多數有機涂料在生產過程中引入了對人體和環境有害的原材料，在涂料的施工和使用過程中排放出有害廢水和廢氣，對環境造成污染。為此，開發低污染或無污染的環保型涂料受到廣泛重視.

目前，國內無機涂料的基料大多為硅溶膠、水玻璃或白水泥，其它固體材料作為輔料摻入，起填充或改性等作用，摻量極為有限。將礦粉作為無機涂料的基料能降低成本、保護環境，具有重要的意義中國建材網cnprofit.com。礦粉一般呈灰白色，顏色較淺，作為涂料的基料便于調整體系顏色。

另外，和其它膠凝材料相比，礦粉的化學活性較高。但MehtaI21認為，磨細礦渣的反應速度很快，幾分鐘內就能生成致密的鋁酸鹽，包覆在礦渣顆粒表面，阻止水化反應進一步進行，所以，必須摻加堿激發劑，破壞鋁酸鹽的形成，水化反應才能正常進行。礦粉作為無機涂料的基料時，其硬化過程需要一定的濕度和齡期，如果在室外薄層涂刷，涂層很容易在尚未硬化之前因嚴重失水而出現開裂、剝落等現象。

因此，體系必須摻加適量的外加劑，防止涂層開裂甚至是剝落。本文以礦粉和水玻璃為主要原料，摻加適量有機材料(乳膠粉)進行改性，制備外墻涂料(底涂)，借助XRD和SEM等測試方法分析礦粉、水玻璃體系涂料的制備機理。

l 原料

礦粉：$95級礦渣，d 22．909 m，堿性系數Mo=1．002，屬中性礦粉，南京梅寶新型建材有限公司產，其化學組成見表1。

乳膠粉：市售。

填料：鈦白粉、硅藻土、滑石粉，均為市售。

水玻璃：模數n為2．2 2．5，南京合一化工有限公司產。

氟硅乳液：杭州蕭山恒盛涂料廠生產。

助劑：工業級，市售。

由SEM和激光粒度分析儀測定可知，梅寶礦粉主要由玻璃體組成，其含量98％以上。顆粒尺寸分布在10-40 m，顆粒比較圓滑，大顆粒及帶尖銳棱角的顆粒較少。

2 實驗

將礦粉、填料和乳膠粉按m(礦粉)：m(填料)：m(乳膠粉)=20：6：3混合均勻，與用堿調節過堿度的水玻璃混合，攪拌均勻后作為底涂進行涂刷，底層涂料表干后，在其表面涂刷1層經改性劑改性的氟硅乳液，然后將試板放在溫度為(20±2)℃、相對濕度80％的環境中分別養護1、3、l0和14 d后，取一定量涂膜用XRD分析體系組成隨齡期延長而變化的情況，用SEM觀察各齡期體系的微觀形貌。實驗流程見圖1。

3 結果與討論

3．1 XRD分析(見圖2)

從圖2礦粉的XRD圖譜可知，礦粉主要由玻璃體組成，具有潛在的水化膠凝活性。礦粉和經堿調節的水玻璃混合后，由于體系pH值很高，水化反應速度較快，研究表明 ，pH值大于11、5時，磨細礦渣的水化活性才能被有效激發，pH值小于9．5時，不會產生水化產物。從圖2涂膜的XRD圖譜可以看出，隨著反應齡期的增加，表征無定形玻璃體結構的2 =30。

左右的饅頭狀區域衍射峰面積逐漸減小，水化10d和14 d時SiO：幾乎完全消失，表明未參加反應的礦粉的含量逐漸減少，10 d和14 d時基本完全反應。從圖2中還能觀察到結晶物質的尖銳特征峰，各齡期特征峰的強度基本不變，經鑒定判斷為TiO：和CaCO 晶體。TiO：主要來自填料中的鈦白粉，基本不參與礦粉水玻璃體系的反應，CaCO 晶體的產生可能是由于體系中水化反應產生的Ca(OH) 碳化所致。

礦粉玻璃體結構由網絡形成體和網絡改性體2部分組成。網絡形成體主要由Si042 組成，網絡改性體主要由Ca 和Mg2+~ ，它們存在于網絡結構的空隙中，A1 則是網絡結構的中間體，不僅是網絡形成體，也是網絡改性體嘲，礦粉玻璃體中的硅氧四面體存在8種聚合狀態研。礦粉玻璃體結構的表面包覆一層“膜’一硅氧網絡層，一旦這層膜被破壞，礦粉的玻璃體結構就會分散、溶解和水化。

礦粉水玻璃體系的反應過程大致分為3個階段：

(1)經堿調節的水玻璃存在時，礦粉玻璃體表面的Ca +、Mg2+ 等離子吸附堿性溶液中的OH一等離子，由于礦粉玻璃體結構是分相結構，富鈣相為連續相，富硅相為分散相，富鈣相的表面活化能比富硅相的要低[sl，OH一等離子首先與礦粉玻璃體表面的富鈣相進行反應，生成氫氧化物，玻璃體表面硅鋁氧網絡結構破壞。

(2)當玻璃體表面受到破壞后，Ca+ 可以與介質中的Na+ 、k+等進行交換，促使網狀玻璃體結構逐步分散、溶解，具體的反應過程如下：

當礦粉玻璃體結構解體后，暴露在堿性介質中的富硅相與OH一逐步發生反應。

(3)與此同時，水玻璃溶液中形成的Si(OPO 能與Ca(OH)反應生成水化硅酸鈣凝膠，使體系產生強度 。

3．2 SEM分析(見圖3)

從圖3可以看出，在水化反應的不同齡期，水化硅酸鈣的形貌各不相同，有網絡狀、顆粒狀和纖維狀等 。水化1 d時，涂膜表面出現大量網絡狀水化硅酸鈣【見圖3(a)】，水化3 d時，網絡狀的水化硅酸鈣凝膠聚集在面層涂料表面、底層涂料內部和2層涂料之間【見圖3(h)】。

在底層涂料和面層涂料之間，產物水化硅酸鈣起到了很好的“橋聯”作用，增強了2層涂料間的粘結力。隨著水化反應的進行，水化硅酸鈣的量增加，10 d時，底層涂料中出現了大量的顆粒狀水化硅酸鈣【見圖3(c)1，14 d時，在顆粒狀水化硅酸鈣附近則出現了大量纖維狀水化硅酸鈣f見圖3(d)1。

4 礦粉水玻璃系外墻涂料的主要性能指標

以底涂配方為m(礦粉)：m(填料)：m(乳膠粉)：m(水玻璃)=20：6：3：14，并在其表面涂刷1層經改性的氟硅乳液時，礦粉水玻璃系外墻涂料的主要性能指標見表2。

5 結語

(1)礦粉水玻璃體系經強堿調節后，水化反應較快，XRD分析結果顯示，成膜10 d和14 d時，礦粉幾乎完全參加了反應，生成水化硅酸鈣凝膠。

(2)礦粉經堿激發后生成的產物水化硅酸鈣在不同階段出現多種形貌。SEM分析表明，水泥1 d和3 d時產物多為網絡狀的水化硅酸鈣，水化3 d時，網絡狀的水化硅酸鈣凝膠聚集在面層涂料表面，底層涂料內部和2層涂料之間；10 d時，主要為顆粒狀的水化硅酸鈣；14 d時，顆粒狀結構附近產生了纖維狀水化硅酸鈣。

(3)調節堿度后的水玻璃可以激發礦粉的化學活性，可用丁制備外墻涂料。

礦粉水玻璃系外墻涂料的制備機理研究

楊靜1 ，王磊2 ，徐玲玲1

(1．南京工、I 大學材料科學與工程學院，江蘇南京210009  2．南京梅寶新型建材有限公司，江蘇南京210000)