水玻璃的固化方式

水玻璃屬於氣硬性膠凝材料，在常溫乾燥過程中與空氣的 CO₂ 反 應，生成 SiO₂凝膠或稱為矽酸凝膠，凝膠脫水轉變成 SiO₂而自然硬化，

其化學反應如下〆

Na2O·nSiO2+CO2+mH2O→ Na2CO3+nSiO2·mH2O

由於空氣中的 CO₂含量極少，所以上述反應極為緩慢，因此水玻璃 在使用時常需加入固化劑，以加快其硬化速度[49]。矽酸鈉水玻璃由於鈉 離子可以游離而進入溶液，因此自然乾燥後的水玻璃可溶於水，使得耐 水性不良成為水玻璃作為黏結劑及塗料的最大缺點。為克服此缺點研究 者發展出鈉水玻璃固化技術;分為兩大類，一類是加熱固化，另一類是固 化劑固化。

一〃 加熱固化

常溫下塗膜中的水分蒸發，水玻璃中的矽酸陰離子聚集成膜，Na⁺ 無規則地分佈在塗膜中，塗膜中存在較多的 Si-OH 鍵，遇水易溶解使塗 膜破壞，當溫度升高時，鈉水玻璃的水分大量蒸發，而且 Si-OH 鍵之間 相互脫水結合，形成 Si-O-Si 鍵，這是耐水性極好的三維結構的塗膜。

Na⁺處於三維結構膜的封閉狀態中，遇水不溶。固化溫度升至 200℃以 上，即可得到耐水性極好的塗膜，但加熱固化方式只能局限於小面積塗 膜的處理[44]。

二〃固化劑固化

很多物質可使鈉水玻璃固化，這些物質稱為固化劑或硬化劑，可分 為五類[44]。

(1) 氟矽化物

使用氟矽酸鈉作為固化劑，其水溶液為弱酸性(Ph=3)，和水玻璃水 解出的鹼發生反應，使水玻璃的水解向生成矽酸溶膠的方向進行，改性 後的塗膜耐水性很好 其反應可用下式表示〆

2(Na2O ·nSiO2)+ Na2SiF6+ mH2O →6NaF + (2n+ 1)SiO₂〄mH₂O (2) 縮合磷酸鹽

使用縮合磷酸鹽作固化劑，多數為磷酸鋁、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，限制在一定時間內用完。縮合磷酸鋁呈弱酸性，

水解放出的質子使水玻璃凝膠化，生成矽酸溶膠。釋放出質子後的縮合 磷酸鋁與水玻璃中的 Na⁺生成難溶於水的複鹽，使 Na⁺被固定。塗膜的耐 水性取決於磷酸鋁的縮合度，縮合度又與配料比和烘燒溫度有關，一般 配料比〆Al₂O 〆HPO4=1〆1.5 ～ 3，烘燒溫度為 500 ～ 700℃ ，烘燒時 間為 8～12 小時。此種塗料耐水性雖好，但施工性差，兩者一旦混合;就 必頇在短時間內用完。

(3) 無機酸

從理論上來說，凡是能提供 H⁺，並能夠保證一定的 H⁺濃度的酸均 能對鈉水玻璃進行固化處理，如鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸、醋酸。從價 格和來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 發生反應生成矽酸溶膠，以鹽酸為倒反應式如下〆

Na2O ·nSiO2+ mH2O + 2HCl→ 2NaCl+ nSiO2·(m + 1)H₂O 在水玻璃改性過程中，使用的酸量越多，生成的矽酸溶膠濃度越 大，耐水性越好。但矽酸溶膠濃度過大，存放時間變短、塗料不穩定。

因此酸改性一般用在耐水性要求不高的塗料較多。

(4) 金屬氧化物和可溶性的金屬鹽

金屬氧化物有氧化鋅、氧化鎂、氧化鈣等。可溶性的金屬鹽為鋅、

鈣、鎂、鋁等多價金屬的碳酸鹽、硫酸鹽和氯化物。這類固化劑與鈉水玻

璃反應，除生成矽酸溶膠外，還生成一種不溶於水的白色膠狀沉澱。這類 沉澱不但懸浮性好還具有一定的遮蓋能力與耐水性。

(5) 有機化合物

乙二醛，乙二醇二醋酸纖維素可在水玻璃中離解出有機酸，使鈉水玻 璃膠化，這些有機物具有對水玻璃中的Na⁺有較好的固定作用。這方面的 固化技術正在開發研究之中。

故以水玻璃為基料的材質，必頇加入一定的固化劑來改善其耐水性 和固化性能，而理想的固化劑應具有以下特點:

(1) 產品無毒或低毒性，生產過程無污染。

(2) 固化速度適中，不出現過早凝結或不凝結之現象。