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无机涂料的发展历史

发布时间:2020-08-12 08:51人气:

  大约6000年前古埃及人便使用石英砂和天然纯碱或燃烧过程产生的碳酸钾来生产硅酸钠或硅酸钾。人们普遍认为公元前79年维苏威火山爆发后保存下来的庞贝和赫库兰尼姆古城遗址壁画的化学组成是碱金属硅酸盐。16世纪炼金术士在追寻“哲人石”的过程中,发现沙子和碳酸钾在壁炉中熔合生成闪闪发光的水玻璃。

  

Picture Source:Unsplash

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  尽管大量的参考文献中有关于水溶性硅酸盐的报导,但真正开始投入实际应用发生在1825年,由德国慕尼黑的矿物学教授福克斯主持。他进行了许多开创性工作,并系统地研究了他称之为水玻璃的水溶性硅酸钠和硅酸钾的生产方法。同时提出水玻璃可以作为粘结剂、水泥和防火涂料,也可用来封闭多孔的石材和作为壁画涂装的基料。1855年,水玻璃在欧洲和美国都开始了商业化生产。

  巴伐利亚国王路维希一世对意大利北部色彩斑斓的石灰壁画印象深刻,渴望在自己的巴伐利来王国也能体验这种艺术作品,但是阿尔卑斯山北部的天气极为恶劣,在很短的时间内就破坏了这些艺术画作。因此,他向巴伐利亚科学院发布命令,要求开发一种外观像石灰壁画但耐久性更强的涂料。科学家阿道夫威廉凯姆用水玻璃为粘结剂,尝试制作硅酸盐涂料,在经过几年时间的大量实验后终于取得良好结果,于1878年申请了第一个无机硅酸盐涂料的专利,并开始了硅酸盐涂料的生产。直到今天,KEIM FARBE涂料公司(中国称为矿牌涂料)仍以他的名字命名,KEIM FARBE涂料公司是世界上最知名的无机硅酸盐涂料的生产商之一。

  

 

  一百四十多年前由凯姆发明的第一代无机涂料是纯无机硅酸盐涂料(Pure silicate paints )。它是由无机颜料、填料组成的粉体和硅酸钾液料组成的双组份涂料(又称2K涂料)。根据德国标准DIN 18363,2.4.1硅酸盐涂料的要求,其配方为两个组份,完全不含有机组成,只能用于坚固、吸收性的矿物基底材表面的涂装。自19世纪70年代未以来,第一代无机涂料在欧洲一直应用于建筑涂料,它优异的耐候性和色牢度仍然无与伦比。19世纪用无机硅酸盐涂料装饰的建筑物至今仍保存完好,例如位于瑞士莱茵河畔斯坦因的“白鹰”旅馆和施威茨的市政厅以及德国奥斯陆和特伦恩斯坦因的外墙立面。第一代无机涂料目前仍在使用,但其缺点是双组份包装,使用前必须充分混合,并需要一定时间的熟化。

  有了2K无机硅酸盐涂料超强耐候性的长期经验,又看到新出现的有机乳胶涂料容易生产、储存稳定性优异、施工方便的吸引力,市场有结合两者优点的单组份包装的无机有机复合建筑涂料的渴望,1962年第二代无机硅酸盐涂料问世,它是以硅酸钾为主要粘结剂,辅以少量高耐碱的有机合成乳液,并加入适量无机颜、填料和助剂配制而成的单组份硅酸盐乳液涂料(Silicate Emulsion Paints),又称有机硅酸盐涂料(Organo-silicate paints)。根据德国标准DIN 18363,2.4.1对硅酸盐乳胶涂料的要求其有机成份(含乳液和助剂)不超过5%。由于第二代无机涂料的出现,自20世纪70年代开始,无机涂料以硅酸盐乳胶涂料的形式受到消费者追捧,在世界范围内得到大力发展,特别在欧洲地区。

  

 

  2002年由于第三代无机涂料的出现,使外墙涂料市场产生革命性变化:基于全新粘合剂概念的“硅溶胶硅酸盐涂料(Sol-silicate Paints)为无机涂料开辟了全新的应用领域这种全新的基料是由硅溶胶和钾水玻璃组成的稳定混合物,除可通过硅化作用与无机矿物基材产生化学键合作用外,还对牢固的有机涂层产生强附着力,因此几乎可以应用于任何普通基材表面。硅溶胶硅酸盐涂料的有机物含量仍然控制在5%以下,因此也能满足DIN 18363标准对硅酸盐乳胶漆的要求。

  从第一代到第三代无机涂料,发展的三个重要里程碑已被世界涂料界普遍承认。随着无机涂料技术的发展,新的品种仍不断出现,德国矿牌涂料(KEIM FARBE)在2013发布了可用于木材表面的第四代无机涂料;2018年马来西亚吉隆坡的一家无机涂料公司也推出他们的第四代无机涂料——可用于热带海洋多雨气候的外墙硅酸盐杂化无机涂料。

  无机硅酸盐涂料发展到今天在欧洲已占水性建筑涂料市场的10-15%,也在美国、亚洲和大洋洲的建筑涂料市场得到较好发展。

  

Picture Source:Unsplash

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  从上世纪80年代初开始,我国也有了无机涂料研究报导,国内研制了数种硅酸钠、硅酸钾等为成膜物的无机涂料。但是,我国真正在工程上得到大量应用的主要是以硅溶胶改性的合成树脂乳液外墙涂料和以硅酸钾为主要成膜物质的双组份外墙涂料。除普通装饰功能为主的外墙涂料以外,功能性墙面无机涂料也得到了很好的应用与发展,其主要品种有无机防霉涂料、无机绝热涂料、无机防结露涂料和无机防火涂料等。在国内虽然无机涂料的优点得到广泛认同,但建筑涂料仍以合成树脂乳液涂料为绝对主导产品,对无机硅酸盐涂料的研究和应用还较少,同欧美发达国家差距还很大。

  近年来,国内建筑工程市场因国家对地下密闭空间用防火、不燃内墙涂料的强制要求以及家装市场对低VOC、低防腐剂环保内墙涂料的需求,推动了无机内墙涂料的发展,国内各大建筑涂料生产商均在进行无机建筑涂料的研发工作,并不断推出各自的新产品,让无机硅酸盐涂料在我国寻觅到了难得的发展机遇,并因此造就了一批无机涂料的专业生产企业。相信无机硅酸盐建筑涂料将会成为继真石漆和水性多彩涂料之后,我国建筑涂料市场的又一个热点。

  声明:本文摘取自文章《无机硅酸盐涂料用粘结剂及其固化机理》,原文作者徐凯斌。

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