CN103627229A - 一种水性无机富锌防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水性无机富锌防腐涂料及其制备方法，该水性无机富锌防腐涂料是由成膜基液、粘合剂和400目球状高纯锌粉组成。成膜基液是经过无机酸处理的硅酸钠溶液，粘合剂是硅酸锂粘合剂，其特征在于粘合剂中加入了聚乙烯醇作为助剂，聚乙烯醇的含量控制在粘结剂质量的25-40wt%之间。这种涂料的制备过程简单，涂覆方便，绿色无毒，安全环保，而且常温下在较短时间内固化成膜。在无机富锌防腐涂料的性能评价试验中，观察1440小时后，无生锈和涂层脱落现象出现，这说明本发明一种水性无机富锌防腐涂料及其制备方法，显著地提高了无机富锌防腐涂料的附着力、耐冲击性、耐盐雾和柔韧性能。

Description

一种水性无机富锌防腐涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种水性无机富锌防腐涂料及其制备方法，属于无机锌粉防腐涂料领域。

背景技术

水性无机富锌防腐涂料一般是以无机硅酸盐（钠、钾、锂）为基料，以高纯度的无机锌粉为填料，制成一种双组份的水性无机富锌涂料，富锌涂层对基底钢材的保护作用分为两个阶段：第一个阶段是阳极保护作用阶段，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，它是由于涂层中的空隙被锌粉的腐蚀产物堵塞而产生。水性无机富锌防腐涂料已有50多年的发展历史，具有很好的防腐效果，至今仍为重要的防腐涂料品种之一，也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、储罐、方钢结构、锅炉、蒸汽管路等各种钢设备的长效保护。水性无机富锌防腐涂料具有以下优点：

1、无毒、无害、不燃、无有机挥发物，是一种绿色环保型产品；

2、具有极佳的耐腐蚀性能和粘结强度，涂层与基体材料之间存在化学键的结合，金属锌粉能与金属基板形成牢固的附着力，抑制膜的开裂和锈蚀的迁移；

3、耐候性，无机富锌涂料中无有机物质，所以在太阳的照射下不存在被氧化和粉化的问题。与其它有机底漆涂料相比较，水性无机富锌底涂料不产生老化和降解作用；

4、耐溶剂性，涂层为无机成分，它们几乎在所有烃类溶剂，包括汽油、甲苯、二甲苯以及其它脂肪烃和芳香烃等石油产品中是不溶的，对许多强溶剂如醚、酮以及氯化烃均具有很强的抵抗能力；

5、导电性，水性无机富锌涂层中富含大量锌粉，而且互相接触，因此涂层有相当好的导电性，能满足石油运输的防静电指标；

6、安全性，绝大多数无机富锌涂料是以非有机溶剂为稀释剂，所以无闪点、不燃烧。在各类施工中无需采取严格的防火措施，大大简化了储运、施工条件，提高了安全性能；

7、抗静电性，一般有机质涂层容易发生静电，平时易被尘埃污染且可能发生危险，而无机质涂层相对导电性较好，尤其是无机富锌底漆，其电阻率一般为10³-10⁶Ω·m。

水性无机富锌防腐涂料具有如此上述的优异性能，但也存在一些不足：

1、水性无机富锌防腐涂料的涂层中锌含量超过70%以上，涂层较“脆”，耐冲击性不佳；

2、无机富锌底漆的涂层易开裂，会产生所谓的龟裂的涂层缺陷等；

这些因素影响无机富锌防腐涂料的防腐性能和综合力学性能，目前，可以提高涂层的防腐性能的途径主要是采用在粘合剂和成膜基液中添加高品质助剂来改善其性能。

发明的内容

本发明的目的在于提供一种水性无机富锌防腐涂料及其制备方法。具体的制备过程容下：

为了降低硅酸钠水溶液（d=1.16-1.20，M=3.3-3.4）的碱度，并提高其固化性能，在该成膜基液中加入了无机混合酸和有机酸制备成膜基液。

硅酸钠溶液经过去离子水稀释后形成比重高的硅酸钠水溶液，可供制备成膜基液时使用。

无机混合酸是由盐酸和硼酸混合的，有机酸使用的是冰醋酸，其较为合适的添加量为硅酸钠溶液（d=1.16-1.20，M=3.3-3.4）质量的13-20wt%。

通过上述方法制备的成膜基液稳定性好，没有使用专用的固化剂，容易固化成膜。

本发明所述的无机富锌防腐涂料是由成膜基液、粘合剂和无机锌粉混合而得到的。其中粘合剂包含硅酸锂，硅溶胶和聚乙烯醇，其含量分别为硅酸锂30-50wt%，硅溶胶30-40wt%，聚乙烯醇25-40wt%。使用的无机锌粉为400目球状高纯锌粉。

硅酸锂由氢氧化锂与硅溶胶在水溶液中反应制备，其含量分别为去离子水20-45wt%，硅溶胶30-40wt%，氢氧化锂10-25wt%。

成膜基液的制备

将硅酸钠溶液（d=1.16-1.20，M=3.3-3.4）加入去离子水稀释溶液至100g。然后在该溶液中加入15wt%的盐酸水溶液和3wt%硼酸水溶液的混合溶液8-13g和冰醋酸5-7g，充分混合后制备出成膜基液。

粘合剂的制备

在室温条件下，将制备硅酸锂的各种组分加入反应釜进行充分搅拌反应，搅拌20min后，室温下静置一段时间反应，制得硅酸锂溶液。然后将硅酸锂、硅溶胶和聚乙烯醇再次放入到搅拌釜中，在常温下搅拌60min后过滤，制得粘合剂。

无机富锌防腐涂料的制备

将所制的成膜基液、无机粘合剂和无机锌粉按照质量百分比分别为10-25wt%、15-30wt%、60-75wt%放入搅拌釜中，在35-45℃温度下转数为3000rpm的条件下高速搅拌2-3h，然后恢复至室温静置48-60h，即可得到无机富锌防腐涂料。

本发明的有益效果是：

以合成的无机硅酸锂和聚乙烯醇混合制备粘合剂，其离子水化半径小，反应性能强，模数高；加入聚乙烯醇后使得粘附性更好，自干性快，生成的干膜不溶于水，尤其制备的无机富锌防腐涂料无毒、无害、阻燃，具有优异的耐磨性、柔韧性、抗冲击性及耐化学腐蚀性，粘结强度大于15Mpa，耐湿热性、耐盐水性、耐盐雾性大于1440h。

本发明的无机富锌防腐涂料适用于国内油田采油污水运输和处理的管线、储罐和设备的防腐。

具体实施方式

以下通过具体事例说明本发明的实施方式，并通过说明书所述内容进一步阐述本发明的优点及功效。本发明还通过不同的具体实施方式加以实施和应用。

表1成膜基液的组成

表2粘合剂的组成

表3无机富锌防腐涂料的组成

制备方法：

成膜基液的制备

按照表1中所列的数据，分别将将硅酸钠溶液（d=1.16-1.20，M=3.3-3.4）加入去离子水稀释溶液至100g。然后在该溶液中加入15wt%的盐酸水溶液和3wt%硼酸水溶液的混合溶液和冰醋酸，放入搅拌釜中搅拌10min充分混合后制备出成膜基液样品。

粘合剂的制备

在室温条件下，按照表2中的数据分别将制备硅酸锂的各种组分加入反应釜进行充分搅拌反应，搅拌20min后，室温下静置一段时间反应，制得硅酸锂溶液样品。然后将硅酸锂、硅溶胶和聚乙烯醇再次放入到搅拌釜中，在常温下搅拌60min后过滤，制得粘合剂样品。

无机富锌防腐涂料的制备

将所制得成膜基液、无机粘合剂和无机锌粉按照质量百分比分别为10-25wt%、15-30wt%、60-75wt%放入搅拌釜中，在35-45℃温度下转数为3000rpm的条件下高速搅拌2-3h，然后恢复至室温静置48-60h，即可得到无机富锌防腐涂料。

实施例1

按照上述的制备方法，按照表3中的数据1混合成膜基液样品1、粘结剂样品1和400目高纯锌粉，得到无机富锌防腐涂料样品1。

实施例2

按照上述的制备方法，按照表3中的数据2混合成膜基液样品1、粘结剂样品2和400目高纯锌粉，得到无机富锌防腐涂料样品2。

实施例3

按照上述的制备方法，按照表3中的数据3混合成膜基液样品1、粘结剂样品3和400目高纯锌粉，得到无机富锌防腐涂料样品3。

实施例4

按照上述的制备方法，按照表3中的数据4混合成膜基液样品2、粘结剂样品1和400目高纯锌粉，得到无机富锌防腐涂料样品4。

实施例5

按照上述的制备方法，按照表3中的数据5混合成膜基液样品2、粘结剂样品2和400目高纯锌粉，得到无机富锌防腐涂料样品5。

实施例6

按照上述的制备方法，按照表3中的数据6混合成膜基液样品2、粘结剂样品3和400目高纯锌粉，得到无机富锌防腐涂料样品6。

实施例7

按照上述的制备方法，按照表3中的数据7混合成膜基液样品3、粘结剂样品1和400目高纯锌粉，得到无机富锌防腐涂料样品7。

实施例8

按照上述的制备方法，按照表3中的数据8混合成膜基液样品3、粘结剂样品2和400目高纯锌粉，得到无机富锌防腐涂料样品8。

实施例9

按照上述的制备方法，按照表3中的数据9混合成膜基液样品3、粘结剂样品3和400目高纯锌粉，得到无机富锌防腐涂料样品9。

表4无机富锌防腐涂料的性能评价

从试验结果可以看出，本发明一种无机富锌防腐涂料，在附着力方面具有与常规富锌涂料相近的性能，但其耐冲击力、耐盐雾和柔韧性都得到了显著提高。这说明在粘合剂中加入聚乙烯醇有助于改善无机富锌防腐涂料的耐冲击力、耐盐雾和柔韧性性能。

Claims (8)

1.一种水性无机富锌防腐涂料及其制备方法，其特征在于具体的制备方法如下：（1）成膜基液的制备，将硅酸钠溶解在去离子水中并进行稀释，得到一定比重的硅酸钠溶液，然后在所制备的硅酸钠溶液中加入无机混合酸和有机酸制备出成膜基液；（2）粘合剂的制备，在室温条件下，将制备硅酸锂的各种组分加入到反应釜进行充分搅拌反应，搅拌20min后，室温下静置一段时间，制得硅酸锂溶液。然后将硅酸锂、硅溶胶和聚乙烯醇再次放入到搅拌釜中，在常温下搅拌60min后过滤，制得粘合剂；（3）无机富锌防腐涂料的制备，将所制的成膜基液、无机粘合剂和无机锌粉放入搅拌釜中在一定的温度下高速搅拌一段时间后，恢复室温静置后即可得到无机富锌防腐涂料。 

2.根据权利要求1所述的无机富锌防腐涂料及其制备方法，其特征在于成膜基液的比重是1.16-1.20，模数是3.3-3.4。 

3.根据权利要求1所述的无机富锌防腐涂料及其制备方法，其特征在于成膜基液制备过程中使用的无机酸是盐酸和硼酸，有机酸是冰醋酸。其较为合适的添加量为硅酸钠溶液质量的13-20wt%。 

4.根据权利要求1所述的无机富锌防腐涂料及其制备方法，其特征在于粘合剂包含硅酸锂，硅溶胶和聚乙烯醇，其含量分别为硅酸锂30-50wt%，硅溶胶30-40wt%，聚乙烯醇25-40wt%。 

5.根据权利要求1所述的无机富锌防腐涂料及其制备方法，其特征在于粘合剂中使用的硅酸锂由氢氧化锂与硅溶胶在水溶液中反应制备，其含量分别为去离子水20-45wt%，硅溶胶30-40wt%，氢氧化锂10-25wt%。 

6.根据权利要求1所述的无机富锌防腐涂料及其制备方法，其特征在于无机富锌防腐涂料使用的锌粉为400目球状高纯锌粉。 

7.根据权利要求1所述的无机富锌防腐涂料及其制备方法，其特征在于无机富锌防腐涂料的制备过程中，反应的温度为35-45℃，搅拌釜的搅拌转数为3000rpm，反应时间为2-3h，室温下的静置时间为48-60h。 

8.根据权利要求1所述的无机富锌防腐涂料及其制备方法，其特征在于成膜基液的的含量为10-25wt%，无机粘合剂的含量为15-30wt%，高纯锌粉的含量为60-75wt%。