釐清與“矽”有關的常見專有名詞 ---兼談無機塗料與有機塗料之爭(上篇)

清水模風格裝飾材料的流行,連帶使得相關的保護劑市場亦備受關注,面對林林總總的保護劑,橫跨無機與有機領域的“矽(Silicon)”,是大家最常見的保護劑體系;本文作者試著為大家釐清一些與“矽”有關的常見專有名詞,並談談無機塗料與有機塗料之爭。

一、 認識與矽有關的常見專有名詞

1. 矽(Silicon)

→舊稱Silicium,化學符號是Si,原子序是14,地球上含量第二高的元素.

與碳一樣,能形成4個穩定的化學鍵,尤其是在與氧結合時,能形成更

耐久、強勁、靈活的化學鍵.

2. 二氧化矽(Silicon dioxide)

→化學式是SiO2,通常以沙土或石英(結晶)形式存在,或以矽粉、沈澱

或氣相二氧化矽(非晶型)等細粉形態存在.

→二氧化矽是一種常用於多種聚合物填料系統的礦物增強成分,以多

種有效形式存在.

→矽灰(微矽粉)常用於混凝土,能提高強度與耐化學性,並降低孔隙率.

→結構自體防水重要概念

取材自天然礦物(如沸石)的矽質防水粉,亦是運用SiO2等的反應活性

,與水泥水化後的氫氧化鈣(Ca(OH)2)發生反應生成矽酸鈣,藉此堵塞

水泥毛細孔通道,阻止水分子進入,但保持透氣性.

3. 矽酸鹽(Silicate)

→矽、氧和金屬(主要有鹼金屬或鹼土金屬、Fe、Al、Mn等)組成的化

合物的總稱.

→矽酸鹽礦物(常見如石英、雲母、滑石、蒙脫石等)的基本結構是矽

—氧四面體,在這種四面體內,矽原子占據中心,4個氧原子占據四角.

*矽 —氧四面體結構(請見圖一)

這些正四面體以鏈狀、雙鏈狀、片狀、島狀、環狀、三維架狀等

方式連結起來.

→無機塗料(如德國凱恩(Keim)礦物塗料)、水泥基滲透結晶型防水塗

料(矽酸質塗佈型防水材料)與無機防水劑(如永凝液(DPS))的主要成

分.

→結構自體防水重要概念:

矽酸鹽能與水泥的水化產物發生反應,生成針狀晶體的化學物質,堵

塞或封閉水泥砂漿與混凝土的毛細孔通道,阻止水分子進入,但保持

透氣性.

化學反應中的M = 鈉 (Na), 鉀 (K) 或鋰(Li)。鹼金屬矽酸鹽和基材裡的氫氧化鈣反應如下：

M₂O·n SiO₂ + Ca(OH)₂ → CaO·SiO₂ + (n-1)SiO₂ + 2MOH

4. 矽溶膠(Silica sol)

→奈米級的二氧化矽顆粒在水或溶劑中的分散液.由於矽溶膠中的

SiO2 含有大量的水和OH-(氫氧根),所以矽溶膠也可以表述為

m SiO2 . nH2O.

→無機塗料中的次要黏結劑,本身黏結能力較差,一般要與矽酸鹽、

有機合成樹脂(主黏結劑)進行複配.

→與矽酸鹽相較,抗鹽析性優,耐水性好,乾燥速度快.

5. 矽烷(Silane)

→由1個位於中央的矽原子和4個附著體構成的分子,這些附著體可

以是任何有機或無機基團的組合.

→附著有烷基的烷氧基矽烷是適用於混凝土與砌體的高效憎水處理

產品;同時附有無機與有機附著體的矽烷可作為具有多種實用變體

的偶聯劑.

6. 矽氧烷(Sioxylane)

→指含有Si-O鍵的化合物,由此構成主鏈結構的聚合物稱為聚矽氧烷.

→有機矽是指含有Si-O鍵,且至少有1個有機基是直接與矽原子相連

的化合物，習慣上也常把那些通過氧、硫、氮等使有機基與矽原

子相連接的化合物也當作有機矽化合物.

*最簡單的聚二甲基矽氧烷結構(請見圖二)

→目前應用最廣的聚矽氧烷,絕大多數是有機矽,包括矽油、矽橡膠和

矽樹脂(矽氧樹脂)等。

→合成矽氧烷的原料是矽烷SinH2n+2的衍生物。由R2SiCl2型有機氯

矽烷(R為烷基)水解可得線狀矽氧烷和環狀矽氧烷。用R2SiCl2與

RSiCl3型有機氯矽烷水解、縮聚得交聯矽氧烷。

→如上所述, 矽樹脂均由三官能矽單元組成，矽原子上充足的甲基將

高能量的聚矽氧烷主鏈屏障起來，C-H間相互作用力十分微弱，使

得矽樹脂在化學性能上成為介於純粹無機物和純粹有機物之間的中

間體系.

→因為矽樹脂可說完全保留了無機物的特性，所以使用它作為基料的

塗料，有學者把這類塗料歸類為無機塗料。

→市面上常看到的有機矽(矽樹脂)保護劑(防水劑/撥水劑),就是矽烷/

矽氧烷類的產品.例如,可將矽烷的反應性和滲透性與矽氧烷的流動性

和水珠效果(憎水)相結合。或是利用乳液技術實現水性(非溶劑)配方,

甚至轉化為粉末產品。或是以矽樹脂改性丙烯酸(壓克力)、環氧樹脂

等的混合技術或配方運用。

→矽樹脂保護劑常見水性與油性(溶劑型)、有膜與(滲透)無膜的區別,

滲透無膜指的是不會在基材表面上成膜,它的防水機理是在基材毛細孔

管壁形成憎水膜層,但保持透氣性。

7. 矽利康(Silicone)

→這是與大家最親近且經常聽到,與“矽”有關的常見名詞,絕大多數指的是

作為填縫劑或密封膠(黏著劑)的矽利康。請注意,Silicone指的就是矽樹脂

(矽氧樹脂)或稱矽酮,和化學元素的“矽(Silicon)”不同。

→早期Silicone的英文名稱是由酮(Ketone)衍生而來,二甲基矽酮(Dimethylsilicone)

具有與丙酮(Acetone)相似的分子式,從而被錯誤的推斷兩者具有相似的

結構。雖是錯誤,但矽酮已被沿用成為矽利康另一個代名詞。

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