硅酸盐矿物涂料,或称矿物涂料,是使用矿物粘结剂的涂料涂层。在涂料领域,有两种相关的矿物粘结剂发挥作用:石灰和硅酸盐。在二氧化碳的作用下,石灰基粘结剂会碳酸化,而硅酸盐基粘结剂会固化,它们共同形成水合硅酸钙。
石灰涂料的耐候性,除湿壁画技术外,仅属中等,因此主要用于文物保护。矿物涂料通常指的就是硅酸盐涂料。这些涂料使用钾水玻璃作为粘结剂,也被称为水玻璃涂料或Keimfarben,后者以其发明者命名。
矿物硅酸盐涂层被认为具有持久性和耐候性,其使用寿命可超过一百年。瑞士施维茨市政厅和莱茵河畔施泰因的"白鹰旅馆"在1891年涂上了矿物涂层,挪威奥斯陆的外墙在1895年,德国特劳恩施泰因的外墙在1891年也进行了涂装。这些历史案例说明,硅酸盐涂料在正确施工的条件下可以经历长期气候暴露而保持稳定。
炼金术士在追寻贤者之石、以制造黄金的过程中,在壁炉里发现了闪闪发光的玻璃状珠子。沙子与草木灰混合加热后凝结成水玻璃珠。19世纪,Van Baerle 在根斯海姆和 Johann Gottfried Dingler 在奥格斯堡首次工业化生产了用作窗户的小圆水玻璃板。Johann Nepomuk von Fuchs 首次尝试用水玻璃制作涂料。
大约在1850年,画家 Kaulbach 和 Schlotthauer 为慕尼黑的绘画陈列馆涂刷了外墙涂料。由于使用了无法被硅化的土质颜料,颜料从水玻璃中洗脱了。这一失败说明,硅酸盐涂料必须使用耐碱、能与水玻璃化学结合的矿物颜料,而不能使用普通土质颜料。
1878年,工匠兼研究员 Adolf Wilhelm Keim 为"矿物涂料"申请了专利。自此,这些涂料由位于奥格斯堡附近迪多夫的后继公司 Keimfarben 制造。Keim 依赖 V. van Baerle 作为水玻璃的来源,也曾尝试自己制造硅酸盐涂料。他的实验历经多年才成熟,最终获得了良好效果。位于莱茵河畔根斯海姆的 Silinwerk van Baerle 和位于奥格斯堡附近迪多夫的 Keimfarben 都是知名的制造商。
Keim 进行深入研究的动力源自巴伐利亚国王路德维希一世。这位爱好艺术的君主对意大利北部色彩丰富的石灰湿壁画印象深刻,他希望能在自己的王国巴伐利亚也欣赏到这样的艺术品。但是阿尔卑斯山以北更恶劣的天气在短时间内就摧毁了这些精美的画作。因此,他命令巴伐利亚的科学家们开发一种具有石灰外观但更持久的涂料。
矿物涂料含有无机着色剂以及基于钾的碱性硅酸盐,即水玻璃,也称为硅酸钾、液体硅酸钾或 LIQVOR SILICIVM。矿物涂料涂层不会形成独立的层,而是与基材永久结合,这一过程称为硅化作用。
这导致了涂层与基材之间高度耐用的连接。水玻璃粘结剂对紫外线具有高度抵抗力。虽然基于丙烯酸酯或硅树脂的涂料多年后容易在紫外线作用下变脆、粉化并开裂,但无机粘结剂水玻璃保持稳定。与基材的化学融合以及粘结剂的抗紫外线性,是硅酸盐涂料具有极高使用寿命的根本原因。
硅酸盐涂料需要含硅基材才能固化,因此非常适用于矿物质基材,如矿物抹灰和混凝土,在木材和金属上的应用有限。硅酸盐涂料的透水蒸气性等同于基材的透水蒸气性,因此不会阻碍水蒸气扩散。建筑结构或抹灰中所含的水分可以毫无阻碍地向外扩散,这能保持墙壁干燥并防止结构损坏。这一特性有助于避免水汽在建筑材料表面凝结,降低藻类和霉菌滋生的风险。
水玻璃粘结剂的高碱性增强了其抑制微生物滋生的效果,并无需添加额外的防腐剂。由于矿物涂层不像分散型或硅树脂涂层表面那样容易产生静电或热塑性,因此污垢不易附着,附着的污垢颗粒也更容易清洗掉。硅酸盐涂料不可燃,不含有机添加剂或溶剂,符合 DIN 18363《涂料与涂层作业》第2.4.1节的要求。
硅酸盐涂料的色调稳定性很高。由于仅使用不会因暴露于紫外线辐射而褪色的矿物颜料进行着色,涂层颜色能数十年保持不变。硅酸盐涂料基于矿物原料,在制造和使用效果上都具有环境兼容性。其高耐久性有助于节约资源,无污染物的组成有益于健康和环境,因此在可持续建筑中越来越受欢迎。
通常区分三种类型的硅酸盐涂料。纯硅酸盐涂料由两种成分组成:干燥或水浆形式的色粉和液态粘结剂水玻璃,符合 DIN 18363 第2.4.1节。纯硅酸盐涂料的加工需要丰富的经验和专业知识,目前已被视为历史性工艺。
20世纪中叶左右,第一种单组分硅酸盐涂料问世。添加不超过5%质量百分比的有机添加剂,如丙烯酸酯分散体、疏水剂、增稠剂或类似物质,使得即用型涂料得以装罐出售。这些也被称为"分散型硅酸盐涂料",符合 DIN 18363 第2.4.1节。此类硅酸盐涂料的应用范围比纯硅酸盐涂料大得多,因为分散体使得涂料可以用于基材不够坚固或含有有机成分的场合。此外,其处理和施工也比纯硅酸盐涂料简单。
2002年,引入了第三类硅酸盐涂料:溶胶-硅酸盐涂料。其粘结剂是二氧化硅溶胶和水玻璃的组合。有机部分的质量百分比限制在5%,类似于分散型硅酸盐涂料,从而允许化学固化并保留硅酸盐特有的优势。溶胶-硅酸盐涂料允许在非矿物抹灰上使用。对于这类涂料,粘结既通过化学方式也通过物理方式发生。溶胶-硅酸盐涂料彻底改变了硅酸盐涂料的应用领域,这些涂料可以轻松、安全地应用于几乎所有常见基材。
硅酸盐涂料适用于混凝土、石膏抹灰、石灰抹灰、砌体和石材等矿物基材。基材必须清洁、坚固、吸水率适当,并能与碱性水玻璃发生反应。对于疏松、起粉或含有机物的旧涂层,需要先进行加固或清除,否则硅化反应无法形成足够的粘结。
硅酸盐涂料用于环保、无毒的应用,尤其适合砌体产品,具有高耐久性和耐光性。其高透水蒸气性使墙体保持干燥,减少凝结和霉变;耐酸雨性能使其适用于工业环境和历史建筑;抗真菌特性减少了维护需求;在水泥基材料上,硅酸盐涂料还可以减少碳化,保护钢筋免受腐蚀。
在历史建筑修复中,硅酸盐涂料因透气、耐候和颜色稳定而被广泛采用。在新建建筑中,它被用于外墙、地下室、车库和潮湿区域。使用时应遵循产品说明和 DIN 标准,控制稀释比例、施工温度和干燥条件,以确保硅化反应充分进行。