论文总字数：20031字

摘 要

近年来随着社会时代的进步以及科学技术的发展，涂料技术的发展已经逐渐走入人民的生活并且成为了衡量人民物质水平基础的一个重要参照指标。水玻璃具有廉价的优点又具有耐水性差的缺点，经过实验探究改善条件能够大大提升无机聚合物涂料的性质，同时也能够大幅度降低生产成本，将无污染的材料应用起来。

本课题研究内容：选择无机聚合物作为成膜物质，配合使用经过KH-560硅烷偶联剂改性的硅溶胶以及经过分析挑选的最为合适的固化剂磷酸硅，辅以无污染廉价溶剂水，设计出便于施工储存的双组分无机涂料配方。借助XRD、SEM以及红外光谱等手段探究出了最佳改性方案、条件以及最佳配方搭配。改性硅溶胶及水玻璃中SiO2的含量占比为71.3％，固化剂磷酸硅含量占比为1.8％，而a、b组分比例为1:3时所形成的料浆效果以及涂覆效果最佳，因而一份b组分中的固化剂磷酸硅含量占比确定为0.6％。

该配方研究结果表明：使用改性剂改性硅溶胶，提高接枝率能够改良分子结构的稳定性，同时使用磷酸硅也能够提升水玻璃较差的耐水性，增强最终的涂料的稳定性。

本文对硅溶胶以及水玻璃进行改性，通过采取双组分形式来获得了一个效果好，廉价同时储存和使用非常方便的适合中小型城市使用的高质量涂料。

关键词：无机涂料；水玻璃；磷酸硅；硅溶胶改性。

Abstract

In recent years, with the progress of the society and the development of science and technology, the development of coating technology has gradually entered people's life and become an important reference index to measure people's material level. Water glass has the advantages of low price and the disadvantages of poor water resistance. Through experimental research and improvement, the properties of inorganic polymer coating can be greatly improved, and the production cost can be greatly reduced, and the pollution-free materials can be applied.

The research content of this project: choose inorganic polymer as film-forming material, use silicon sol modified by KH-560 silane coupling agent and the most suitable curing agent silicon phosphate selected by analysis, supplemented by pollution-free cheap solvent water, design a two-component inorganic coating formula which is convenient for construction and storage. By means of XRD, SEM and infrared spectrum, the best modification scheme, condition and formula were found out. The content of SiO2 in the modified silica sol and water glass is 71.3%, the content of silicon phosphate is 1.8%, and the slurry effect and coating effect are the best when the proportion of A and B is 1:3, so the content of silicon phosphate in a B component is 0.6%.

The results show that the stability of molecular structure can be improved by using the modifier to modify silica sol, and the poor water resistance of water glass and the stability of final coating can be improved by using silicon phosphate.

The characteristics of this paper: through the modification of silica sol and water glass, a high-quality coating suitable for small and medium-sized cities with good effect, low cost and convenient storage and use is obtained.

Key Words：Inorganic coating；Water glass; Silicon phosphate; Silica sol modification.

目录

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.1.1涂料的原料组成 1

1.1.2涂料的成膜机理 2

1.1.3涂料的优劣分析 2

1.2 本课题目的与背景及具体研究内容 3

1.2.1目的与背景 3

1.2.2研究内容 3

第二章 实验内容 4

2.1 引言 4

2.2 实验部分 4

2.1.1实验仪器与材料 4

2.1.2实验方案与内容 5

2.1.3性能测试与表征方法 6

第三章 结果及分析 7

3.1 SiO₂溶胶的改性研究 7

3.1.1改性条件的确定 7

3.1.2 KH-560质量的确定 7

3.1.3 KH-560改性时间的确定 7

3.1.4反应温度的确定 8

3.1.5 pH值的确定 8

3.1.6正交试验确定最佳改性条件 9

3.1.7 KH-560对纳米Si02 的改性结果 10

3.2 固化剂的确定 11

3.2.1 固化剂的选择思路 11

3.2.2 固化剂实验分析 12

3.3无机聚合物涂料配方的确定 12

3.3.1涂料配方及双组分比例的确定 13

3.3.2 涂层的性能表征 18

第四章 结论 20

参考文献 22

致 谢 24

第一章 绪论

1.1 引言

近年来无论是国内还是国外，随着社会时代的进步以及科学技术的发展，涂料技术的发展已经逐渐走入人民的生活并且成为了衡量人民物质水平基础的一个重要参照指标^[1]。涂料的应用面极其广泛，建筑涂料，保护涂料，以及一些较为特殊的导电涂料，触媒涂料，防水涂料，防辐射涂料等等。科学家们将涂料分为有机涂料与无机涂料两大种类。其中有机高分子涂料拥有光泽度，柔韧度较好，耐污染度较强的优点，但在其他方面如耐老化，耐热性以及表面硬度等，则没有无机涂料优秀^[2]。另外在环境保护方面无机涂料从原材料，制作过程以及最终成品三个方面上都较有机涂料更为优秀，纵观近现代这么多年的涂料发展史，始终是在向着高性能，环境友好型的方向发展，并且与人们的生活的工作都息息相关^[3]。国外主要研究的有机—无机复合涂料，也在涂料领域取得了长足的发展，足可见世界各国科学家对涂料领域的看重。本课题着眼于贴近人民生活，设计出造价低廉、环境友好、性能优异的涂料。国内的无机涂料领域方面也拥有着足够大的发展空间与应用前景，因而本次设计主要将无机涂料作为主要研究的对象，以求得更好的发展从而造福人民。

1.1.1涂料的原料组成

涂料是一种通过采用不同的施工工艺涂抹覆盖在各种物件的表面，从而形成具有一定强度且连续的固态薄膜，并且能够牢牢粘附在物件上的一种材料^[4]。

其主要由成膜物质，颜料填料，分散介质这三部分组成。按照一定比例混合，并在混合过程中发生一系列的反应形成薄膜。

成膜物质指单独能形成具有一定强度的干膜的物质，是形成涂膜必不可少的成分，主要种类有各种树脂、干性油等有机高分子物质，以及水玻璃等无机材料。

颜料填料又被成为辅助成膜物质，某些成膜助剂也归为此类，指不能单独成膜但能够使形成的薄膜更符合设计所需的要求，具有一定的辅助作用的物质。

第三部分是分散介质，它是由一种(或几种)物质的微粒(分子、离子或分子集合体等)分布在另一种物质中而形成的混合物。根据所选用的成膜物质不同来选择合适的分散介质。要求是成膜物质在其中能够分散稳定下来。

1.1.2涂料的成膜机理

涂料的成膜主要分为两个方面，物理成膜与化学成膜，物理成膜主要在于分散介质的挥发，比如油性涂料就会采用有机溶剂挥发的方式，而水性涂料通常选择以水作为分散介质挥发。这些过程中通常伴有温度变化促使挥发过程的进行，而后成膜物质与颜料填料就会逐渐变形靠近，聚集在一起，最终以相互扩散的形式成膜，在这个过程中，分子间力，整个体系的作用力都是成膜过程中的重要动力。

而化学成膜主要是通过活性基团间的反应来达到稳定的成膜的结构，通常是网状结构。

1.1.3涂料的优劣分析

随着时代的发展与进步，人类社会的科学文明程度越来越高，更多的人开始追求使科技与自然达到统一和谐的地步，也有越来越多的人认识到要开展可持续发展，才能更好的在地球这个大家园上和谐地生活下去。而有机涂料里面往往含有大量对环境会造成破坏的可挥发有机溶剂（即VOC），在涂料的使用过程中会挥发出来从而破坏自然环境，因此越来越多的人开始寻求含VOC少，甚至是不含VOC的涂料配方，而我所研究的课题中选择了无机聚合物作为成膜物质，而在无机涂料中同样有着多种分类，水玻璃系列，磷酸盐系列以及水泥系列^[5]。而高模数水玻璃同时又具备着本身无毒，溶剂为水，零VOC排放的优点，寿命相较于普通涂料更长，抗紫外线。在固化方面，条件要求也低于其他涂料，通过高温甚至常温即可固化。同时工艺简单，成本低，收益大，在市场上拥有广阔的发展空间。因而我选择了高模数水玻璃作为成膜物质。

但同时其缺点也相当明显，单独使用时水玻璃的耐水性很差，所以应当研究水玻璃改性的技术，提高其耐水性，同时也可以提升其他方面的性能，诸如粘结性等。而与水玻璃改性相关最大的即为固化技术，近年来常用的固化手段有高温固化，固化液固化以及固化剂固化，选择合适的固化手段以及合适的固化剂，可以显著提高其耐水性能，甚至可以使表面结构发生改变带来耐老化，耐热性能的提升，改性剂也是基于这个目的和思路来给水玻璃涂料带来提升与发展^[6]。

在制备工艺方面也具有很大区别。普通工艺步骤是磨细颜料填料、与溶剂相混合、加入助剂、加入树脂制浆，形成溶液、砂磨机分散将颗粒磨细、出料罐装储存、施工喷涂再进行多种方式的固化^[7]。流程非常长而且整个过程成本也很高，而本课题选用的水玻璃改性涂料的工艺非常简单，通过设计双组分涂料体系，储存时将双组分分开，使用时只需将双组分混合搅拌即可在常温下固化形成涂层，工艺步骤简单，极大地压缩了整个过程中的成本，在市场上具有相当大的优势^[8]。

1.2 本课题目的与背景及具体研究内容

1.2.1目的与背景

在国内水玻璃涂料的研究虽初具成果但仍有较大发展空间的基础上，同时也在国内中低端涂料仍旧是中小型城市以及乡村建筑涂刷的主要选择目标的前提条件下，研究价格低廉的钠水玻璃涂料的改性技术，来填补国内市场上的需求，即为本课题的主要研究目标。既要降低成本又要使水玻璃改性到我们想要达到的性能效果，通过实验去设计并验证配方，才能在国内国际均高度关注重视的无机涂料研究领域里面获得一席之地，为中国涂料发展做出贡献，为环境保护以及造福人民做出贡献^[9]。

1.2.2研究内容

1、成膜物质以高模数水玻璃为主，通过加入改性硅溶胶，参与形成我们设计的全透明体系。使涂料具有相当的硬度，另外全透明体系可以保证涂刷后不影响物质的光学性能，同时又具有非常好的光泽度等优点。

请支付后下载全文，论文总字数：20031字

相关图片展示：