无机涂料中的化学反应

与固化机理

碱金属硅酸盐的固化是化学固化，主要涉及的基础化学反应有硅酸盐自身的缩聚离解反应和硅酸盐同多价金属离子的离子反应。这些反应也是影响无机硅酸盐涂料稳定性的基础化学反应。

图1 硅酸盐与无机基材中氢氧化钙和石英砂的反应

无机涂料有极好的渗透性，可渗入无机矿物基材几毫米，并同无机基材中普遍存的氢氧化钙和石英砂发生如图1的化学反应，同基材以化学键牢固地粘结固化。这种涂层与基材以化学键结合并融为一体，以致于我们通常不把它们看作成膜型涂料，它们在本质上已成为了基材的涂层。

图2  硅酸盐在二氧化碳作用下聚合固化反应

涂层内在无外加固化剂时，硅酸盐同多价金属离子的反应较少，主要发生的反应是在空气中二氧化碳（广义的酸）作用下的缩合聚合反应，如图12所示，生成更高模数、分子量更大的多聚硅酸盐，同时由于水的挥发，硅酸盐浓度增加，也加速了缩合聚合反应的发生。最终形成化学组成为二氧化硅的-Si-O-Si-网状骨架凝胶结构，在水完全挥发后则形成高透气性的多孔性、哑光无机涂膜。

因此这种涂料特别是应用于历史古建筑（通常是潮湿的）和未完全固化的混凝土表面。在潮湿的历史古建筑中，水蒸汽的通过可使潮湿的古建筑保持干燥。对于未完全固化的混凝土表面，二氧化碳仍可以透过无机涂层而不影响继续碳化，从而使混凝土硬化。而成膜型的纯乳液涂料虽然也有一定的透气性，但仍然会阻碍水蒸气的通过，特别是低PVC、厚膜型涂层（如弹性涂料），很容易发生漆膜鼓泡、起皮脱落现象，尤其是在基材潮湿、防水不佳、热带多雨地区等情况下更容易发生。

硅酸盐在固化后硅酸根会通过化学反应转变为不溶性多价金属离子的硅酸盐和二氧化硅，帮助无机涂料产生粘结和形成涂膜，提供无机涂料需要的理化性能；碱金属离子最终形成可溶性碱金属碳酸盐，降低涂料的耐水性、耐洗刷性、耐候性等理化性能，同时容易被水从漆膜中带出，迁移到涂膜表面析出产生白霜，引起涂料发花、褪色等问题，是无机涂料诸多缺陷的根源。

无机粘结剂的高渗透性和涂膜的多孔性为无机涂料提供了极好的附着力，这会使无机粘结剂相对更多地富聚在涂膜的底层，造成面层粘结剂的不足而易出现掉粉现象，特别是仅使用粘结力较弱的硅溶胶作无机粘结剂时更容发生。因此，在无机涂料中硅溶胶最好同硅酸钾一起使用，来减少掉粉现象的发生。

无机涂料也可以外加固化剂来加快涂料的固化速度，如第一代两组份纯无机硅酸盐涂料。这些固化剂主要有无机有机酸、酸式盐（碳酸氢钠、磷酸二氢钠等）、金属盐（氯化钙、氯化铵、氟硅酸钠、磷酸铝）、金属氧化物（氧化锌、氧化钙、氧化镁）和金属粉（锌粉、铝粉）等。

硅溶胶与硅酸钾的性能比较

硅溶胶成膜机理类似如硅酸钾，无机涂料在固化过程中随水份挥发，硅溶胶胶体粒子表面的硅醇基脱水自聚或同来自硅酸钾的多聚硅酸的硅醇基脱水聚合，形成牢固的Si-O-Si键，继而形成空间硅氧键网络结构涂膜；同硅酸盐类似，硅....