CN1004693B - 无机涂料层的形成方法 - Google Patents

Abstract

一种在衬底上形成无机涂层的方法，它包括往初底上涂敷含固体粉剂的水玻璃基底涂料；在受控条件下干燥底涂层；往底涂层上涂敷不含固体粉剂或含很少固体粉剂的水玻璃基外涂层材料；再次在受控条件下干燥涂层，用酸－铵盐系水溶液对涂层进行化学处理使之固化；清洗和干燥涂层。所得到的涂层具有极好的不可燃性和耐加热性，极好的光泽和干滑度、耐污染性和耐风化性，可用于厨房或浴室之类场所，此外，在涂层形成期间不损坏衬底。

Description

无机涂料层的形成方法

本发明涉及无机涂料层的形成方法。特别涉及用含水碱金属硅酸盐系无机涂层材料涂敷衬底，对金属、玻璃、木材、塑料等无机或其它多孔衬底或者非多孔衬底进行装饰性精加工的方法。

例如石棉水泥板和硅酸钙板一类的衬底，由于它们的不可燃性和十分耐用，而被广泛用作建筑材料等等。这类衬底一般没有装饰性外表，而当要求美观的外表时，使用有机油漆涂层对衬底进行精加工。然而，有机油漆易燃并且耐用性差，这会损坏衬底通常极好的性能，因此，为了保证更好地应用衬底的这些极好性能，现在都广泛地使用不易燃的无机涂层材料。

这种无机涂层材料的样品，包括以可溶于水的碱金属硅酸盐水溶液（所谓的水玻璃）、硅酸胶状溶液（所谓的胶状二氧化硅）、含水金属凝聚磷酸盐和碱性硅酸盐为基础的无机涂层材料。

然而，无机涂层尽管在耐加热性和不易燃性方面优越，但在挠度、光泽度和平滑度方面却不如有机油漆。例如石棉水泥板或硅酸钙板一类的多孔衬底，当它们吸水或者干燥时，或者当空气的湿度发生变化时，它们都会发生膨胀或者收缩，由于无机涂层材料的挠度差，该材料的涂层不能完全适应上述一类衬底大小的变化。这会引起涂敷层破裂。如果形成裂纹，污染物就会渗入裂纹附着于其上，并且污染涂敷表面。因而涂敷表面就会失去它的装饰外表。

进一步，由于风化组分通过裂缝从衬底向涂层表面发展，裂纹的形成势必会引起风化。如果涂料层含有风化组分，也难于完全防止风化。

用于装饰性建筑材料等的无机涂层材料，包括热固化型和冷固化型涂层材料。通常，热固化型涂层材料不能形成充分固化层，除非将它们加热到约200℃到300℃，对于石棉水泥板、硅酸钙板或类似的衬底，上述加热温度会造成强度降低、材料转化和色彩变化。冷固化涂层材料通常不造成衬底的损坏，但要获得完全固化的涂层，则要求多于一周的固化时间。

日本已审查专利公报（公告）No.49-47249公开一种获得固化涂料层的方法，该方法包括往衬底上涂敷高粘性涂层材料、用强酸处理液处理涂料层、随后干燥涂料层，上述高粘性涂层材料是通过在长时间周期内加热大量非晶体二氧化硅与碱金属硅酸盐混合物以熔化混合物而生产的。这种方法的特征在于，它使用一种通过加热和熔融大量非晶体二氧化硅粉末而生产的涂层材料，而不含有这种熔融二氧化硅的涂层材料将得不到所希望的效果，就象在公报公开的比较实例中证明的那样。然而，这种方法存在着涂层材料的生产和光泽等方面的问题。

本发明试图解决上述问题，提供一种用于形成无机涂料层的方法，该无机涂料层具有先有技术的无机涂料层的不易燃性和耐加热性，以及能与有机油漆或玻璃瓷釉相比美的光泽和平滑度。本发明的这种无机涂料层也具有极好的挠度、耐污染性和耐风化性，并且形成这种无机涂层的本发明方法并不因加热而损坏衬底。本发明的目的是提供一种无机涂料层，它能够用于厨房、浴室和类似大量用水的场所，而不会损坏它的装饰外表。换言之，本发明试图解决以下问题，即在厨房、浴室一类场所内使用的无机涂料层所装饰的部分，一般是通过在涂层内产生裂纹而被污染，即使裂纹很细，污染物也很容易进入并附着于衬底，从而导致损坏该部分的装饰外表。

本发明的上述和其它目的、特点和优点，是通过在衬底上形成无机涂料层的方法而达到的，该方法包括以下步骤：

在衬底上涂敷包括可溶于水的碱金属硅酸盐或者含固体粉剂的改性可溶于水的碱金属硅酸盐水溶液的底涂层材料;

以1到10℃/分的平均速率升高温度、并保持在一定温度直到底涂料层内的最终水分在1到20%（按重量）范围内，来干燥（以下称为第一次干燥）所得到的底涂层材料。

在所得到的干燥底涂料层上涂敷包括可溶于水的碱金属硅酸盐或者改性可溶于水的碱金属硅酸盐水溶液的外涂层材料，该改性可溶于水的碱金属硅酸盐不含固体粒子，或者含有比上述底涂层材料中数量少得多的固体粒子;

以1到10℃/分的平均速率升高温度、并保持在一定温度直到全部涂料层内的水分在1到20%（按重量）范围内，来干燥（以下称为第二次干燥）所得到的全部涂料层;

用pH值为3.5到10.0的酸-铵盐系水溶液处理（以下称为化学处理）所得到的包括底涂料层和外涂料层的全部涂料层，然后清洗和干燥如此处理的全部涂料层。

最佳实施例说明

以上按照本发明的方法中，由于底涂料层含有较大量的固体粉剂（固化剂、填充剂、颜料等），所以第一次干燥后的底涂料层是一种气孔较多的涂料层。在第一次干燥期间，温度上升速率和最终的水分被规定为：以涂料层变得尽可能致密的方式，控制涂料层中细密气孔的大小和数量。然后将可溶于水的碱金属硅酸盐系涂层材料涂敷到底涂料层上，上述可溶于水的碱金属硅酸盐系涂层材料不含固体粉剂或者含有少量固化剂、颜料、增稠剂等。一部分涂敷的涂层材料渗入到底涂料层中，从而使底涂料层致密化，一部分涂敷的涂层材料形成具有光泽、类似薄透明瓷釉的外涂料层，因为它不含或者只含少量的固体粉剂。这种外涂料层在相同的条件下（也就是控制温度上升速率和水分，以便得到更致密的涂料层）被第二次干燥。然后将包括底涂料层和外涂层的涂料层浸泡在具有一定pH值的酸-铵盐系水溶液中。当一部分酸离子与涂料层中的配料产生硬化效应时，酸离子有选择地强制地去除涂料层中的碱金属，以便固化或硬化涂料层。随后，将涂料层浸泡在水中，去除存留在涂料层和衬底中的未反应的酸-铵盐一类的物质。最后干燥已清洗过的涂料层，在此期间涂料层收缩并且细密裂纹均匀地出现在整个涂层上面。

按照本发明的方法，底涂料层和外涂料层的组合形成装饰外表，也就是给涂料层增加光泽。通过化学处理的固化或硬化涂料层能达到一种均匀而适中的固化、使细密裂纹均匀分布在整个涂料层上面。此外，通过控制干燥条件，使底涂层和外涂料层致密化，外涂料层向底涂料层渗透，进一步使涂料层致密化，与化学处理配合会使裂纹变得更加精细。因此，在预先形成、均匀分布的条件下，极细的裂纹吸收了衬底的膨胀和收缩，并防止大裂纹的形成，如此精细的裂纹以致污染物无法渗入到裂纹中去，从而在厨房或浴室内具有很强的耐污染性。换言之，如果在水玻璃基涂料层一类的无机涂层形成期间，没有形成这些精细的裂纹，过一段时间或者实际使用涂敷的衬底时，都将产生大裂纹。由于涂料层的致密和裂纹的均匀分布与极端精细，涂料层也具有极好的耐风化性和最后的装饰外表。现在将详细地解释以上叙述。

衬底

对于按照本发明方法将无机涂料层涂敷于其上的衬底没有特别的限制，它还包括任何一种多孔和非多孔、有机和无机成型制品。典型的样品包括石棉水泥板、石棉珍珠岩板、硅酸钙板、石棉水泥-硅酸钙板、熟石膏板、砂浆板、混凝土板、纸浆水泥板、木丝水泥板、玻璃纤维增强水泥板、碳纤维增强水泥板、钢纤维增强水泥板和ALC板，以及岩木无机模制品。也包括如金属板、玻璃板和瓷板一类的非多孔无机制品。

涂层材料

在本发明中使用的无机涂层材料（尤其是底涂层材料），是通过将可溶于水的碱金属硅酸盐水溶液与硬化剂、填充剂、和/或颜料一类的固体粉剂混合而生产的。底涂层材料中固体粉剂的数量在约10%（按重量）或者更多的范围内，最好在约20%（按重量）或者更多的范围内（以涂层材料的重量为基准）。上述固体粉剂的数量不得超过某个极限量，例如，80%（按重量）（以涂层材料重量为基准）。否则，固体粉剂将不能很好地溶解在作为涂层材料载体的硅酸盐水溶液中。通常，固体粉剂的用量在约20%到60%（按重量）的范围内。在外涂层材料中固体粉剂的数量是在约20%（按重量）〔最好约10%（按重量）〕到0范围内。

可溶于水的碱金属硅酸盐可用以下通用分子式表示：

M₂O·XSiO₂·H₂O

式中，M是属于元素周期表中的Ⅰ类族碱金属，X和Y各为正数。上述分子式中的X值没有特别限制，但从涂层的可成型性和的同性观点考虑，X值最好在2到5范围内。Y值也没有特别限制，它可以在某个范围内，在这个范围内的Y值，将得到适合于最终涂层组分的粘度，或者将不妨碍涂层组分的处理。

用多价金属化合物改良上述可溶于水的碱金属硅酸盐而得到的改性可溶于水的碱金属硅酸盐，可以用于本发明中。可溶于水的碱金属硅酸盐包括硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、等等。

改性可溶于水的碱金属硅酸盐，是通过使可溶于水的碱金属硅酸盐与一种或多种如镁、铝、钙、锌和锆一类多价金属的氧化物、氢氧化物、氟化物、碳酸盐、磷酸盐等化合物反应而形成的，它有助于提高涂层的抗水性、抗化学性等等。可溶于水的碱金属硅酸盐和改性可溶于水的碱金属硅酸盐，可以单独或者作为两种或多种的混合物用于本发明的无机涂层材料中。

实际上，可溶于水的硅酸钠具有极好的涂层成型性、附着性、低成本等等，并且可溶于水的硅酸钠可以单独形成极好的无机涂层材料。可溶于水的碱金属硅酸盐的加入量约为7%或者更多，最好约为10%或者更多，更可取的是约为15%或者更多，一般约在15%到60%范围内（以涂层材料的总量为基准）。

可溶于水的碱金属硅酸盐或改性可溶于水的碱金属硅酸盐的固化剂，包括氧化锌、氧化镁和氧化铝一类的多价金属氧化物;如氢氧化镁和氢氧化铝一类的多价金属氢氧化物;如碳酸锌、碳酸镁一类的多价金属碳酸盐：如磷酸镁、磷酸铝和磷酸锌一类的多价金属磷酸盐;如氟硅酸锌和氟硅酸铝一类的多价金属氟硅酸盐;如乙二醛和乙二酸酰胺一类的有机化合物;等等。可以使用一种或多种这类成分。硬化剂的有效量约为1%或者更多，最好约为3%或者更多，一般约为5%或者更多（按涂层材料的重量）。

填充剂包括如二氧化硅石、氧化铝和玻璃粉一类的粒状材料;如粘土、云母一类的片状材料;如玻璃纤维粉一类的纤维状材料;等等。

颜料包括二氧化钛、氧化铁红色颜料;铬黄色颜料;铬绿色颜料;佛青;合成紫色颜料;钴类兰色颜料和碳精黑色颜料。

如果需要，也可以使用如表面活性剂、分散剂、防沫剂和增稠剂一类的其它已知的添加剂。

注意，最好在底涂层材料中涂加固化剂，以便改进对衬底的附着力和涂料层的固化;最好还添加如填充剂一类的固体粉剂，以便使涂料层具有强度、耐用性和其它等等，或者均匀地形成细裂纹。从而，通过外涂层材料向底涂层材料渗透，并且与其中未反应的硬化剂作用，底涂层起到涂料层的基体作用而对外涂料层固化或硬化起补充作用。如果需要，也可以在底涂层材料中添加表面活性剂、防沫剂和增稠剂等等。

底涂层

在按照本发明的方法中，如上所述，首先将底涂层材料涂敷到衬底的表面上。通过喷镀、浸渍、滚轧-涂敷或者屏幕一涂敷等方法，可以完成这种操作。

底涂料层构成本发明的无机涂料层的主要部分，它的厚度范围能够满足涂料层所要求的各种特性。通常，固化后的底涂料层的厚度最好在20到100微米范围内。如果厚度为20微米或更小，将会降低涂料层的强度和外表质量。如果厚度为100微米或更大，就会在第一次干燥和第二次干燥期间，或者在化学处理期间，势必会形成大裂纹。从而降低涂层抗水渗透和耐污染一类的性能。

当要求平滑的涂层表面时，固体粉剂的最大粒度应小于涂料层厚度，在此范围内的固体粉剂的粒度是可以接受的。当用较大粒度的固体粉剂形成特殊表面结构（例如，将固体粉剂挤压到涂料层表面上形成表面图形）时，可以使用超出上述粒度范围的固体粉剂。固体粉剂的平均粒度最好是1微米或者更大。如果平均粒度小于1微米，在涂料层内难以达到固体粉剂的均匀分布，从而导致大裂纹的形成。

第一次干燥

在涂敷底涂层材料后的第一次干燥中，以1到10℃/分的平均速率升高涂料层表面温度，并将表面温度保持一定时间，直到涂料层中的水份在1到20%（按重量）范围内。在该条件下的第一次干燥，使得涂料层中的水份能够逐渐被蒸发，并且在水的蒸发速率和可溶于水的碱金属硅酸盐中的硅烷醇基的凝聚速率之间，能够维持适当的平衡，借此使包含在涂料层中的气孔数减至最少，从而形成致密的底涂料层。

如果涂料层表面温度的平均上升速率大于10℃/分，则水份的蒸发速率太高，并且水分蒸发速率和硅烷醇基凝聚速率之间失去平衡，将产生含有不希望有的气孔数的多孔涂层，或者引起泡沫。如果涂料层表面温度上升的平均速率小于1℃/分，干燥所需要的时间周期太长，从而降低该方法的可操作性和经济效益。

第一次干燥后的涂料层中的最终水份在1到20%（按干燥过的底涂料层的重量）范围内。为了达到这个最终水份，通常将涂料层的表面温度在40℃到150℃保持1分钟到48小时。如果水份大于20%（按重量），大量水份存留在涂料层中，并在底涂料层中不能形成令人满意的细小孔隙，从而导致外涂层材料向底涂层材料渗透不充分，因此将降低以涂敷外涂层材料为基础的涂料层的致密化效果。如果最终的水份小于1%（按干燥的底涂料层重量），硅烷醇基凝聚太快，用以下酸-铵盐水溶液进行化学处理，无法有效地去除碱金属部分（例如钠、钾），因为碱金属部分在凝聚产物中被固定得太稳定。如果通过化学处理不能从涂料层中去除碱金属部分，则涂料层必须在更高温度（例如230℃或者更高）固化，从而因加热造成衬底的损坏。

外涂层

涂敷外涂层的作用，是使涂料层具有光泽、平滑性、耐污染性和装饰外表等，以及填充底涂料层中的细密孔隙，以便通过第一次干燥致密形成的底涂料层更加致密。外涂层材料也包括可溶于水的碱金属硅酸盐或改性可溶于水的碱金属硅酸盐水溶液，但不包括固体粉剂，或者，为了在加热、着色等期间防止起泡，可以包括少量的如硬化剂、颜料一类的固体粉剂，这个数量很多，以至将不会降低以上所要求的外涂料层的特性。必要时，可以添加最小数量的必要的硬化剂，将硬化剂和含水硬化剂（乙二醛）配合使用可能是所希望的。

外涂料层的厚度没有特殊限制，但最好不超过10微米（干燥后）。如果厚度大于10微米，势必形成大裂纹，从而降低耐污染性或者起泡。

可以用喷镀、浸渍、滚轧-涂敷或屏幕-涂敷等方法，进行外涂层材料的涂敷。

第二次干燥

在第二次干燥中，如同在第一次干燥中一样，以1到10℃/分的平均速率升高涂料层的表面温度，并将温度保持在一定范围，直到涂料层中的最终水份在1到10%（按重量）范围内。如同在第一次干燥中一样，这种受控干燥可以使将要形成的外涂料层能够致密化。此外，如前所述，一部分外涂层材料向底涂层材料渗透，使得底涂料层更加致密。

由于第一次干燥中提出的同样原因，涂料层表面温度的平均上升速率被控制在1到10℃/分。

在第二次干燥中，涂料层中的最终水份被控制在1到10%（按底涂层和外涂层总重量）。一般通过使表面温度在40℃到150℃保持10分钟到48小时，来达到这个最终的水份。如果最终水份大于10%（按重量），硅烷醇基凝聚将不充分，甚至在以下化学处理期间，硅烷醇基的凝聚产物被溶解，也就是说，不能有效地和有选择地去除碱金属。如果最终水份小于1%（按重量），硅烷醇基的凝聚过程太快，在化学处理期间不能有效地去除碱金属，因为碱金属在凝聚产物中被固定得太稳定。如果通过化学处理不能有效地和有选择地去除碱金属，如前所述，为了硬化涂料层必须进行高温处理。

化学处理

在第二次干燥以后，将涂层浸泡在酸-铵盐系水溶液中，以便有选择地溶解和去除碱金属部分，借此固化或硬化涂料层。

如果采用pH值为弱酸性到接近中性的酸-铵盐系水溶液使涂层进行化学固化，则涂料层的固化或硬化比加热固化更加均匀和更加缓慢，从而形成的细密裂纹更加均匀地分布在整个涂料层上。

通常，如果将只涂敷碱金属硅酸盐水溶液并进行干燥而形成的涂料层进行加热固化，或者仅仅使其静置，则会在涂层上形成宽度为10到20微米的大裂纹。然而，本发明者们发现，如果涂敷碱金属硅酸盐水溶液，进行干燥，然后用pH值为3.5到10的酸-铵盐水溶液进行处理，则形成许多宽度为1到2微米的细密裂纹，并且均匀地分布在整个涂料层的表面上。即使衬底由于吸水膨胀，或者由于干燥而收缩，但所形成的裂纹是那样细密以致污染物质无法渗入其中，而细密裂纹又是那样均匀以致应力被分散和吸收。这防止了将降低耐污染性和耐风化性的大裂纹的形成，从而获得了具有良好耐污染性和耐风化性的涂料层。在按照本发明的方法中，首先，通过控制第一次干燥与第二次干燥中的温升速率和最终水份而达到干燥后涂料层的一定密度，其次，通过使外涂层材料渗入底涂层材料增加底涂料层的密度，其结果是经酸-铵盐水溶液化学处理后形成裂纹，其宽度能减小到一般为0.4到0.8微米的精细度，从而达到涂料层的最终密度。

在一般墙壁或天花板一类场所使用涂层时，具有宽度为1到2微米的均匀分布的裂纹的涂料层，将有足够的耐污染性。然而，如果在可能要经常充满水的从而可能产生污染的场所（例如厨房或浴室）使用涂层，即使具有宽度为1到2微米的裂纹的涂料层，也会由于污染物质在裂纹中的渗透和累积而被污染，从而损坏涂层的外表。然而，如果将裂纹的宽度减小到约0.4到0.8微米，就象在本发明中那样，即使在经常充满水的场所使用，涂料层也不会被污染或者涂层外表也不会受损害。

用酸-铵盐水溶液处理去除涂料层中的碱金属（它是潜在的风化成分），借此形成极好的耐风化涂料层。并且，即使将石棉水泥板或硅酸钙板一类的水泥基衬底用作本发明中的衬底，也能限制为固化涂料层加热衬底而引起的损坏，因为在比较低的温度下干燥后，按照本发明的涂料层在一定pH值的酸-铵盐水溶液中被固化。此外，衬底中的游离钙成分（它也是潜在的风化成分）能够被酸固定，借此增加耐风化性。另外，含有石棉或玻璃纤维作为增强物质的衬底，不会因加热或其它因素而受损坏。

在本说明中，术语“酸-铵盐水溶液”，指的是从酸或酸性盐与氨气、氨水化合物之间反应而生成的反应产物或反应产物的混合物。一般，可以通过溶解酸-铵盐或者加入酸和氨水或氨气制备酸-铵盐水溶液。

作为酸-铵盐水溶液的盐的酸部分，可以使用无机酸和有机酸及其酸性盐。无机酸系可以包括磷酸、氯酸、亚硫酸、硫酸、硝酸、氯化铝、硫酸铝、一代磷酸铝、一代磷酸钙和氮化铝等。有机酸可以包括乙二酸、柠檬酸、醋酸和酒石酸等。典型的酸-铵盐可以包括磷酸铵、硫酸铵、氯化铵和醋酸铵等。酸-铵盐水溶液的盐部分可以是两种或多种上述盐的混合物。通常，特别可取的是一代、二代或三代磷酸铵或它们的混合物。

酸-铵盐水溶液的pH值的范围为3.5到10.0最好是4到9，更可取的是从4.5到8.5，特别可取的是从5到8。如得pH值低于3.5或者高于10.0，将难以达到本发明的预定效果。

例如，适当地将氨水或氨气、或者酸加入到水溶液中，可以将水溶液的pH值调节到所希望的数值。如果需要，可以加入适当的缓冲剂，以便有效地维持所希望的pH值。

如果酸-铵盐水溶液的pH值低于3.5，将快速溶解出涂料层中的碱金属部分及显著地溶解出涂料层中的非碱金属部分。从而引起出现大裂纹，或降低产品的强度、耐用性、光泽、平滑度和装饰外表质量。包括水泥或含有石棉或类似增强物质的衬底也对化学制品变得敏感。

如果酸-铵盐水溶液的pH值高于10.0，将溶解出较大量的非碱金属部分，因而降低涂料层的光泽、平滑度和装饰外表质量。如果将pH值调节到上述范围内，酸-铵盐水溶液或处理溶液的浓度最好是从约0.2到约20%（按重量），典型的是从约0.5到约10%（按重量）;处理溶液的温度最好是在室温到约60℃之间;而处理时间周期最好是从约1到24小时。换言之，适于化学处理的条件，必须是能够以适当的溶出率有选择地去除涂料层中的碱金属部分，并且所使用的化学制品具有的pH值不得损害衬底。

经酸-铵盐水溶液处理以后，将涂料层浸泡在水中，以去除涂料层或衬底中未反应的酸-铵盐一类的可溶于水的物质。通常在水中浸泡约1到24小时就足够了。在盐水或类似溶液中（不是水）浸泡，可以缩短清洗所需要的时间周期。一种缩短清洗时间周期的有效方法是，使用强碱-强酸盐稀释水溶液〔也就是，约0.1到5%（按重量）〕，它能够加速去除存留的铵盐等（例如，通过化学反应的分解作用），并对涂料层没有实质性的影响，清洗后再干燥涂料层和衬底以致完成本发明之方法。

实例1

（1）涂层材料的制备

首先在罐磨机内混合以下配料（除了硅酸钠水溶液、表面活性剂和防沫剂以外），然后添加硅酸钠水溶液、表面活性剂和防沫剂，将所得到的混合物搅拌混合15分钟，以制备底涂层材料。

底涂层材料的组成

40%硅酸钠水溶液 100份（按重量）

氧化锌 30份（按重量）

二氧化硅粉 40份（按重量）

焦磷酸钾 2份（按重量）

钛白色颜料 20份（按重量）

水 90份（按重量）

5%表面活性剂 1份（按重量）

5%防沫剂 1份（按重量）

通过搅拌混合以下成分制备外涂层材料。

外涂层材料的组成

40%硅酸钠水溶液 100份（按重量）

水 100份（按重量）

5%表面活性剂 1份（按重量）

5%防沫剂 1份（按重量）

（2）涂层

通过空气喷镀法，将涂层厚度约为180微米的底涂层材料涂敷到厚度约为3毫米的硅酸钙板上。以4℃/分的平均速率升高涂层的表面温度，并将80℃时的表面温度保持10分钟，使最终水份为12%，对底涂料层进行第一次干燥。通过空气喷镀法，将厚度约为40微米的外涂层材料覆盖到底涂层板上。以3℃/分的平均速率升高涂层的表面温度，并将130℃时的表面温度保持2小时，使最终水份为6%，来进行第二次干燥。然后，将所得到的涂层板在磷酸铵水溶液（2.5%的一代磷酸铵和2.5%的二代磷酸铵，pH值6.5）中浸泡8小时，在水中浸泡12小时进行清洗，然后在80℃进行干燥。固化了的底涂料层厚度约为40微米，而固化了的外涂料层厚度约为3微米。

实例2

（1）涂层材料的制备

按照实例1中使用的程序制备涂层材料，但使用以下成分。

底涂层材料的组成

40%硅酸钠水溶液 60份（按重量）

30%硅酸钾水溶液 40份（按重量）

多磷酸铝 10份（按重量）

氧化镁 15份（按重量）

二氧化硅粉 45份（按重量）

焦磷酸钾 2份（按重量）

Aerosol（商品名称） 0.5份（按重量）

钴类兰色颜料 10份（按重量）

水 70份（按重量）

5%表面活性剂 1份（按重量）

5%防沫剂 1份（按重量）

外涂层材料的组成

40%硅酸钠水溶液 100份（按重量）

钴类兰色颜料 10份（按重量）

焦磷酸钠 2份（按重量）

水 100份（按重量）

5%表面活性剂 1份（按重量）

5%防沫剂 1份（按重量）

（2）涂层

通过空气喷镀法，将涂层厚度约为200微米的底涂层材料涂敷到厚度约3毫米的石棉平板上。以5℃/分的平均速率升高涂层的表面温度，并将60℃时的表面温度保持30分钟，使最终水份为10%，对底涂料层进行第一次干燥。通过空气喷镀法，将厚度约为60微米的外涂层材料覆盖到底涂层板上。以2℃/分的平均速率升高涂层的表面温度，并将120℃时的表面温度保持5小时，使最终水份为5%，进行第二次干燥。将所得到的涂层板在磷酸铵水溶液（将氨气鼓入5%的磷酸水溶液内而形成，将pH值调节到7.0）内浸泡6小时，然后在0.5%-盐水中浸泡5小时，随后用水清洗并在空气中干燥。固化了的底涂料层厚度约为45微米，而固化了的外涂料层厚度约为5微米。

实例3

（1）涂层材料的制备

重复实例1的程序，但使用以下成分。

底涂层材料的组成

40%硅酸钠水溶液 65份（按重量）

30%硅酸钾水溶液 20份（按重量）

25%硅酸锂水溶液 15份（按重量）

多磷酸镁 15份（按重量）

多磷酸锌 10份（按重量）

氧化铝粉 40份（按重量）

合成云母粉 10份（按重量）

钛白颜料 15份（按重量）

水 90份（按重量）

5%表面活性剂 1份（按重量）

5%防沫剂 1份（按重量）

外涂层材料的组成

40%硅酸钠水溶液 50份（按重量）

30%硅酸钾水溶液 50份（按重量）

水 100份（按重量）

表面活性剂 1份（按重量）

（2）涂层

通过空气喷镀法，将涂层厚度约为150微米的底涂层材料涂敷到厚度为4毫米的石棉水泥硅酸钙板上。以4℃/分的平均速率升高涂层的表面温度，并将90℃时的表面温度保持10分钟，使最终水份为9%，进行第一次干燥。然后通过空气喷镀法，将厚度约为50微米的外涂层材料覆盖到底涂层板上。以2℃/分的平均速率升高涂层的表面温度，并将130℃时的表面温度保持90分钟，使最终水份为7%，进行第二次干燥。将涂层板在磷酸铵水溶液（将浓铵水加入到5%的磷酸中，并将pH值调节到8.0）内浸泡8小时，然后用水清洗并在空气中干燥。固化了的底涂料层厚度约为36微米，而固化了的外涂料层厚度约为3.5微米。

实例4（比较例）

（1）涂层材料的制备

同实例1

（2）涂层

重复实例1的程序，但在第一次干燥中，涂料层表面温度上升的平均速率为15℃/分，使最终水份同实例1中一样。

实例5（比较例）

（1）涂层材料的制备

同实例1

（2）涂层

重复实例2的程序，但在第二次干燥中，涂料层表面温度上升的平均速率为15℃/分，使最终水份同实例1中一样。

实例6（比较例）

（1）涂层材料的制备

同实例2。

（2）涂层

重复实例2的程序，但在第一次干燥中，将60℃的表面温度保持5分钟（而不是30分钟）。其结果是，恰好在第一次干燥后涂料层的最终水份为25%（按重量）。

实例7（比较例）

（1）涂层材料的制备

同实例2

（2）涂层

重复实例2的程序，但在第二次干燥中，将120℃的表面温度保持30分钟（而不是5小时）。其结果是，恰好在第二次干燥后涂料层的最终水份为13%（按重量）。

实例评价

对实例中得到的涂料层进行试验，以便按照以下方法和标准评价它们的性能。

（1）最大裂纹宽度

将产品静置3个月以后，用电子显微镜进行测量。

（2）抗水渗透性

根据JISA6910（用于多层型喷镀材料的水渗透作用的试验方法），水平放置样品，将底端开口的漏斗搁置的样品上，开口底端紧接着样品的表面，用硅酮密封材料将接口周围封起来，静置48小时。然后往漏斗内注水，直到水头距样品表面高约250毫米。静置24小时以后，测读水头高度，从试验前后的水位差测定通过涂料层渗透的水量。

（3）耐污染性

根据JISA5703（内部使用的塑料层压板或印刷板的耐污染性的试验方法，水平放置样品，在样品表面上3或更多点处，将0.5毫升的商用兰黑墨水滴到涂层表面上。静置24小时以后，用肥皂水擦掉墨水。将光泽和色彩完全没有变化的样品注上标记“○”;将有轻微变化的样品注上记“△”;将有显著变化的样品注上标记“X”注上标记“○”的样品能够用于厨房或浴室之类的特殊场所。注上标记“△”的样品能够用于墙壁或天花板之类的一般场所。

（4）耐人工气候性

用老化（耐风蚀）测试机对涂层照射500小时以后，裸眼观察涂料层的表面状态。将完全没有变化的样品注上标记“○”，将光泽轻微降低或色彩轻微变化的样品注上标记“△”，将光泽显著降低或色彩显著变化或者有大裂纹、膨胀或剥落的样品注上标记“X”。

（5）抗沸水性

在100℃的沸水内浸泡8小时以后，裸眼观察涂料层的表面状态，并用刀具刮擦涂料层表面，检查涂料层是否发生软化。将完全没有变化的样品注上标记“○”;将光泽轻微降低或者色彩轻微变化的样品注上标记“△”，将光泽显著降低、色彩严重变化或者有大裂纹、膨胀、剥落或软化的样品注上标记“X”。

（6）耐风化性

重复十次循环试验，其中一次循环包括使底表面在水下的样品静置一天并在空气中干燥一天。十次循环以后，裸眼观察涂料层的状态。将完全没有风化的样品注上标记“○”;将显示出风化的样品注上标记“X”。

（7）光泽

裸眼观察样品。将光泽极好的样品注上标记“○”;将光泽稍差的样品注上标记“△”;将光泽差的样品注上标记“X”。

（8）耐酸性

将样品与10%的盐酸水溶液接触15分钟，随后用水清洗并干燥。裸眼观察涂料层的表面。将完全没有变化的样品注上标记“○”;将光泽轻微降低或色彩轻微变化的样品注上标记“△”;将光泽显著降低、色彩严重变化或者有大裂纹、膨胀或剥落的样品注上标记“X”。

（9）耐碱性

将样品与10%的氢氧化钠水溶液接触15分钟，随后用水清洗并干燥根据耐酸性中使用的相同标准进行评价。

（10）附着性

用切削刀具将涂料层表面切割成100个正方形，每一个正方形是2毫米×2毫米，将有粘性的胶带粘附在整个表面上。然后取掉胶带。将完全没有显示出剥落的样品注上标记“○”;将其中至少一个切块显示出剥落的样品注上标记“X”。

上述试验结果示于下表中

表

试验 实例 实例 实例 实例 实例 实例 实例

1 2 3 4 5 6 7

最大裂纹 0.5 0.6 0.4 1.1 1.5 1.0 2.2

宽度（微米）

抗水渗透性 2.8 3.0 2.2 3.8 4.5 3.7 6.5

（毫升）

耐污染性 0 0 0 △ △ △ ×

耐人工气 0 0 0 0 0 0 ×

候性

抗沸水性 0 0 0 △ △ △ ×

耐风化性 0 0 0 0 × 0 ×

光泽 0 0 0 0 0 0 0

耐酸性 0 0 0 △ △ △ △

耐碱性 0 0 0 0 0 0 0

附着性 0 0 0 0 0 0 0

Claims (24)

1、一种用于在衬底上形成无机涂层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

在衬底上涂敷底涂层材料，该底涂层材料包括可溶于水的碱金属硅酸盐或者含有固体粉剂的改性可溶于水的碱金属硅酸盐水溶液;

通过以1到10℃/分的平均速率升高温度并保持一定温度，直到底涂料层的最终水分为1到20%（按重量），来干燥所得到的底涂料层;

将外涂层材料覆盖在所得到的底涂料层上，上述外涂层材料包括可溶于水的碱金属硅酸盐或者改性可溶于水的碱金属硅酸盐水溶液，该改性可溶于水的碱金属硅酸盐水溶液不含固体粒子;

通过以1到10℃/分的平均速率升高温度并保持一定温度，直到整个涂料层的最终水分为1到20%（按重量），来干燥所得到的整个涂层。

用pH值为3.5到10.0的酸-铵盐水溶液处理所得到的包括底涂料层和外涂料层的整个涂料层;

然后清洗和干燥如此处理的整个涂料层。

2、按照权利要求1的方法，其特征在于，上述可溶于水的碱金属硅酸盐有以下通用分子式：

M₂O·×SiO₂·YH₂O

其中M是元素周期表中的Ⅰ类族碱金属，X和Y各为正数。

3、按照权利要求2的方法，其特征在于，上述X在2到5的范围内。

4、按照权利要求1到3任一项的方法，其特征在于，上述可溶于水的碱金属硅酸盐是可溶于水的硅酸钠、硅酸钾或硅酸锂。

5、按照权利要求1的方法，其特征在于，上述底涂层材料含有7%（按重量）或更多的可溶于水的碱金属硅酸盐。

6、按照权利要求5的方法，其特征在于，上述底涂层材料含有15%到60%（按重量）的可溶于水的碱金属硅酸盐。

7、按照权利要求1的方法，其特征在于，上述固体粉剂包括一种和多种硬化剂、填充剂和颜料。

8、按照权利要求1的方法，其特征在于，上述底涂层材料含有一种或多种表面活性剂、分散剂、防沫剂和增稠剂。

9、按照权利要求1的方法，其特征在于，上述外涂层材料含有一种或多种表面活性剂、分散剂、防沫剂和增稠剂。

10、按照权利要求7的方法，其特征在于，上述硬化剂是从多价-金属氧化物、多价-金属氢氧化物、多价-金属磷酸盐和氟硅酸盐及其混合物中挑选出来的。

11、按照权利要求7的方法，其特征在于，上述填充剂是从二氧化硅石、氧化铝、玻璃粉、粘土、云母、石棉和玻璃纤维及其混合物中挑选出来的。

12、按照权利要求7的方法，其特征在于，上述颜料是从二氧化钛、氧化铁红色颜料、铬黄色颜料、铬绿色颜料、佛青、合成紫色颜料、钴类兰色颜料和碳精黑色颜料及其混合物中挑选出来的。

13、按照权利要求1的方法，其特征在于，上述酸-铵盐系水溶液的酸部分，是从磷酸、盐酸、亚硫酸、硫酸、硝酸、氯化铝、硫酸铝、一代磷酸铝、一代磷酸钙、乙二酸、柠檬酸、醋酸和酒石酸中挑选出来的。

14、按照权利要求1的方法，其特征在于，上述酸-铵盐是从磷酸铵、硫酸铵、硝酸铵、氯化铵和醋酸铵中挑选出来的。

15、按照权利要求14的方法，其特征在于，上述酸-铵盐是一代、二代或三代磷酸铵或其混合物。

16、按照权利要求1的方法，其特征在于，上述酸-铵盐系水溶液的pH值为5到8。