐水性和凝胶时间的相互制约关系.试验结果表明,AlF3使水玻璃很快凝结;ZnO与水玻璃作用缓慢,可作为固化剂使用而不适合作改性剂.最佳改性条件为外加0.01的,0.002的促进剂,反应时间为30~40min,温度为50℃.图1为不同氟硅酸钠掺量的水玻璃粘度Γ随反应时间 t的变化关系 .图中曲线1~3的氟硅酸钠掺量分别为0.0025,0.0075和0.01,曲线4的氟硅酸 钠掺量为0.012. 

2.2 固化剂的制备和固化作用 水玻璃在常温干燥过程中, 阳离子通过与硅 氧聚阴离子配位起架桥作用 .用多价阳离子化合物作为水玻璃基料的改性剂或固化剂,以取代 Na+和K+ 离子,形成不溶涂膜 .同时,使用能缓慢释放出弱酸的物质作为固化剂〔3~6〕.多种聚磷硅酸盐可用通式MO・xSiO2・yP2O5表示.其摩尔比值r(r=x󰃗y)体现了耐水基团释放磷酸离子的能力.固化剂与基料成胶时,聚磷硅酸所释放出来的磷硅酸根离子逐渐与硅酸根离子反应,形成三维立体网状结构.当比值过低时,形成的三维立体网状结构封闭不牢 , 图2 02.png 成膜物表面硬度与固化时间的关系 耐水性不理想;反之,比值过高,则粘性太低,凝胶过快.另外,r值还会影响涂膜的强度.r值太大时,必将降低水玻璃的OH-浓度、增大表面能,到一定值时会失去对基质的浸润性. 3个配方中,配方2制备的固化剂最好,其r值约为0.7.两性氧化物 ZnO有利于调节这类固化剂的性能发挥.图2为固化剂2#的固化作用(硬度H)随 时间 t的变化关系.从图中可以看出,与不添加固化剂比较,硬度很快随固化时间延长而增大.

 2.3 拼用有机高分子成膜物 由于水玻璃胶体和有机乳液均属介 稳体系.因此只有在电性能一致时两者拼混,才能保证混合体系的稳定性,故采用阴离子型表面活性剂.虽然阴离子型苯丙乳液与阴离子型水玻璃有相同电性,但两者混合仍可能形成凝胶.这是因为两组份的pH值相差较大,两者双电层都发生较大变化.聚合过程中调节 pH到弱图3 涂层的硅酸根溶出率与固化时间的关系碱性,即可解决问题 .

2.4 复合涂料优化配方 利用正交法得到优化配方:Na2SiF6改性的水玻璃100%,改性苯丙乳液15% ,固化剂10%(80%的配 方 2+20%的ZnO)、云母65%,成膜助剂乙二醇、分散剂、消泡剂少量.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为主要成膜物质,用改性苯丙乳液、SBR乳液和丙烯酰胺乳液作为辅助成膜物质,并采用固化剂1#,2#,3#.涂膜的硅酸根溶出率S随时间t 的变化关系,如图3所示. 03.png

按国标GB10222288测得涂膜的性能,如表1所示.表中fa表示附着力(划格法),Γ为粘度(ISO杯法),fc为遮盖力

1.png

本文转自:第21卷 第3期 华侨大学学报(自然科学版)

西安华昌水玻璃有限公司是水玻璃又名硅酸钠、泡花碱的研发与生产厂家,是西北地区专业的水玻璃(粉状速溶硅酸钠、泡花碱)生产及销售企业。公司面向陕西/水玻璃、西安/泡花碱、兰州/硅酸钠、银川/水玻璃、西宁/泡花碱、乌鲁木齐/硅酸钠、甘肃/水玻璃、拉萨/硅酸钠、内蒙/水玻璃及周边地区大量供应液体水玻璃及粉状速溶硅酸钠,公司生产的液体水玻璃广泛应用于地铁、隧道、煤矿的防水堵漏以及土壤加固、防腐工程、石油勘探、铸造、选矿、建筑施工等领域。

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