無機塗料所用的原材料直接來自於自然界☁╃,資源豐厚☁╃,價錢也比較低廉☁╃,這是許多有機塗料難以抵達的╃•▩✘。
無機塗料對環境的汙染小☁╃,且能耗低☁·、消費本錢低☁·、投資低╃•▩✘。無機塗料的特性均契合塗料工業水性化☁·、粉末化☁·、無溶劑化☁·、高固體化☁·、輻射固化☁·、無公害化☁·、高效能化☁·、特種功用化和節能☁·、省能源化等的展開方向☁╃,因此☁╃,無機塗料具備寬廣的市場前景☁╃,得到了普遍的工業應用☁╃,其經濟☁·、社會效益惹起了人們的普遍關注╃•▩✘。
無機塗料的分類
無機塗料的分類方法較多☁╃,常用的分類方法有以下幾種·↟↟••:根據主要的成膜物質來分類(這也是目前國內普遍採用的分類方法)☁╃,無機塗料分為鹼金屬矽酸鹽塗料☁·、矽溶膠塗料☁·、磷酸鹽塗料等;根據無機塗料或成膜物質的性狀☁·、形態來分類☁╃,分為溶液塗料☁·、乳液塗料☁·、粉末塗料等;根據塗膜的特殊功用來分類☁╃,分為無機防腐塗料☁·、無機防黴塗料☁·、無機耐熱塗料☁·、無機防火塗料☁·、無機導電塗料☁·、無機金屬熱處置維護塗料☁·、無機潤滑耐磨塗料等;根據被塗物用途來分類☁╃,分為建築用無機塗料☁·、船舶用無機塗料☁·、汽車用無機塗料等╃•▩✘。
1.鹼金屬矽酸鹽塗料
鹼金屬矽酸鹽塗料又稱水玻璃基無機塗料☁╃,它是以矽酸鉀和矽酸鈉為粘結劑的一類塗料╃•▩✘。水玻璃系無機塗料的主要組分是水玻璃☁·、固化劑☁·、填充料以及顏料和輔助劑等☁╃,其成膜機理為矽酸鈉或矽酸鉀與空氣中的CO2反響構成矽酸溶膠☁╃,隨著水分的蒸發☁╃,脫水構成無機矽氧鏈網狀大分子╃•▩✘。
水玻璃分子式通式M2O.mSiO2.nH2O☁╃,M可以是鈉☁·、鉀☁·、鋰和銨4種離子☁╃,m為模數╃•▩✘。水玻璃根據M離子的不同可分為鉀水玻璃☁·、鈉水玻璃☁·、鋰水玻璃☁·、銨水玻璃╃•▩✘。鋰水玻璃和銨水玻璃價錢太高☁╃,適用價值不大;鉀水玻璃價錢中等;鈉水玻璃因價錢低廉☁╃,用途範圍最廣╃•▩✘。目前國內主要產品隨著水玻璃的型別不同☁╃,大致可以分為鉀水玻璃塗料☁╃,鈉水玻璃塗料☁╃,鉀☁·、鈉水玻璃塗料3種╃•▩✘。
基料對塗料的效能起著決議性作用╃•▩✘。水玻璃的主要特性有·↟↟••:良好的粘結效能;硬化時析出的矽酸凝膠有堵塞毛細孔隙而防止水滲透的作用;不熄滅☁╃,耐熱☁·、耐燃性好☁╃,耐酸性極好╃•▩✘。因而水玻璃作為塗料基料運用時具有許多優點☁╃,但水玻璃用作塗料基料時☁╃,由於鹼金屬以離子方式分散在塗膜中☁╃,當塗膜遇水時☁╃,塗膜會因鹼金屬離子的離解而破壞☁╃,即構成塗膜的不耐水性╃•▩✘。鹼金屬矽酸鹽塗料耐水性不良是效能上的缺乏☁╃,可以經過一些改性措施來進步耐水效能☁╃,常用的改性方法有·↟↟••:水玻璃的酸改性☁·、與合成樹脂乳液複合運用☁·、水玻璃的綜合改性等╃•▩✘。
2.矽溶膠塗料
矽溶膠塗料是以膠體二氧化矽的水分散液為成膜物質☁╃,混以顏料☁·、填料☁·、助劑攪拌研磨分散調製而成的一種無機塗料╃•▩✘。矽膠的分子式為H2SiO3☁╃,是以SiO2為基本單位在水中的分散體☁╃,其膠團顆粒細微☁╃,粒徑範圍普通在5~100 nm☁╃,即處於奈米尺度╃•▩✘。矽溶膠的製備通常以水玻璃為原料☁╃,用離子交流法制備而成☁╃,它的成膜機理是☁╃,在矽溶膠失去水分時☁╃,單體矽酸逐漸聚合☁╃,隨著水分蒸發☁╃,膠體分子增大☁╃,SiO2粒子間能構成堅固的Si-O鍵面☁╃,繼而構成矽氧鏈網狀結構☁╃,成為連續塗膜╃•▩✘。
矽溶膠作為塗料基料運用時具有如下特性·↟↟••:
(1)因矽溶膠顆粒細微☁╃,析膠時的SiO2具有較高的活性☁╃,SiO2能夠包裹住塗料中的粉狀顆粒☁╃,使粉狀顆粒與某些無機鹽類☁·、金屬氧化物生成新的矽酸鹽無機高分子化合物☁╃,硬化成膜;細微的顆粒對基層滲透力強☁╃,可經過毛細管作用滲到基層的內部☁╃,使塗料具有較強的粘結力·↟↟••:
(2)矽溶膠中NaO2含量低☁╃,因而使塗膜具有較好的耐水性;由於與基層反響緩慢可使塗料具有較好的塗刷性☁╃,在發作無鹽析現象時☁╃,顏色均勻☁╃,因此裝飾效果比較好·↟↟••:
(3)矽溶膠具有較大的比表面積☁╃,容易構成網狀結構☁╃,而且這種結構是不可逆的☁╃,因此塗膜堅硬☁·、附著力強☁·、耐水☁·、耐化學效能優秀·↟↟••:
(4)矽溶膠塗膜不產生靜電☁╃,不易吸灰☁╃,耐汙性優秀·↟↟••:
(5)塗膜具有較好的穩定性☁╃,耐候☁·、耐高溫效能好╃•▩✘。
3.磷酸鹽塗料
磷酸鹽類無機塗料是以酸式磷酸鹽(即磷酸二氫鹽☁·、磷酸倍半氫鹽☁·、磷酸一氫鹽及他們的混合物)的水溶液為成膜物☁╃,配以顏料☁·、填料☁·、固化劑而成☁╃,是一種新型無機塗料╃•▩✘。
磷酸鹽通式為MmOn.xP2O5.yH2O☁╃,式中M為金屬原子☁╃,m和n分別為正整數☁╃,x☁·、y為正實數☁╃,金屬原子和磷原子之比即M / P普通在0.25~1的範圍內╃•▩✘。水性磷酸鹽溶液可以直接用結晶狀的磷酸氫鹽產品溶於水製備而成☁╃,但較常用的是☁╃,磷酸與金屬氧化物和氫化物在水溶液中反響而成╃•▩✘。與矽酸和矽酸鹽相似☁╃,磷酸及磷酸二氫鹽具有複雜的網狀結構☁╃,可在一定條件下發作脫水縮聚反響☁╃,生成高分子聚合磷酸鹽☁╃,磷酸鹽的成膜就基於此╃•▩✘。但是☁╃,磷酸及磷酸鹽耐水性好☁╃,它們的縮聚反響均在200℃以上☁╃,難以常溫固化☁╃,因而用水溶性磷酸鹽作基料製得的塗料普通需高溫烘烤才幹固化☁╃,在加熱過程中構成固體的縮合磷酸鹽而成膜╃•▩✘。為處置磷酸鹽塗料必需在高溫環境下才幹成膜的問題☁╃,可以運用參與固化劑的方法來降低磷酸鹽塗料的成膜溫度並進步塗膜的耐水性☁╃,常用的固化劑普通有金屬氧化物☁·、金屬鹽☁·、矽酸鹽和硼酸鹽等╃•▩✘。
此外☁╃,磷酸鹽塗料具有酸性☁╃,故需參與緩蝕劑☁╃,否則會腐蝕金屬基底☁╃,使塗膜起泡╃•▩✘。
磷酸鹽塗料具有較好的附著力和耐熱性☁╃,由於其在耐熱☁·、防腐☁·、耐油☁·、耐候性等方面效能優秀☁╃,已用作飛機發起機耐熱防腐塗料☁·、化工高溫裝置耐熱防腐塗料及耐熱防繡的導電塗料╃•▩✘。目前已有磷酸鹽塗料用於宇航耐熱塗層☁·、金屬耐腐蝕維護塗層以及耐熱電絕緣塗層等方面的報道╃•▩✘。
無機塗料的應用
01
建築用無機塗料
建築用無機塗料具有維護☁·、裝飾作用以及一些特殊功用╃•▩✘。無機建築塗料的主要品種包括·↟↟••:以矽酸鉀為主要基材的單組分或雙組分無機外牆塗料☁╃,以矽溶膠為主要基料的單組分無機外牆塗料☁╃,以改性鈉水玻璃為主要基料的建築內牆塗料☁╃,無機防火塗料☁·、無機防黴塗料☁·、無機絕熱塗料☁·、無機防露塗料☁·、無機防水塗料等╃•▩✘。各國都有所側重的展開建築塗料品種☁╃,目前國內外建築塗料展開呈現出2大特徵·↟↟••:一是十分注重環保型產品的開發;二是注重改善建築塗料的單調性和結膜機理☁╃,縮短單調成膜的時間☁╃,進步塗料的水溶性☁·、耐磨性☁·、耐腐蝕性☁·、美觀性等╃•▩✘。
02
無機塗料的高溫維護作用
耐熱塗料普遍用於高溫場所的表面維護☁╃,例如鋼鐵廠的煙囪☁·、高溫管道☁·、高溫爐☁·、石油裂解裝置☁·、高溫反響裝置以及軍工裝置等外表裝飾及維護☁╃,以防止鋼鐵等金屬在高溫下的熱氧化腐蝕☁╃,保證裝置能夠在較長時間的高溫條件下有效運用╃•▩✘。因此☁╃,無機耐熱塗料的耐高溫☁·、耐腐蝕和物化效能穩定等優點在工業方面(如火電廠和石化範疇等)的應用具有非常嚴重的理想意義和社會意義╃•▩✘。如付晏彬等研製的以矽酸鹽為主體制得的耐高溫無機塗料可適用於900~1100℃的高溫操作條件☁╃,且塗層不碳化☁·、不龜裂;鄒國華用無機非金屬材料研製的高溫隔熱特種塗料關於處置電廠鍋爐“四管”常存在的超溫現象具有很好的效果☁╃,且該塗層還有一定的抗磨☁·、耐腐蝕作用╃•▩✘。
03
無機塗料的防腐蝕及維護作用
就成膜基料的主要類別來說☁╃,防腐蝕塗料可以分為有機防腐蝕塗料和無機防腐蝕塗料╃•▩✘。有機類的防腐蝕塗料品種較多;而無機類的防腐蝕塗料品種很少☁╃,目前主要應用的無機防腐塗料是無機富鋅塗料╃•▩✘。
無機富鋅塗料於1930年在澳大利亞開端研討☁╃,到1959年☁╃,在美國☁·、英國和日本等國度開端工業化消費及應用╃•▩✘。20世紀70年代初☁╃,美國太空總署開發出水性無機富鋅塗料☁╃,目前☁╃,它在市場上已構成諸多商品化產品☁╃,並逐步展開成為具有優秀防腐性☁·、耐候性和耐熱性的無機塗料╃•▩✘。無機富鋅塗料對鋼鐵具有電化學維護作用;防鏽效能優秀;耐海水☁·、耐油☁·、耐鹽類☁·、耐大氣腐蝕;導電性好☁╃,不影響焊接施工;可長期用於400℃以上的高溫環境╃•▩✘。因此☁╃,無機富鋅塗料在船舶☁·、海洋採油裝置☁·、熱力管道☁·、橋樑☁·、石油化工裝置管線及高架鐵塔等的防腐蝕方面得到了普遍應用╃•▩✘。如國內首創的ET-98無機磷酸鹽富鋅塗料☁╃,抑制了無機矽酸鹽富鋅塗料噴砂☁·、拋丸的缺陷☁╃,除油後即可刷塗☁╃,並抵達優秀的防腐功用╃•▩✘。
04
無機塗料的其他特殊作用
除以上引見的幾種主要用途之外☁╃,無機塗料還開發了許多除了維護作用以外☁╃,兼具某些特殊功用的新產品☁╃,這種無機塗料被稱為特種塗料╃•▩✘。特種塗料具有許多特殊功用☁╃,如能夠發光☁·、發熱抗菌☁·、抗靜電☁·、防火☁·、阻燃☁·、防止海洋生物附著☁·、耐核輻射☁·、可指示溫度以及遮蔽等功用☁╃,其應用範疇包括航天☁·、航空☁·、艦船☁·、常規兵器☁·、核工業等╃•▩✘。特種功用塗料以其共同的效能使許多產品和裝置的功用得以充分發揮☁╃,成為塗料工業中不可缺少的新品種╃•▩✘。
無機塗料的前景及展望
“四E”(“四E”方針·↟↟••:Ecomomy☁·、Efficiency☁·、Energy☁·、Ecology☁╃,即經濟性☁·、高效☁·、節能☁·、生態)已成為人類展開所共同遵照的基本準繩☁╃,近年來在世界範圍內又提出了可持續展開的總準繩☁╃,這都將成為促進和推進無機塗料展開的強大動力╃•▩✘。理論上☁╃,無機塗料的展開曾經遭到普遍注重☁╃,日本和歐洲一些國度還提出“塗料無機化”的觀念☁╃,這些均標明無機塗料具有很大的展開優勢和展開潛力╃•▩✘。
無機塗料雖具有諸多優點☁╃,但也存在一些效能上的缺乏☁╃,例如裝飾效果欠佳☁╃,塗膜性脆易開裂☁╃,關於金屬☁·、塑膠和木材等的附著力不強等;無機塗料的應用範圍也遭到限制;某些無機塗料消費本錢較高等╃•▩✘。針對無機塗料存在的一些問題;
其處置方法有·↟↟••:
(1)採用新技術來進步無機塗料的效能╃•▩✘。如近年來國外在展開無機塗料方面曾經開端採用愈加先進的奈米材料製備技術☁·、溶膠-凝膠技術來中止無機塗料的製備╃•▩✘。
(2)開發新型無機塗料☁╃,擴充套件無機塗料的應用範圍╃•▩✘。
(3)降低塗料製備本錢╃•▩✘。目前運用新技術製備的新型無機塗料☁╃,在各種效能上具有很大優勢☁╃,但由於運用了一些價錢很高的原材料☁╃,使得塗料的制構成本很高☁╃,在一定程度上影響了無機塗料的展開應用╃•▩✘。
因而☁╃,降低本錢是無機塗料展開的無機塗料普遍應用於高溫場所的表面維護重要課題╃•▩✘。