CN102337048B - 一种纳米改性无机富锌漆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及纳米改性无机富锌漆技术，具体为一种改性无机富锌漆及其制备方法。该漆为甲、乙两组分组成，甲组分以硅酸乙酯、纳米母液、防锈颜料、填料、助剂与醇类溶剂组成，乙组分为锌粉组成；按比例将硅酸乙酯、纳米母液、防锈颜料、云母粉、氧化锌、润湿分散剂、流变助剂、无水乙醇和丁醇经过分散、研磨制成甲组分，再加入乙组分制成纳米改性无机富锌漆。本发明纳米改性无机富锌漆与金属基体结合力强，与其它漆配套性好，耐腐蚀性好，可广泛应用于海洋钻采石油平台、船舶、石化设备及滨海地区桥梁、管线等防腐保护。
Description
技术领域
本发明涉及纳米改性无机富锌漆技术，具体为一种改性无机富锌漆及其制备方法。
背景技术
上世纪70年代，国外开发出醇溶型自固化无机富锌底漆，其具有干燥快、适应性好、焊接与切割性好、适合流水线作业等特点。船舶油轮及海上石油钻采平台大部分用无机富锌底漆进行预处理涂装保护。海洋环境腐蚀严重，无机富锌底漆的抗腐蚀性及与金属基材的附着力需要进一步提高，利用纳米改性技术提高无机富锌底漆这两方面的性能是一有效方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米改性无机富锌漆及其制备方法，提高海上石油钻采平台与船舶油轮用无机富锌底漆的防腐蚀及与金属附着力。
本发明的技术方案：
一种纳米改性无机富锌漆，该漆为甲、乙两组分组成，按重量份数计，其组成如下：
(1)甲组分：
硅酸乙酯：42～52份；
纳米母液：1～4份；其中：纳米二氧化硅、有机溶剂的重量比为(40～50)：(50～60)，偶联剂占上述纳米二氧化硅重量的1～5％；
防锈颜料：7～10份；
云母粉：8～13份；
氧化锌：1～2份；
润湿分散剂：0.3～1.0份；
流变助剂：0.5～1份；
无水乙醇：15～18份；
丁醇：12～15份；
(2)乙组分：
锌粉：150～250份；
甲组分∶乙组分重量比为100∶150～250。
所述的纳米改性无机富锌漆，偶联剂为硅氧烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
所述的纳米改性无机富锌漆，流变助剂为膨润土类或硅氧烷类的流变助剂。
所述的纳米改性无机富锌漆，硅酸乙酯为E777-1树脂或硅酸乙酯-40。
所述的纳米改性无机富锌漆，防锈颜料为锌铬黄或锌-硅酸盐改性的三聚磷酸铝颜料。
所述的纳米改性无机富锌漆的制备方法，包括如下步骤：
(1)纳米母液的制备
将纳米二氧化硅加入丁醇中，进行超声波分散10～20分钟，温度为30～40℃；再加入偶联剂超声波分散1～2小时，温度为30～40℃；最后在(1～3)×104转/分钟下离心2次，每次离心1～2小时，制得纳米母液；
(2)纳米改性无机富锌漆的制备
按所述比例，将硅酸乙酯、纳米母液、防锈颜料、云母粉、氧化锌、润湿分散剂、流变助剂、无水乙醇和丁醇经过分散、研磨制成甲组分，再加入乙组分制成纳米改性无机富锌漆。
所述的纳米改性无机富锌漆的制备方法，步骤(2)中，制备甲组分的加料过程为：
将硅酸乙酯加入到无水乙醇和丁醇的混合物中，用搅拌分散机在500～1200rpm搅拌10～20分钟后，加入步骤1制备的纳米母液，在30～40℃下磁力分散1～3小时；加入润湿分散剂和流变助剂，用搅拌分散机在500～1200rpm搅拌10分钟；再加入防锈颜料、云母粉、氧化锌，经分散、研磨到细度为40μm以下。
所述的纳米改性无机富锌漆的制备方法，步骤(2)中，分散、研磨为：先用搅拌分散机在800～1000rpm分散20～30分钟，然后在砂磨机中充分研磨1～3小时。
所述的纳米改性无机富锌漆的制备方法，锌粉采用325目、425目和600目锌粉按重量比例为1∶(0.3-0.5)∶(0.1-0.2)混合。
本发明的优点及有益效果如下：
1、本发明利用纳米改性技术和表面改性技术等制备含有纳米二氧化硅的纳米母液，再将它们与硅酸乙酯、防锈颜料、填料、流变助剂、醇类溶剂等按比例配制备成纳米改性无机富锌漆。该漆具有与金属基材结合力强，耐盐雾、耐湿热性能好的优点。
2、海洋和沿海地区的海洋大气区、浪花飞测区、潮差区的金属材料腐蚀严重，现代海洋工程中大量使用钢铁，每年这种防腐维护量十分巨大。本发明纳米改性无机富锌漆与金属基体结合力强，防腐性能优异，可广泛应用于海洋钻采石油平台、船舶、港湾石油和石化储罐设备及滨海地区桥梁、海底管线等。
3、本发明可采用喷涂或刷涂。纳米改性无机富锌漆作为金属表面的底漆，形成的漆膜厚度在40～150μm，与其它防腐漆具有很好配套性，可长期耐盐雾和湿热腐蚀破坏。
具体实施方式
本发明纳米改性无机富锌漆为甲、乙两组分组成，按重量份数计，具体配方如下：
(一)甲组分：
硅酸乙酯：42～52份；
纳米母液：1～4份；其中：纳米二氧化硅、有机溶剂的重量比为(40～50)∶(50～60)，偶联剂占上述纳米二氧化硅重量的1～5％；
防锈颜料：7～10份；
云母粉(325目)：8～13份；
氧化锌：1～2份；
润湿分散剂：0.3～1.0份；
流变助剂：0.5～1份；
无水乙醇：15～18份；
丁醇：12～15份；
(二)乙组分：
锌粉(325～600目)：150～250份；
甲组分∶乙组分重量比为100∶150～250；
本发明中，偶联剂为硅氧烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
本发明中，流变助剂为膨润土类或硅氧烷类的流变助剂。流变助剂采用本领域常规技术，如：美国海名斯公司生产Bentone27、201P或202P助剂。
本发明中，硅酸乙酯采用本领域常规技术，如：武汉赫司特科技有限公司生产的E777-1树脂或常熟市中杰化工有限公司生产的硅酸乙酯-40。
本发明中，防锈颜料为锌铬黄或锌-硅酸盐改性的三聚磷酸铝颜料。
所述锌-硅酸盐改性的三聚磷酸铝颜料采用常规技术，三聚磷酸铝改性的处理方法如下：将ZnSO4水溶液与三聚磷酸铝充分混合，加NaOH溶液发生反应：ZnSO4+2NaOH→Zn(OH)2↓+Na2SO4。使Zn(OH)2沉淀于三聚磷酸铝表面，经过水洗除Na2SO4，干燥、粉碎即成产品。利用硅酸盐处理，将Na2SiO3溶液与三聚磷酸铝充分混合，再加H2SO4溶液，反应为：Na2SiO3+H2SO4→SiO2+Na2SO4+H2O。析出的硅胶沉渍于三聚磷酸铝表面，经水洗、干燥、粉碎得成品。
本发明中，锌-硅酸盐改性的三聚磷酸铝颜料可以采用日本帝国化工公司的K-White 82标准级防锈颜料等。
本发明中，纳米二氧化硅采用本领域常规技术，如：选自舟山纳米材料公司，粒度为20±5nm。
本发明中，润湿分散剂采用本领域常规技术，如：德国毕克化学有限公司生产的BYK-104S润湿分散剂。
本发明中，云母粉、氧化锌所起的作用是增强。
本发明中，锌粉可以为325目、425目和600目锌粉按重量比例为1∶(0.3-0.5)∶(0.1-0.2)混合。
本发明纳米改性无机富锌漆的制备方法，包括如下步骤：
1、纳米母液的制备
将纳米二氧化硅加入丁醇中，进行超声波分散10～20分钟，温度为30～40℃；再加入偶联剂超声波(T＝30～40℃)分散1～2小时；最后在(1～3)×104转/分钟下离心2次，每次离心1～2小时，制得纳米母液。
2、纳米改性无机富锌漆的制备
按所述比例，将硅酸乙酯、纳米母液、防锈颜料、云母粉、氧化锌、润湿分散剂、流变助剂、无水乙醇和丁醇经过分散、研磨制成甲组分，再加入乙组分制成纳米改性无机富锌漆。
所述步骤2中，制备甲组分的加料过程为：
将硅酸乙酯加入到无水乙醇和丁醇的混合物中，用搅拌分散机在700～1000rpm搅拌10～20分钟后，加入步骤1制备的纳米母液，在30～40℃下磁力分散1～3小时；加入润湿分散剂和流变助剂，用搅拌分散机在700～1000rpm搅拌10分钟；再加入防锈颜料、云母粉、氧化锌，经分散、研磨到细度为40μm以下。
所述步骤2中分散、研磨为：先用搅拌分散机在800～1000rpm分散20～30分钟，然后在砂磨机中充分研磨1～3小时。
实施例1
1、纳米母液的制备
将纳米二氧化硅加入丁醇中，进行超声波分散15分钟，温度为35℃；再在其中加入偶联剂进行超声波分散1小时，温度为40℃；最后在2×104转/分钟下离心2次，每次离心1小时，制得纳米母液。
2、纳米改性无机富锌漆制备
本发明纳米改性无机富锌漆为甲、乙两组分组成，按重量份数计，具体配方如下：
甲组分：
硅酸乙酯-40：44份；
纳米母液：1.5份；其中：纳米二氧化硅与丁醇的重量比为40∶60，KH560硅氧烷偶联剂占上述纳米二氧化硅重量的1.2％；
锌铬黄：8份；
325目云母粉：12份；
氧化锌：2份；
BYK-104S润湿分散剂：0.5份；
Bentone27膨润土流变助剂：0.6份；
无水乙醇：17.4份；
丁醇：14份；
按所述比例，将硅酸乙酯加入到无水乙醇和丁醇的混合物中，用搅拌分散机在1000rpm搅拌10分钟后，加入步骤1制备的纳米母液，在30℃下磁力分散1小时；再加入润湿分散剂和流变助剂1000rpm搅拌10分钟；最后加入防锈颜料、云母粉、氧化锌，经分散、研磨到细度为40μm。
乙组分：
锌粉(325目、425目和600目锌粉按重量比例为1∶0.5∶0.1混合)：160份；
按甲组分∶乙组分重量比为100∶160，将乙组分加入到甲组分中，混合制备成纳米改性无机富锌漆，该漆表干时间为30分钟，完全固化3天。
本实施例可采用喷涂和刷涂施工，将甲组分和乙组分混合物在25℃下固化24小时制备成纳米改性无机富锌漆，它与金属基材表面具有很强的结合力，与中间漆配套性好，并具有很好的耐腐蚀性。
实施例2
1、纳米母液的制备
将纳米二氧化硅加入丁醇中，进行超声波分散20分钟，温度为30℃；再在其中加入偶联剂进行超声波分散1小时，温度为40℃；最后在1×104转/分钟下离心2次，每次离心2小时，制得纳米母液。
2、纳米改性无机富锌漆制备
甲组分：
硅酸乙酯-40：47份；
纳米母液：2.5份；其中：纳米二氧化硅与丁醇的重量比为50∶50，偶联剂占上述纳米二氧化硅重量的2％；
锌-硅酸盐改性的三聚磷酸铝：7份；
325目云母粉：11份；
氧化锌：1份；
BYK-104S润湿分散剂：0.5份；
202P流变助剂：0.5份；
无水乙醇：17.5份；
丁醇：13份；
按所述比例，将硅酸乙酯加入到无水乙醇和丁醇的混合物中，用搅拌分散机在1000rpm搅拌10分钟后，加入步骤1制备的纳米母液，在35℃下磁力分散1小时；再加入润湿分散剂和流变助剂1000rpm搅拌15分钟；最后加入防锈颜料、云母粉、氧化锌，经分散、研磨到细度为30μm。
乙组分：
锌粉(325目、425目和600目锌粉按重量比例为1∶0.5∶0.2混合)：180份；
按甲组分∶乙组分重量比为100∶180，将乙组分加入到甲组分中，混合制备成纳米改性无机富锌漆，该漆表干时间为30分钟，完全固化3天。
本实施例可采用喷涂和刷涂施工，将甲组分和乙组分混合物在25℃下固化24小时制备成纳米改性无机富锌漆，它与金属基材表面具有很强的结合力，与中间漆配套性好，并具有很好的耐腐蚀性。
实施例3
1、纳米母液的制备
按所述比例，将纳米二氧化硅加入丁醇中，进行超声波分散20分钟，温度为40℃；再在其中加入偶联剂进行超声波分散2小时，温度为40℃；最后在3×104转/分钟下离心2次，每次离心2小时，制得纳米母液；
2、纳米改性无机富锌漆制备
甲组分：
E777-1树脂：50份；
纳米母液：2.5份；其中：纳米二氧化硅与丁醇的重量比为45∶55，偶联剂占上述纳米二氧化硅重量的1.5％；
锌铬黄：8份；
325目云母粉：10份；
氧化锌：1份；
BYK-104S润湿分散剂：0.8份；
201P流变助剂：0.7份；
无水乙醇：15份；
丁醇：12份；
按所述比例，将硅酸乙酯加入到无水乙醇和丁醇的混合物中，用搅拌分散机在1000rpm搅拌10分钟后，加入步骤1制备的纳米母液，在30℃下磁力分散2小时；再加入润湿分散剂和流变助剂1000rpm搅拌20分钟；最后加入防锈颜料、云母粉、氧化锌，经分散、研磨到细度为28μm。
乙组分：
锌粉(325目、425目和600目锌粉按重量比例为1∶0.4∶0.2混合)：220份；
按甲组分∶乙组分重量比为100∶220，将乙组分加入到甲组分中，混合制备成纳米改性无机富锌漆，该漆表干时间为30分钟，完全固化3天。
本实施例可采用喷涂和刷涂施工，将甲组分和乙组分混合物在25℃下固化24小时制备成纳米改性无机富锌漆，它与金属基材表面具有很强的结合力，与中间漆配套性好，并具有很好的耐腐蚀性。
Claims (8)
1.一种纳米改性无机富锌漆的制备方法，其特征在于，所述纳米改性无机富锌漆为甲、乙两组分组成，按重量份数计，其组成如下：
(1)甲组分：
硅酸乙酯：42～52份；
纳米母液：1～4份；其中：纳米二氧化硅、有机溶剂的重量比为(40～50)：(50～60)，偶联剂占上述纳米二氧化硅重量的1～5％；
防锈颜料：7～10份；
云母粉：8～13份；
氧化锌：1～2份；
润湿分散剂：0.3～1.0份；
流变助剂：0.5～1份；
无水乙醇：15～18份；
丁醇：12～15份；
(2)乙组分：
锌粉：150～250份；
甲组分∶乙组分重量比为100∶150～250；
该纳米改性无机富锌漆的制备方法包括如下步骤：
(1)纳米母液的制备
将纳米二氧化硅加入丁醇中，进行超声波分散10～20分钟，温度为30～40℃；再加入偶联剂超声波分散1～2小时，温度为30～40℃；最后在(1～3)×104转/分钟下离心2次，每次离心1～2小时，制得纳米母液；
(2)纳米改性无机富锌漆的制备
按所述比例，将硅酸乙酯、纳米母液、防锈颜料、云母粉、氧化锌、润湿分散剂、流变助剂、无水乙醇和丁醇经过分散、研磨制成甲组分，再加入乙组分制成纳米改性无机富锌漆。
2.按照权利要求1所述的纳米改性无机富锌漆的制备方法，其特征在于：偶联剂为硅氧烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
3.按照权利要求1所述的纳米改性无机富锌漆的制备方法，其特征在于：流变助剂为膨润土类或硅氧烷类的流变助剂。
4.按照权利要求1所述的纳米改性无机富锌漆的制备方法，其特征在于：硅酸乙酯为E777-1树脂或硅酸乙酯-40。
5.按照权利要求1所述的纳米改性无机富锌漆的制备方法，其特征在于：防锈颜料为锌铬黄或锌-硅酸盐改性的三聚磷酸铝颜料。
6.按照权利要求1所述的纳米改性无机富锌漆的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，制备甲组分的加料过程为：
将硅酸乙酯加入到无水乙醇和丁醇的混合物中，用搅拌分散机在500～1200rpm搅拌10～20分钟后，加入步骤1制备的纳米母液，在30～40℃下磁力分散1～3小时；加入润湿分散剂和流变助剂，用搅拌分散机在500～1200rpm搅拌10分钟；再加入防锈颜料、云母粉、氧化锌，经分散、研磨到细度为40μm以下。
7.按照权利要求1所述的纳米改性无机富锌漆的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，分散、研磨为：先用搅拌分散机在800～1000rpm分散20～30分钟，然后在砂磨机中充分研磨1～3小时。
8.按照权利要求1所述的纳米改性无机富锌漆的制备方法，其特征在于，锌粉采用325目、425目和600目锌粉按重量比例为1∶(0.3-0.5)∶(0.1-0.2)混合。
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