硅酸鈉俗稱(chēng)泡花堿，由石英砂及純堿經(jīng)過(guò)高溫熔燒水翠再融化等一系列反應(yīng)后制得，是一種水溶性硅酸鹽，其水溶液俗稱(chēng)水玻璃，也是一種礦黏合劑。通常情況下分為鈉水玻璃和鉀水玻璃兩種，其中鈉水玻璃的應(yīng)用最為廣泛，其化學(xué)式為R2O·nSiO2，式中R2O為堿金屬氧化物，n為二氧化硅與堿金屬氧化物摩爾數(shù)的比值，稱(chēng)為水玻璃的摩數(shù)。建筑上常用的水玻璃是硅酸鈉的水溶液。 鈉水玻璃粘結(jié)性好, 與水泥基材有非常牢固的密著力, 成膜硬度大,耐老化、不燃無(wú)煙, 加以適當(dāng)填料可耐1000℃的高溫。鈉水玻璃涂膜靜電塵埃附著少, 霉菌難于生長(zhǎng)。由于鈉水玻璃有著有機(jī)材料所沒(méi)有的優(yōu)越性, 加之資源豐富、價(jià)格低廉, 因此作為一種新的無(wú)機(jī)粘結(jié)材料, 再次成為人們研究的對(duì)象。  

1 鈉水玻璃涂料的固化技術(shù)及應(yīng)用       

鈉水玻璃分子式:N a2O ·nSiO 2+ m http://www.xuejiajiao.com/H2O , 其結(jié)構(gòu)式: N a—O ` SiO—O e N a+ m H2O。n 為模數(shù), 其值越大耐水性越好, 而粘結(jié)性越差。n 是鈉水玻璃的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo), 其計(jì)算方法: n =SiO 2àN a2O à ×1. 032, 1. 032 是SiO2 和N a2O 分子量之比。鈉水玻璃的另一技術(shù)指標(biāo)是比重d 或波美度Be °。二者之間的關(guān)系是Be °= 145-145d。建筑涂料使用的水玻璃一般以n=3.1-3.3,Be°=35-40度為宜。從結(jié)構(gòu)式看出, 由于分子兩端的N a+ 可以游離而進(jìn)入溶液, 所以鈉水玻璃可溶于水。耐水性差是鈉水玻璃作為無(wú)機(jī)粘結(jié)劑的最大缺點(diǎn)。半個(gè)多世紀(jì)以來(lái), 研究者們圍繞提高鈉水玻璃的耐水性做了大量的工作。鈉水玻璃涂料的產(chǎn)生和發(fā)展與其固化技術(shù)緊密相關(guān)。目前鈉水玻璃涂料的固化技術(shù)可分為兩大類(lèi)。一類(lèi)是加熱固化, 另一類(lèi)是固化劑固化。    加熱固化      常溫下涂料中的水份蒸發(fā), 水玻璃中的硅酸陰離子聚集成膜,Na+ 無(wú)規(guī)則地分布在涂膜中。涂膜中存在較多的Si—OH 鍵, 遇水易溶, 涂膜破壞。當(dāng)溫度升高時(shí), 鈉水玻璃的水份大量蒸發(fā), 而且Si—OH 鍵之間相互脫水締合, 形成Si—O —Si鍵, 這是耐水性極好的三維結(jié)構(gòu)的涂膜。N a+ 處于三維結(jié)構(gòu)膜的封閉狀態(tài)中, 遇水不溶。固化溫度升至200℃以上, 即可得到耐水性極好的涂膜。成膜過(guò)程可用下列反應(yīng)表示3 :  N a2O õ nSiO 2 + (2n + 1)H2O 2N aOH + nSi(OH) 4 nSi(OH) 4 [Si(OH) 4 ]n- 2nH2OSiOO SiOSi O Si   加熱固化只能局限于建筑裝飾板涂膜的處理, 對(duì)于建筑物內(nèi)外表面大面積的涂膜就難于奏效了。      

2.固化劑

很多物質(zhì)可使鈉水玻璃固化, 這些物質(zhì)稱(chēng)為固化劑或硬化劑，固化劑可分為三類(lèi)：

(1)  氟硅化物  本世紀(jì)四十年代, 普遍使用氟硅酸鈉作為固化劑。其水溶液顯弱酸性(pH · 3) , 和水玻璃  水解出的堿發(fā)生反應(yīng), 使水玻璃的水解向生成硅酸溶膠的方向進(jìn)行,改性后的涂膜耐水性很好。其反應(yīng)可用下式表示:  2 (N a2O õ nSiO 2) + N a2SiF6 + m H2O 6N aF + (2n + 1) SiO 2õm H2O    

(2)  縮合磷酸鹽  本世紀(jì)六十年代以來(lái), 常使用縮合磷酸鹽作固化劑, 多數(shù)為磷酸鋁、  磷酸鋅和磷酸鎂的縮合物, 縮合程度、固化溫度各不相同。常溫下以三聚磷酸鋁使用最為普遍。使用前混合均勻, 限制在一定時(shí)間內(nèi)用完。水玻璃涂料和固化劑為兩組份包裝�？s合磷酸鋁呈弱酸性, 水解釋放出的質(zhì)子使水玻璃凝膠化, 生成硅酸溶膠。釋放出質(zhì)子后的縮合磷酸鋁與水玻璃中的N a+ 生成難溶于水的復(fù)鹽, 使N a+ 被固定。國(guó)內(nèi)對(duì)縮合磷酸鋁的研究較多, 也曾見(jiàn)過(guò)這種兩組份包裝的外墻涂料。涂膜的耐水性取決于磷酸鋁的縮合度, 縮合度又與配料比和焙燒溫度有關(guān), 一般配料比∶A l2O 3∶H3PO 4= 1∶1. 5～ 3, 焙燒溫度為500～700℃, 焙燒時(shí)間為8～ 12 小時(shí)。這種外墻涂料耐水性雖好, 但裝飾性、施工性差, 兩組份一旦混合必須在短時(shí)間內(nèi)用完。這些不足之處還有待不斷完善提高。 

(3)  無(wú)機(jī)酸  從理論上講, 凡能提供H+ , 并能保證一定的H+ 濃度的酸均能對(duì)鈉水玻璃進(jìn)行固化處理,如鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸、醋酸。從價(jià)格和來(lái)源等各方面綜合考慮, 使用最多的是硫酸和鹽酸。酸和鈉水玻璃發(fā)生反應(yīng)生成硅酸溶膠, 以鹽酸為例反應(yīng)式如下:  N a2O õ nSiO 2 + m H2O + 2HCl 2N aCl + nSiO 2õ (m + 1)H2O。