專利名稱：一種水性室溫自固化無機富鋅涂料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及富鋅防腐涂料，特別是涉及水性室溫自固化無機富鋅涂料及其制備方 法。
背景技術(shù)：
涂料是一種材料，這種材料可以用不同的施工工藝涂覆在物件表面，形成粘附牢 固、具有一定強度、連續(xù)的固態(tài)薄膜，這樣形成的膜通稱涂膜，又稱漆膜或涂層，主要起到裝 飾或保護作用。鋼鐵長期暴露于空氣中表面易生銹，進而降低鋼鐵的力學性能，影響鋼鐵作 為力學構(gòu)件的使用壽命，因此往往需要在鋼鐵表面涂覆防腐蝕涂料，使鋼鐵與空氣進行隔 絕，起到保護作用。防腐蝕涂料主要包括有機和無機兩大類，其中有機樹脂涂料主要包括環(huán) 氧樹脂、丙烯酸樹脂、醇酸樹脂、氯醚樹脂、聚氨酯樹脂等涂料；無機涂料主要包括硅酸酯和 硅酸鹽等涂料。其中硅酸鹽涂料具有優(yōu)異的耐候性、長效防腐蝕性、卓越的附著力、與生俱 來的環(huán)保性能(水性體系)以及突出的耐酸堿性能，成為重防腐蝕涂料的不可或缺的體系， 它的涂膜堅硬耐磨，抗化學品腐蝕性能優(yōu)異，可耐高溫達400°C。它既可用作單一長效保護 涂層，也可用作高性能涂料體系的底漆(即水性無機富鋅涂料)。被廣泛用于船舶鋼甲板、 海上鋼結(jié)構(gòu)、儲罐、化學工廠、橋梁、電視塔和集裝箱等。傳統(tǒng)硅酸鹽生產(chǎn)存在工藝復雜、造價昂貴的缺點，且硅酸鹽樹脂儲存不穩(wěn)定易凝 膠，這些問題極大的限制了水性無機富鋅涂料的推廣應用。例如中國高科集團股份有限公 司開發(fā)的水性硅酸鋰無機富鋅涂料，其以硅酸鋰為粘結(jié)劑，具有極佳的陰極保護防腐功效， 其缺點在于硅酸鋰價格昂貴且熱應變性能不佳；公開號為CN12M736的中國發(fā)明專利號 公開了一種高模數(shù)的硅酸鉀無機富鋅涂料，其以低模數(shù)的硅酸鉀溶液為基料，在溫度高達 70°C下反應制備，須增加加熱裝置及溫控設(shè)備，使制備成本增加；同時使用單一的鋅粉會導 致涂層在氣溫偏高時大面積脫落。現(xiàn)有的技術(shù)使水性無機富鋅涂料的推廣受阻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決以上技術(shù)問題，而提供的一種工藝簡單、生產(chǎn)成本大大縮減而 儲存穩(wěn)定性提高的水性無機富鋅涂料。本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)一種水性室溫自固化無機富鋅涂料，由基料和粉料組成，所述基料通過如下方式 制備(1)以重量份數(shù)計，將40-70份模數(shù)為2. 5-3. 7、固含量在25_30%的堿金屬硅酸鹽 溶液中倒入帶有攪拌裝置的容器中，加入5-10份水，300-500r/min低速攪拌10-60min，使 硅酸鹽溶液混合均勻；(2)將20-30份粒徑為7-20nm固含量為25_32%的硅溶膠滴加入步驟(1)所得溶 液中，提高攪拌轉(zhuǎn)速至1000-1500r/min，當溶液由白色變成半透明粘稠溶液時，加入5_10 份水，控制溶液PH值為10-12;
(3)向步驟⑵所得溶液中滴加1-10份的硅烷偶聯(lián)劑，在1000-1500r/min的攪拌
轉(zhuǎn)速下反應1. 5-3. Oh ；所述硅烷偶聯(lián)劑為甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、氨丙基 三甲氧基硅烷和氨丙基三乙氧基硅烷中的一種或多種；(4)向步驟(3)所得溶液中加入0. 5-2份穩(wěn)定劑，在1000-1500r/min轉(zhuǎn)速下攪拌 30-60min，然后取100-300目濾網(wǎng)將沉淀濾去，得到透明基料；所述穩(wěn)定劑為TEG0-1300型、 TEGO-1400型、TEG0-1500N型、型、6 型和DM-042型穩(wěn)定劑中的一種或多種；以重量份數(shù)計，所述粉料由60-100份的球狀超微細鋅粉、0-20份的片狀鋅粉、 0-20份的顏填料、0-1份的分散劑混合均勻組成；所述球狀超微細鋅粉為粒徑> 500目的活 性鋅粉；基料與粉料以1 1.5-3. 5的比例混合均勻。為進一步實現(xiàn)本發(fā)明的目的，所述堿金屬硅酸鹽溶液為硅酸鋰、硅酸鉀和硅酸鈉 的一種或多種。所述硅溶膠粒徑在7-20nm之間。所述顏填料為改性三聚磷酸鋁、磷鐵粉、云母氧化鐵中的一種或多種。所述聚羧酸鹽分散劑為SPED-800型和/或GY-D06型分散劑。穩(wěn)定劑為水性化的齊聚硅氧烷或烷氧基化合物，可以是Degussa公司的 TEG0-1300、Degussa 公司的 TEGO-1400, Degussa 公司的 TEG0-1500N、Silok 公司的 628H、 Silok公司的629、德邦化工公司的DM-042中的一種或多種。無機富鋅涂料可以是江蘇科創(chuàng)金屬材料公司、優(yōu)美科富虹鋅業(yè)有限公司或長沙威 凌鋅材料有限公司生產(chǎn)的鋅粉。分散劑可以是揚州斯培德化工有限公司的SPED-800、中化化工科學技術(shù)研究總院 的GY-D06中的一種。本發(fā)明提供的水性自固化無機富鋅涂料包括基料和粉料兩個組分，基料組分不僅 能與粉料中的鋅粉發(fā)生交聯(lián)反應，形成硅酸鋅的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物；同時能與金屬基材表面 形成硅酸鋅鐵絡(luò)合物，使基材表面的鐵原子也成為涂層無機大分子結(jié)構(gòu)的組成部分，從而 形成牢固的化學鍵使涂層與基材之間具有優(yōu)良的附著力。開發(fā)高硅堿比(即模數(shù))的基料，可大大縮短涂膜表干和實干時間。涂膜表干20 分鐘后即可耐一定壓力的水洗；實干后富含Si-O-Si鍵的涂膜具有非常好的耐熱性，可長 時間耐400°C左右的高溫，瞬間耐高溫可達到800°C ；基料中添加的硅烷偶聯(lián)劑在水解后可 以增加涂料在金屬基材上的潤濕能力，加強Si-OH與金屬基材的鍵合；同時偶聯(lián)劑的疏水 烷基鏈段的引入，提高了水分在涂層上的接觸角并直接提高了最終的耐水性；在基料中添 加的穩(wěn)定劑，因具有特殊的分子結(jié)構(gòu)，加大了 SiO2聚集體表面的空間位阻，能夠有效的防止 基料在儲存或受熱過程中的進一步縮合而凝膠，大大延長了基料的儲存時間，同時也可以 進一步提升涂料對基材的附著力。粉料組分中的超微細鋅粉作為犧牲陽極，起保護鋼鐵基材的作用；粉料中的片狀 鋅粉具有多重防腐機制，能通過物理阻隔形成“迷宮式”有效的防止水汽滲透導致腐蝕的產(chǎn) 生，改性三聚磷酸鋁具有“雙重防銹”機理，解聚反應形成三聚磷酸根離子(P3Oltl5-)，它比磷 化處理用的PO43-離子，對!^3+離子以及各種金屬離子有更強的螯合力，在被涂物表面形成 卓越的鈍化膜，對鋼鐵等金屬物體的腐蝕具有極強的抑制作用，在干膜鋅粉含量較低時，配合使用可以達到更佳的防腐效果，磷鐵粉則由于其優(yōu)異的導電性能，在部分取代鋅粉的同 時，不影響其陰極保護能力，相反可以減小漆膜共聚力，提高涂料的機械性能；聚羧酸鹽分 散劑則能確定粉料充分分散于基料中。本發(fā)明具有如下優(yōu)點及有益效果(1)本發(fā)明采用低模數(shù)的硅酸鹽溶液，以添加小粒徑的硅溶膠在常溫下改性提高 模數(shù)，克服了傳統(tǒng)的以沉淀二氧化硅較高溫度下反應提高模數(shù)所帶來的生產(chǎn)成本提高的問 題。(2)通過添加穩(wěn)定劑提高硅酸鹽膠體的靜電位阻效應提高了基料組分的穩(wěn)定性。(3)通過硅酸鹽溶液間的復配，極大改善了涂料的最終成膜性能，顯著提高了涂層 的早期耐水性和附著力。(4)添加片狀鋅粉，啟用屏蔽、陰極保護以及自愈等多重防腐機制，改善了涂料的 施工性，同時大大提高了涂料的防腐蝕性能。
具體實施例方式為了進一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述，但是 應當理解，這些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的 限制。實施例1一種水性室溫自固化無機富鋅涂料，包括基料和粉料；其中，基料由如下步驟制 備1)取18. 78kg的模數(shù)為3. 6、以重量百分比計的固含量在的硅酸鉀溶液倒入 帶有攪拌裝置的容器中，加入2. 58kg的水，開啟低速攪拌400r/min持續(xù)10分鐘使硅酸鉀 溶液混合均勻。2)提高轉(zhuǎn)速至1500r/min，稱取5. 61kg的粒徑7nm的固含約為30%的硅溶膠，緩 慢滴加入容器中，保持穩(wěn)定的渦流約30min，此時溶液由白色變成半透明粘稠溶液。3)邊攪拌邊加入2. 22kg的水，使得到的溶液粘度適中，此時pH在約11。4)緩慢滴加總量為0. 3kg的甲基三甲氧基硅烷，在穩(wěn)定的渦流下持續(xù)反應2. 5h， 使其在溶液中充分水解。5)加入0. 51kg的Degussa公司生產(chǎn)的水性聚硅氧烷TEG0-1300作為硅酸鹽溶液 的穩(wěn)定劑，持續(xù)攪拌30min后取300目濾網(wǎng)將極少量的沉淀濾去，即得到透明度較高的基料 組分。粉料70kg的由江蘇科創(chuàng)金屬材料公司所生產(chǎn)的600目超微細鋅粉。將制得的基料與粉料以1 2. 33的比例混合均勻即可。混合后熟化30min的涂料，測得最終性能如下表1 表 權(quán)利要求
1.一種水性室溫自固化無機富鋅涂料，由基料和粉料組成，其特征在于所述基料通 過如下方式制備(1)以重量份數(shù)計，將40-70份模數(shù)為2.5-3. 7、固含量在25-30%的堿金屬硅酸鹽溶液 中倒入帶有攪拌裝置的容器中，加入5-10份水，300-500r/min低速攪拌10-60min，使硅酸 鹽溶液混合均勻；(2)提高攪拌轉(zhuǎn)速至1000-1500r/min，將20-30份粒徑為7_20nm固含量為25-32%的 硅溶膠滴加入步驟(1)所得溶液中，當溶液由白色變成半透明粘稠溶液時，加入5-10份水， 控制溶液PH值為10-12 ；(3)向步驟(2)所得溶液中滴加1-10份的硅烷偶聯(lián)劑，在1000-1500r/min的攪拌轉(zhuǎn)速 下反應1. 5-3. Oh ；所述硅烷偶聯(lián)劑為甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲 氧基硅烷和氨丙基三乙氧基硅烷中的一種或多種；(4)向步驟⑶所得溶液中加入0.5-2份穩(wěn)定劑，在1000-1500r/min轉(zhuǎn)速下攪拌 30-60min，然后取100-300目濾網(wǎng)將沉淀濾去，得到透明基料；所述穩(wěn)定劑為TEG0-1300型、 TEGO-1400型、TEG0-1500N型、型、6 型和DM-042型穩(wěn)定劑中的一種或多種；以重量份數(shù)計，所述粉料由60-100份的球狀超微細鋅粉、0-20份的片狀鋅粉、0-20份 的顏填料和0-1份的分散劑混合均勻組成；所述球狀超微細鋅粉為粒徑> 500目的活性鋅 粉；基料與粉料以1 1. 5-3. 5的比例混合均勻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無機富鋅涂料，其特征在于所述堿金屬硅酸鹽溶液為硅酸 鋰、硅酸鉀和硅酸鈉的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無機富鋅涂料，其特征在于所述硅溶膠粒徑在7-20nm之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無機富鋅涂料，其特征在于所述顏填料為改性三聚磷酸鋁、 磷鐵粉、云母氧化鐵中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無機富鋅涂料，其特征在于聚羧酸鹽分散劑為SPED-800型和 /或GY-D06型分散劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水性室溫自固化無機富鋅涂料，該涂料是將制備好的基料和粉料以1∶1.5-3.5的質(zhì)量比混合均勻而制成。其中基料制備包括將模數(shù)為2.5-3.7堿金屬硅酸鹽溶液加入5-10份水，低速攪拌；然后加入粒徑為7-20nm固含量為25-32％的硅溶膠滴，滴加1-10份的硅烷偶聯(lián)劑，以及加入0.5-2份穩(wěn)定劑，將沉淀濾去，得到透明基料。本發(fā)明所述的無機富鋅涂料干燥速度極快，早期耐水性好，干燥后20分鐘即可耐一定壓力的水洗，采用多重防腐機制，耐鹽霧腐蝕性能好，可耐400℃高溫，同時大大改善了傳統(tǒng)的水性無機富鋅涂料的施工性，防腐蝕年限可達15年以上。涂料在常溫常壓下制備，生產(chǎn)成本低，符合環(huán)保要求。
文檔編號C09D7/12GK102146225SQ201110056809
公開日2011年8月10日 申請日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月9日
發(fā)明者彭剛陽, 王代民, 瞿金清 申請人:華南理工大學, 廣東嘉寶莉化工集團有限公司