CN101245208B - 一种耐冲击耐腐蚀纳米复合富锌涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种耐冲击耐腐蚀纳米复合富锌涂料及其制备方法，其特征是在普通水性富锌涂料中加入一维纳米氧化锌棒粉体，所述的一维纳米氧化锌棒长径比大于20，一维纳米氧化锌棒与普通锌粉的质量比在5/95～15/85之间。通过高速搅拌、球磨、砂磨或高速乳化工艺使一维纳米氧化锌先在粘结剂组分A中分散均匀，然后加入普通锌粉使之均匀分散，最终得到耐冲击耐腐蚀纳米复合富锌涂料。组分A组成质量分数为：模数3.0～5.0的硅酸锂-硅酸钠溶液63％～85％，苯丙乳液或硅丙乳液10％～30％，镁铝硅酸盐无机凝胶1％～5％，表面活性剂FC80 0.1％～0.5％，BD-800多功能助剂0.1％～0.5％，BD-710消泡剂0％～1％。本发明保持了富锌涂层优异的耐腐蚀性，并显著提高了富锌涂料的耐冲击性和柔韧性。

Description

一种耐冲击耐腐蚀纳米复合富锌涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种基于富锌涂料组合物的制备技术，具体为一种一维纳米氧化锌粉体改性的复合富锌涂料及其制备方法。
背景技术
水性无机富锌涂料一般是以硅酸钠、硅酸钾或硅酸锂为基料，并与锌粉复配而成的一种双组分高性能无机涂料，富锌涂层对基底钢材的保护作用分为两个阶段：第一个阶段是阴极保护作用阶段，锌粉颗粒通过提供保护电流保护基底钢材；第二个阶段是涂层的阻挡保护作用阶段，它是由于涂层中的孔隙被锌粉的腐蚀产物堵塞而产生。水性无机富锌涂料结合了热喷锌、铝与有机富锌的优点，性价比高，是目前国际上最具发展前途的环保型涂料，主要应用于炼油、采油、船舶舰艇、桥梁、油槽、储罐、管路、厂房钢结构、锅炉、蒸汽管路、烟囱等各种钢设备的保护，并均达到低成本、长效性的防锈防腐效果。
水性无机富锌涂料具有如上所述的优异的性能，但也存在一些不足：1)水性无机富锌涂料的涂层中锌含量超过70％以上，涂层较“脆”，耐冲击性能不佳；2)无机富锌底漆的涂层易开裂，会产生所谓龟裂的涂层缺陷等，这些因素影响无机富锌涂料的防腐蚀性能和综合力学性能，目前提高涂膜综合性能的途径主要是采用高品质填料。纳米材料及技术的发展为涂料工业带来了新的机遇，纳米粒子的表面效应、小尺寸效应等使多种材料成为性能优异的涂料填料，尤其一维纳米材料在这方面更能发挥其作用。
发明内容
本发明的目的在于通过一维纳米氧化锌棒粉体的添加，提供一种耐冲击耐腐蚀纳米复合富锌涂料及其制备方法，显著提高普通水性无机富锌涂料的综合性能。
在普通水性无机富锌涂料中加入一维纳米氧化锌棒制成复合富锌涂料。一维氧化锌纳米粒子比表面积大，表面原子具有极高的不饱和性，故粒子表面活性非常大，通过表面处理和高速乳化分散(或球磨、砂磨、高速搅拌等)处理，在富锌涂料中可分散均匀。涂料固化过程中，氧化锌表面原子与硅酸盐反应使涂层固化形成钝化膜。分散的一维氧化锌纳米棒可有效填充涂层的针孔，抑制涂层龟裂的形成；另外，一维氧化锌纳米棒在涂料中可传递应力吸收高能量，抑制涂料中微裂纹的产生，从而有效抗击冲击力和控制裂缝。氧化锌本身具优异的防腐性能，所以一维氧化锌纳米棒的加入不仅可保持富锌涂料本身优异的防腐蚀性能，而且可显著提高富锌涂料的综合性能。
本发明的耐冲击耐腐蚀纳米复合富锌涂料由A、B两种组分组成，组分A为粘结剂，组分B为填料。A组分由硅酸锂-硅酸钠溶液、少量有机树脂及多功能助剂组成，B组分是普通锌粉和一维纳米氧化锌棒粉，具体组成如下：
组分A：
成分                质量分数
硅酸锂-硅酸钠溶液   63％～85％
有机树脂            10％～30％
镁铝硅酸盐无机凝胶  1％～5％
表面活性剂FC 80     0.1％～0.5％
多功能助剂BD-800    0.1％～0.5％
消泡剂BD-710        0％～1％；
组分B：
成分                质量分数
一维纳米氧化锌棒    5～15％
普通锌粉            95～85％；
其中，
所述的有机树脂为苯丙乳液或硅丙乳液；
所述的硅酸锂-硅酸钠溶液的模数为3.0～5.0；
所述的锌粉粒度为200目至1000目之间；
所述的一维纳米氧化锌棒长径比大于20；
所述的A组分与B组分质量比为1∶2～4。
该涂料制备步骤包括：
1)、A组分的制备：将含锂、钠离子的混合型硅溶胶放入容器中，在搅拌中加入镁铝硅酸盐无机凝胶，搅拌使得无机凝胶完全分散，然后放置3～6小时；然后加入有机树脂搅拌，最后再加入表面活性剂FC80和多功能助剂BD-800，搅拌2小时备用，有气泡时加入几滴消泡剂，制得组分A；
2)、B组分的制备：将ZnNO3·6H2O和六次甲基四胺溶解于水中，配成摩尔浓度为0.1M的ZnNO3和摩尔浓度为0.2M的六次甲基四胺水溶液，用氨水调节pH为9.5，水热法在90℃下反应24小时，即制得一维纳米氧化锌棒；
普通锌粉颗粒为200目～1000目；
3)、复合富锌涂料的配制：将步骤2)制备的一维纳米氧化锌棒加入已经配好的A组分溶液中，用强力搅拌系统搅拌，或球磨、或砂磨、或高速乳化处理，使纳米锌粉在液体中分散均匀，最后加入普通锌粉，控制一维纳米氧化锌棒与普通锌粉的质量比在5/95～15/85之间，使二者充分混和均匀，即得耐冲击耐腐蚀纳米复合富锌涂料。
具体实施方式：
通过实施例对本发明作进一步详细描述：1)、A组分的制备：将含锂、钠离子的混合型硅溶胶放入容器中，在搅拌中镁铝硅酸盐无机凝胶，搅拌使得无机凝胶完全分散，然后放置3～6小时；然后加入有机树脂搅拌，最后再加入少量FC80(表面活性剂)和多功能助剂，搅拌2小时备用，若发现有气泡则加入几滴消泡剂BD-710。2)、B组分的制备：将ZnNO3·6H2O和六次甲基四胺溶解于水中，配成摩尔浓度为0.1M的ZnNO3和摩尔浓度为0.2M的六次甲基四胺水溶液，用氨水调节pH为9.5，水热法在90℃下反应24小时，即制得一维纳米氧化锌棒；普通锌粉颗粒为200目～1000目。3)、复合富锌涂料的配制：将步骤2)制得的一维纳米氧化锌棒加入已经配好的A组分溶液中，用强力搅拌系统搅拌、球磨、砂磨或高速乳化处理，使纳米锌粉在液体中分散均匀，最后加入普通锌粉，控制所述一维纳米氧化锌棒的用量是普通锌粉重量的5～15％，使二者充分混和均匀。即得纳米复合富锌涂料。
实施例1：
取12克硅酸锂-硅酸钠溶液，加入0.45克镁铝硅酸盐无机凝胶，搅拌使其完全分散，静止3小时。称取2.4克苯丙乳液加入硅溶胶中，然后加入0.015克FC-80和0.070克多功能助剂BD-800制成组分A，若有气泡产生则滴加几滴消泡剂BD-710。将一维纳米氧化锌棒胶体1.5克加入上述的A组分溶液中，充分搅拌2小时复合反应，最后缓缓加入28.5克锌粉(300目)，并持续搅拌30分钟，过滤。用高压有气喷涂分别喷到经砂纸处理过的马口铁基体上和经喷砂处理过的铁板上。待完全固化后，得涂膜样板A。留作性能评价试验。
实施例2：
制备过程基本同实例1，改变B组分的重量比，其中一维纳米氧化锌棒胶体3克，1000目锌粉27克。并持续搅拌30分钟，过滤，用高压有气喷涂到经砂纸处理过的马口铁基体上和经喷砂处理过的铁板上。待完全固化后，得涂膜样板B。留作性能评价试验。
实施例3：
取10.5克硅酸锂-硅酸钠溶液，加入0.45克镁铝硅酸盐无机凝胶，搅拌使其完全分散，静止6小时。称取4.0克硅丙乳液加入到硅溶胶，然后添加0.015克FC-80和0.070克多功能助剂制得组分A，如果有气泡产生滴加几滴消泡剂。将一维纳米氧化锌棒胶体1.5克加入上述的A组分溶液中，充分搅拌2小时复合反应，最后缓缓加入28.5克锌粉(500目)，并持续搅拌30分钟，过滤。用高压有气喷涂分别喷到经砂纸处理过的马口铁基体上和经喷砂处理过的铁板上。待完全固化后，得涂膜样板C。留作性能评价试验。
实施例4：制备过程基本同实例3，改变B组分的组分，其中一维纳米氧化锌棒胶体4.5克，200目锌粉25.5克。并持续搅拌30分钟，过滤，用高压有气喷涂分别喷到经砂纸处理过的马口铁基体上和经喷砂处理过的铁板上。待完全固化后，得涂膜样板D。留作性能评价试验。
表1富锌涂膜板性能评价
样品编号   附着力(划圈法)(级)GB/T1720-1989   耐冲击性(kg·cm)GB/T1732-1993   耐盐雾(h)GB/T1771-1991   柔韧性(mm)GB/T1731-1993
  A   1   110   1000   1
样品编号   附着力(划圈法)(级)GB/T1720-1989   耐冲击性(kg·cm)GB/T1732-1993   耐盐雾(h)GB/T1771-1991   柔韧性(mm)GB/T1731-1993
  B   1   120   1000   1
  C   1   100   1000   1
  D   1   110   1000   1
  常规富锌涂膜板   1   60   1000   2
从试验结果可以看出，本发明用一维纳米氧化锌棒改性无机富锌涂料，在附着力及耐盐雾方面具有与常规富锌涂料相近的性能，但其耐冲击力和柔韧性得到了显著提高，所以用一维纳米氧化锌棒改性的涂料不仅适合用于重防腐方面，而且可以用于对涂料力学性能要求很高的场合。

Claims (1)

1.一种耐冲击耐腐蚀纳米复合富锌涂料，其特征是，所述的富锌涂料由A、B两种组分组成，组分A为粘结剂，组分B为填料，具体配方如下：
组分A：
成分                     质量分数
硅酸锂-硅酸钠溶液        63％～85％
有机树脂                 10％～30％
镁铝硅酸盐无机凝胶       1％～5％
表面活性剂FC 80          0.1％～0.5％
多功能助剂BD-800         0.1％～0.5％
消泡剂BD-710             0％～1％；
组分B：
成分                     质量分数
一维纳米氧化锌棒         5～15％
普通锌粉                 95～85％；
其中，
所述的有机树脂为苯丙乳液或硅丙乳液；
所述的硅酸锂-硅酸钠溶液的模数为3.0～5.0；
所述的锌粉粒度为200目至1000目之间；
所述的一维纳米氧化锌棒长径比大于20；
所述的A组分与B组分质量比为1∶2～4。
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