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无机涂料之水性陶瓷涂料

作者:许士龙 等日期:2021-06-15浏览:205
导读:水性复合陶瓷环保涂料,它是一种新型的,低VOC 排放的环保、无毒防水涂料,它具有不易粘黏、耐水和高温、硬度好、不燃烧和无烟、超耐候、自清洁、耐化学腐蚀、抵抗高温和氧化等诸多性能特征,是一种理想的环保涂料。

关于水性复合陶瓷环保涂料,它是一种新型的,低VOC 排放的环保、无毒防水涂料,它具有不易粘黏、耐水和高温、硬度好、不燃烧和无烟、超耐候、自清洁、耐化学腐蚀、抵抗高温和氧化等诸多性能特征,是一种理想的环保涂料。而且这种水性有机陶瓷复合涂料也属于无机-有机化的复合陶瓷涂料。因为其结构使它的物理和化学性质和普通陶瓷类似,所以它被广泛称做一种陶瓷涂料。陶瓷涂料涂层薄膜的主要分子结构和组成原子与传统陶瓷的釉料很相似,多表现为由大量金属氧化物或其他少量非金属氧化物、氮化物和少量多余的烷氧基有机氧化硅烷所混合组成的无机-有机水性复合涂料薄膜。陶瓷装饰涂料技术最早起源于20 世纪60年代,溶胶-凝胶混合技术的出现和发明,夯实了现代陶瓷装饰涂料的基础科学和工艺理论技术根基。最早,在1971 年,德国一名科学家用了溶胶-凝胶的方法以碱性金属与乙醇硅酸盐反应作为研究前驱体系来进行这一开拓性化学研究,并由此获得了多组分玻璃,这无疑是玻璃复合材料装备制造和化工业的重大技术飞跃。现在,此种方法正在被深入研究,在整个世界范围内已经得到广泛应用。

水性陶瓷涂料的制备方法

硅氧烷薄膜单体是一种广泛用于控制纳米级和水性固体陶瓷薄膜涂料的主要构成组分和成为涂膜的物质,硅氧烷涂料单体的化学结构式一般可以用其标记形式为:RnSi(OR)4-n(1≤n≤3)的化学式来表示,其中R 为有机基质集团,如含有甲基(-CH3)、乙基(CH2 -CH3)、丙基(-CH2 -CH2 -CH3)等。甲基硅氧烷其中的一个烷氧基首先发生水解反应生成硅羟基(-Si-OH),然后其余的两个烷氧基发生水解反应得到硅羟基(-Si-OH),水解的硅氧烷单体通过硅羟基(-Si-OH)发生脱水缩聚反应结合在一起,由于硅氧烷单体之间不断的发生水解和缩聚反应,组分最终相互链接和缠绕生成立体的网络结构。在体系反应的过程中,硅氧烷单体发生水解反应的同时,水解生成缩聚物的缩聚反应也在同步发生。

水性陶瓷涂料的性能特点

纳米水性陶瓷涂料,有机组分和无机物质的结合,兼具有机-无机化学涂料的独特性和优异品质。

(1)极高的硬度和良好的粘合力:硬度最高时可以到9H(铅笔的最高硬度),耐磨、抗刮;涂料中的各种化学组分也能和基材的各种表面组成物质之间发生相互化学反应而形成一个牢固的化学关系,使得涂层对于基材的表面具有良好的粘合性。

(2)为了实现绿色环保:纳米陶瓷涂料的主要分散剂之一就是水,涂料在生产和施工的过程中,不会因此而造成任何有毒物质,像有机涂料一样在其生产制造和使用的过程中都包含有大量的无机挥发物(以下简称VOC),给我们的环境造成了或多或少的污染和破坏,对于人体也造成了伤害。纳米水性陶瓷涂层是一种具有极强的绿色、环保特点的新型室内装饰材料。

(3)超强结构稳定性:基于硅氧硅无机立体网状材料的基础上,其具有丰富的结构,并且拥有很强的键能,太阳光辐射至整个地球表面的光合能量约为441kJ/mol,而Si-O 的键能大于441kJ/mol,涂层本身则具有良好的防腐蚀、抗紫外线等化学性能与高度耐候性。涂层的连续使用寿命可以延长至数十年之久,它们在任何恶劣的外部环境下都能够保护房屋或者建筑物表面不被损害。

(4)具有良好的耐高温和防火不燃性:由于其涂层组分以五级材质为主要原料,通过与无机的化学键进行交联后可以固化而成膜,无机组分的比例可以高达70%~80%。涂料在一定的高温环境下能够长期保持稳定不会发生分解:涂层中包含可燃性和助火性的化学物质,阻燃作用效果极为显著(其防火性能等级已经达到a1 级的最低标准)。

(5)自身抗清洗性:用于建筑物室内基材和墙体外壳材料表面的多层陶瓷防腐涂层因为甲基(-CH3)等多种化学活性成份的广泛存在,使得陶瓷涂层本身已经具有了一定的防腐疏油防水性,能够长期地持久保持其外壳表面的洁净。美、德、日、法等发达国家对水性无机纳米陶瓷涂料的研发和生产已经形成一套完整的体系,产品系列齐全,功能多样。

近日,哈工大研制成功了一种高性能精细纳米陶瓷喷漆材料,并通过了有关部门鉴定。该材料解决了陶瓷涂层韧性低和抗热震性能差两大难题,其主要性能指标已达到世界领先水平。

朱国强针对目前水性保温陶瓷涂料中普遍存在的厚层喷涂涂料流挂、施工工艺技术复杂等突出难点问题,选用了一种有机-无机的复杂化的高温水性陶瓷树脂,生产厂家研制开发出了一种涂料可以同时进行常温加热施工、可以同时进行高温大面积高压加热和保温施工的有机水性保温陶瓷树脂涂料。其水性涂料薄膜耐磨、抗压防划、不易被水沾污、耐擦洗、防火、耐压抗高温,并且同时具备良好的建筑室内装饰与环境保护材料作用。

苑园园针对目前传统的无机水性纳米陶瓷成膜中普遍存在的人工成本高、容易出现开裂、机械化学稳定差等的难点问题,以经过人工改性的无机聚合树脂材料作为主要材料,以无机钛白粉、滑石粉、碳酸钙、高岭土等材料作为主要颜填料,加入无机固化剂和一系列化学辅助剂之后即可加工制备一种新型的无机水性纳米陶瓷涂料,制备成膜的新型水性纳米陶瓷材料成膜后在化学附着力,硬度和机械稳定特性等各个方面都已经得到了很大幅度的提升。

问题和展望

环境友好涂料已经逐渐成为21 世纪以来涂料发展趋势的主题,水性涂料在环保型涂料中占据了比较高的地位,已经出现了不少成熟的涂料产品和技术。但从技术上,水性产品想要真正达到溶剂型产品的性能仍然会存在一定难度,总有几项指标还远远不近乎人意,例如干燥性稍慢、装饰感相对较差等劣势。目前我国对水性陶瓷涂料的研究开发和应用仍然处于初级阶段,尤其是下游的用户大多还不能清楚的理解这种新材料,生产商的宣传、推广也很薄弱,甚至对工程设计部门的知识也不甚了解。

但是随着对陶瓷涂料相关技术和工艺研究的深入和进步,越来越多的陶瓷涂料被广泛地应用于各行各业,市场占有率也呈现出了逐步增长和扩张的趋势,其产品价格一直居高位,是一个新兴的、具有巨大市场潜力的涂料产业,未来发展将会具有很大的市场空间。在目前陶瓷涂料领域市场扩张、竞争不断激烈的当今社会,开发出各种卓越性能的陶瓷涂料以取代传统涂料的前景广阔。

无机涂料之水性陶瓷涂料

本稿资料来源:许士龙, 王文硕, 靳通, 杨彭, 谷慧敏, 王志义. 无机涂料的种类、机理及展望 [J]. 山东陶瓷, 2021, 44 (1): 1-8.

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