多数有机涂料在生产过程中引入了对人体和环境有害的原材料，在涂料的施工和使用过程中排放出有害废水和废气，对环境造成污染。为此，开发低污染或无污染的环保型涂料受到广泛重视.

目前，国内无机涂料的基料大多为硅溶胶、水玻璃或白水泥，其它固体材料作为辅料掺入，起填充或改性等作用，掺量极为有限。将矿粉作为无机涂料的基料能降低成本、保护环境，具有重要的意义中国建材网cnprofit.com。矿粉一般呈灰白色，颜色较浅，作为涂料的基料便于调整体系颜色。

另外，和其它胶凝材料相比，矿粉的化学活性较高。但MehtaI21认为，磨细矿渣的反应速度很快，几分钟内就能生成致密的铝酸盐，包覆在矿渣颗粒表面，阻止水化反应进一步进行，所以，必须掺加碱激发剂，破坏铝酸盐的形成，水化反应才能正常进行。矿粉作为无机涂料的基料时，其硬化过程需要一定的湿度和龄期，如果在室外薄层涂刷，涂层很容易在尚未硬化之前因严重失水而出现开裂、剥落等现象。

因此，体系必须掺加适量的外加剂，防止涂层开裂甚至是剥落。本文以矿粉和水玻璃为主要原料，掺加适量有机材料(乳胶粉)进行改性，制备外墙涂料(底涂)，借助XRD和SEM等测试方法分析矿粉、水玻璃体系涂料的制备机理。

l 原料

矿粉：$95级矿渣，d 22．909 m，碱性系数Mo=1．002，属中性矿粉，南京梅宝新型建材有限公司产，其化学组成见表1。

乳胶粉：市售。

填料：钛白粉、硅藻土、滑石粉，均为市售。

水玻璃：模数n为2．2 2．5，南京合一化工有限公司产。

氟硅乳液：杭州萧山恒盛涂料厂生产。

助剂：工业级，市售。

由SEM和激光粒度分析仪测定可知，梅宝矿粉主要由玻璃体组成，其含量98％以上。颗粒尺寸分布在10-40 m，颗粒比较圆滑，大颗粒及带尖锐棱角的颗粒较少。

2 实验

将矿粉、填料和乳胶粉按m(矿粉)：m(填料)：m(乳胶粉)=20：6：3混合均匀，与用碱调节过碱度的水玻璃混合，搅拌均匀后作为底涂进行涂刷，底层涂料表干后，在其表面涂刷1层经改性剂改性的氟硅乳液，然后将试板放在温度为(20±2)℃、相对湿度80％的环境中分别养护1、3、l0和14 d后，取一定量涂膜用XRD分析体系组成随龄期延长而变化的情况，用SEM观察各龄期体系的微观形貌。实验流程见图1。

3 结果与讨论

3．1 XRD分析(见图2)

从图2矿粉的XRD图谱可知，矿粉主要由玻璃体组成，具有潜在的水化胶凝活性。矿粉和经碱调节的水玻璃混合后，由于体系pH值很高，水化反应速度较快，研究表明 ，pH值大于11、5时，磨细矿渣的水化活性才能被有效激发，pH值小于9．5时，不会产生水化产物。从图2涂膜的XRD图谱可以看出，随着反应龄期的增加，表征无定形玻璃体结构的2 =30。

左右的馒头状区域衍射峰面积逐渐减小，水化10d和14 d时SiO：几乎完全消失，表明未参加反应的矿粉的含量逐渐减少，10 d和14 d时基本完全反应。从图2中还能观察到结晶物质的尖锐特征峰，各龄期特征峰的强度基本不变，经鉴定判断为TiO：和CaCO 晶体。TiO：主要来自填料中的钛白粉，基本不参与矿粉水玻璃体系的反应，CaCO 晶体的产生可能是由于体系中水化反应产生的Ca(OH) 碳化所致。

矿粉玻璃体结构由网络形成体和网络改性体2部分组成。网络形成体主要由Si042 组成，网络改性体主要由Ca 和Mg2+~ ，它们存在于网络结构的空隙中，A1 则是网络结构的中间体，不仅是网络形成体，也是网络改性体嘲，矿粉玻璃体中的硅氧四面体存在8种聚合状态研。矿粉玻璃体结构的表面包覆一层“膜’一硅氧网络层，一旦这层膜被破坏，矿粉的玻璃体结构就会分散、溶解和水化。

矿粉水玻璃体系的反应过程大致分为3个阶段：

(1)经碱调节的水玻璃存在时，矿粉玻璃体表面的Ca +、Mg2+ 等离子吸附碱性溶液中的OH一等离子，由于矿粉玻璃体结构是分相结构，富钙相为连续相，富硅相为分散相，富钙相的表面活化能比富硅相的要低[sl，OH一等离子首先与矿粉玻璃体表面的富钙相进行反应，生成氢氧化物，玻璃体表面硅铝氧网络结构破坏。

(2)当玻璃体表面受到破坏后，Ca+ 可以与介质中的Na+ 、k+等进行交换，促使网状玻璃体结构逐步分散、溶解，具体的反应过程如下：

当矿粉玻璃体结构解体后，暴露在碱性介质中的富硅相与OH一逐步发生反应。

(3)与此同时，水玻璃溶液中形成的Si(OPO 能与Ca(OH)反应生成水化硅酸钙凝胶，使体系产生强度 。

3．2 SEM分析(见图3)

从图3可以看出，在水化反应的不同龄期，水化硅酸钙的形貌各不相同，有网络状、颗粒状和纤维状等 。水化1 d时，涂膜表面出现大量网络状水化硅酸钙【见图3(a)】，水化3 d时，网络状的水化硅酸钙凝胶聚集在面层涂料表面、底层涂料内部和2层涂料之间【见图3(h)】。

在底层涂料和面层涂料之间，产物水化硅酸钙起到了很好的“桥联”作用，增强了2层涂料间的粘结力。随着水化反应的进行，水化硅酸钙的量增加，10 d时，底层涂料中出现了大量的颗粒状水化硅酸钙【见图3(c)1，14 d时，在颗粒状水化硅酸钙附近则出现了大量纤维状水化硅酸钙f见图3(d)1。

4 矿粉水玻璃系外墙涂料的主要性能指标

以底涂配方为m(矿粉)：m(填料)：m(乳胶粉)：m(水玻璃)=20：6：3：14，并在其表面涂刷1层经改性的氟硅乳液时，矿粉水玻璃系外墙涂料的主要性能指标见表2。

5 结语

(1)矿粉水玻璃体系经强碱调节后，水化反应较快，XRD分析结果显示，成膜10 d和14 d时，矿粉几乎完全参加了反应，生成水化硅酸钙凝胶。

(2)矿粉经碱激发后生成的产物水化硅酸钙在不同阶段出现多种形貌。SEM分析表明，水泥1 d和3 d时产物多为网络状的水化硅酸钙，水化3 d时，网络状的水化硅酸钙凝胶聚集在面层涂料表面，底层涂料内部和2层涂料之间；10 d时，主要为颗粒状的水化硅酸钙；14 d时，颗粒状结构附近产生了纤维状水化硅酸钙。

(3)调节碱度后的水玻璃可以激发矿粉的化学活性，可用丁制备外墙涂料。

矿粉水玻璃系外墙涂料的制备机理研究

杨静1 ，王磊2 ，徐玲玲1

(1．南京工、I 大学材料科学与工程学院，江苏南京210009  2．南京梅宝新型建材有限公司，江苏南京210000)