小议无机涂料

在2015年第五届国际功能涂层开发及应用高峰论坛上，我曾为大会撰写了数篇论文，其中一篇题为“掀开无机涂料新的一页”。当时在国内研发生产无机涂料的单位较少，近年来，在国内外绿色、低碳、环保减排的推动下，涂料行业为了解决VOC的排放，节约资源、能源，减少安全事故，注意力逐渐发生转变。特别是在国家讨论颁布“产业结构指导目录”（2019年版本）时，涂料业对研发生产无机涂料及有—无机型涂料的兴趣日益高涨，我国也出现了不少研发生产无机涂料的单位和企业。

2019年颁布的“产业结构指导目录”涂料工业方面的内容简介

1、鼓励类：水性涂料（木器、工业、船用涂料）、高固体份、无溶剂、辐射固化涂料、低VOC含量的与环境友好的节约资源型涂料、用于飞机高铁领域的高性能防腐涂料，以及单线产能大于等于3万t/a的氯化法生产钛白粉的企业。

2、限制类：限制新建硫酸法钛白粉项目；限制铅一铬黄颜料以及小于1万t/a的氧化铁颜料企业；限制溶剂型一般功能的涂料生产（鼓励类的涂料品种及生产工艺除外）；限制含异脲酸三缩甘油酯（TGIC)的粉末涂料生产装置。

3、淘汰类：有改性淀粉、纤维的多彩内墙涂料（树脂以硝化纤维素为主，溶剂以二甲苯为主的O/W型涂料）；氯乙烯——偏氯乙烯共聚乳液外墙涂料；焦油型、聚氨酯防水涂料；水性聚氯乙烯——焦油防水涂料；聚乙烯醇及缩醛类内外墙涂料（如106.107等）；聚醋酸乙烯乳液类（含乙烯/醋酸乙烯共聚乳液）的外墙涂料以及有害物质超标的内墙涂料；溶剂型木器涂料；玩具、汽车及外墙涂料和含对氯苯基三氯乙烷、三丁基锡、全氟辛酸及盐类、全氟辛烷磺酸、红丹等有害物质的涂料；含DDT的涂料。

表1，无机涂料与有机涂料（物化）性能对比

附注：据我国权威部门对建筑涂料（无机涂料与有机涂料，乳胶漆）类产品的有毒、有害物质及重金属含量的测试，可知无机涂料的VOC含量为小于2克/升，苯、甲 苯、二甲苯乙苯的含量均小于10mg/kg，游离甲醛小于5mg/kg。

无机涂料的组成

无机涂料是由无机聚合物和经过分散活化的金属，金属氧化物的纳米级材料（即上述材料的粒径在1纳米~100纳米之间的材料），稀土超微的粉体材料所组成的无机聚合物涂料，换句话说，无机涂料是一种以无机材料为成膜物质的涂料，也是全无机矿物质涂料的简称。

这种涂料能与钢结构表面的铁原子快速反应，生成具有物理及化学两种形式双重效果，且有保护作用，对环境无污染（环保、没有VOC排放），使用寿命长的一种新型高科技产品（广泛应用在建筑工程上）。

在建筑工程上常用的无机涂料是用碱性硅酸盐水溶液和胶体二氧化硅的分散液这两种成膜物制成硅酸盐和硅溶胶（胶体状二氧化硅），加入颜料、填料及各种助剂，最终形成的硅酸盐涂料和硅溶胶涂料，环保并具有优异的物理、化学性能。

无机涂料/无机—有机涂料分类

无机涂料是用无机高分子材料为基料（成膜物质）所产生的涂料，以下为目前研发生产的无机涂料。

◆有水溶性硅酸盐系（即水溶性的硅酸盐类，硅酸盐H2SIO3(SIO2*nH2O），一般正硅酸的酸性很弱，将酸加入到可溶性硅酸盐溶液中，就可以得到硅酸）。硅酸钠即水玻璃，硅氧、金属组成的化合物的总称，是构成岩石、粘土、石棉、云母的主要成分，种类繁多，大部分为晶体，熔点较高，不溶于水。但碱金属的硅酸盐都能溶于水，硅酸钾可溶于水。

◆硅溶胶系（即硅酸溶液）

◆有机硅（也称硅树脂）树脂，它是由三官能团和二官能团的有机硅单体，经水解和缩聚而成的树脂总称。

◆无机聚合物系列，是指分子主链含有碳以外的其他元素原子，侧链上含有非有机基团的高分子的总称。

有机-无机复合型涂料是采用有机和无机材料共同作为基料（成膜物）的复合型涂料，有机涂料和无机涂料在施工过程相互结合在一起。若按装饰效果这种复合型涂料，又可分为以下几种形式：1，表面平整光滑的平面涂料（也叫平涂）；2，表面形成沙粒状的为砂壁状涂料，如真石漆；3，表面形成凹凸不平花纹，具有立体装饰效果的复合层涂料，如浮雕。

按使用功能来分类可分为普通功能性涂料（如建筑上用的内外墙涂料）以及特种功能性涂料，如建筑上防火、防水、防霉、马路画线涂料等，以及为了满足人们健康，安全方面的抗病毒涂料，负氧离子涂料等。

按使用过的颜料及效果，又可把涂料分为：透明涂料、具有各不同色彩的有色涂料。其中按使用颜料的主要成分（类别）又可分为具有天然无机颜料的涂料及有机颜料、金属颜料的涂料。

无机涂料的特性

以天然矿物及氧化改性的硅酸钾所构成的无机涂料为例：硅酸钾K2SiO3无色或微绿色块状或粒状固体，熔点976°C，可溶于水，具有碱性，遇酸分解，可析出SIO2，作为建筑用无机涂料，它具有以下特性：

石化作用——无机涂料施工在砼、砖、石等基面上，可与基面上的矿物质发生化学反应，形成一种防水、防酸的岩石层，简称为石化作用。

不燃性——无机涂料的主要成分是无机物，无机物本身具有良好的抗温性，一般在1200°C的高温下，不会燃烧，并且具有阻燃性。

透气性——无机涂料具有优异的防水性和呼吸力，它可以使建筑基材内部的水分自由地向外蒸发，同时因为硅酸盐碱金属化合物具有碱性，可以免受碱性物质的污染（用无机涂料，可以免除在基材上涂刷一道封闭底漆的工序）。无机涂料的涂膜由于上述原因，不会出现涂膜爆裂，脱落及起泡等弊病。

防止霉菌及苔藓的滋生——无机涂料属于碱性pH大于10.5，能杀菌、灭苔藓，加上其具有透气性，可保持建筑物自身的干燥（就像人体的皮肤一样，可以使皮肤内部排至体外，但水分不能通过皮肤进入体内）。由于它不存在霉菌生长条件，所以它无需加入防霉剂，也可达到防霉、防潮的效果。

色彩鲜艳，不褪色——无机涂料具无机化合物的特性，特别是经过特殊的氧化改性处理后，它具有超强的耐候性和防辐射能力。

环保——无机涂料没有可发挥的有机化合物（VOC），不会产生有害废气，也不产生静电，不会造成尘埃在建筑物表面的堆积，在生产、施工、应用时无溶剂的挥发，所以对环境生态是有益的。

使用无机颜料——无机颜料分为天然与人造两种，这种颜料具有色泽鲜艳、色彩纯正，遮盖力强，品种齐全和优异的耐晒、耐热、耐候等等一系列优点，是未来颜料的发展方向。

以上特性都是有机涂料所不具备的。

德国的科学家凯姆将水玻璃（硅酸钾）和无机色素所制造的无机涂料，在1878年8月10日，获得了国王卢德维一世颁发的专利，并应用在德国特劳士及瑞士的几栋古典建筑的外墙上。至今100多年过去了，外墙的色彩，还亮丽如新，足以见证无机涂料优异的长寿和阻燃、耐候性的优异。

从上面数据可知国内外所产生的无机涂料在环保生态上是友好、合格的，在与人安全健康上是友善的，均属于上品，是值得推广的涂料产品。

无机涂料的发展情况

由于地球环境的急剧恶化和严重污染，当前的涂料生产，应用有大量的VOC排放（所谓VOC是指具有一定挥发性的有机化合物，而这些有机化合物的沸点小于等于250°C，并能产生光化学反应的有机化合物，具备这三个条件的可挥发性的有机化合物才算VOC），对环境生态会产生破坏，并会对人的安全健康造成危害，这一切都会直接威胁到人类的生存空间，再加上涂料在今日的社会上应用面越来越广，使用量也越来越大，致使如何研发生产绿色、环保、低碳、高效、减少不可再生资源的使用及节能的新型涂料，已成为国内外涂料界有识人士形成的共识和研发，创新的主流。

就在此时，无机涂料、无机—有机复合型涂料，就呈现在世人面前，而且发展的速度很快，但由于他们的出现时间尚短，占据涂料生产研发的份额相对还比较小，还有很多不完善的地方，值得引起我们在当前涂料业创新、升级、转型期间的高度重视。

无机涂料存在的问题

◆标准缺失

目前无机涂料在国内的市场占有量小于5%，到目前为止无机涂料还没有一个明确的标准加以规范。

国内存在数十家无机涂料的生产研发企业和有关单位，对于所生产的无机涂料基本上是没有企业标准的。企业所生产或研发的产品，大致都是只向客户介绍二方面内容：1，产品的主要成分、制作工艺；2，产品的主要特性（大致包括有可防火、健康、环保无VOC和重金属，可抗污、无静电发生、不吸尘、防霉、抗碱、不褪色、色彩品种较多、施工简单等方面内容）。但不同企业对其特性的介绍方式和方法也各有不同，甚至有些单位根本对其产生特性的原因也有差异和错误之处。

所以为了促进无机涂料的健康发展，应该尽快设法制定有自己特色的企标、行标和国标，规范无机涂料的生产施工工艺和应用，彻底净化无机涂料的混乱局面。建议行业或企业间多组织一些行业间的学术交流和技术论坛。

◆定义不明确

由于无机涂料至今没有一个明确的定义，在研发生产时，为了弥补在物化中性能方面的不足，有些企业会加入一些有机基料，进行复合改性，如在硅溶胶中加入苯丙或纯丙乳液进行改性。

◆存储性能差

无机涂料在储存上，经常会发生分层储存性能差（粉体涂料例外）在施工中也存在着流平性欠佳等问题。若不能按照施工规范认真施工，会出现施工效果差的现象。涂料本身只是一个半成品，对于不同基材的涂料的应用，真正的成品是涂膜，所以一定要坚持涂料一体化的方针，在这方面我们与国外还是有一定的差距。

◆应用领域窄

目前无机涂料在应用上，绝大部分所生产的产品大多都是应用在建筑行业，其他方面的产品研发生产的较少。如何开发无机涂料在工业产品上的应用，是今后研发和生产的一个方向，在国内外市场都具有市场空间。

◆尊重科学的作风

要克服浮躁情绪和尊重科学的作风。现在不少企业在研发新产品，申报专利和企业介绍中，经常会看到使用的原料、粉料都属于一种特别加工的纳米材料。由于纳米材料本身具有纳米材料的四大特性，可以为新材料赋予很多新的特殊功能。但有些申报专利的人员，根本不了解其纳米材料的定义，甚至把他们应用的粒径在10微米以下的粉体材料的，误认为是纳米材料。其次即使应用了纳米材料，在纳米范围的细微粒子，在应用时会产生团聚现象，如何解决团聚问题都不清楚，就开始标榜自己的产品，这是一种不科学的态度，是科技工作者的大忌，应予及时纠正。

小结

在环保生态友好化和对人安全健康友善化的要求，在8E原则的指导下国内外的科技工作者，将会在与环保生态友好型，资源一能源节约型与人的安全健康型的涂料的研发上，通过各方面共同合作，出新招，大力开发合乎时代要求的新型涂料之花，笔者认为无机涂料必将是在不久将来，大放异彩，成为快步发展的一朵发光的新花。

作者：方震

荣格近期网络研讨会，欢迎参加