CN104974626B - 防腐用水性无机富锌底漆及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双组分水性无机富锌底漆及其制备方法和应用。该涂料的制备方法包括步骤：将水溶性硅酸钾溶液置于容器中，低速搅拌条件下依次加入去离子水对溶液进行稀释。缓慢加入一定量硅溶胶，再加入少量去离子水搅拌均匀。保持低速搅拌，将硅烷偶联剂缓慢滴加溶液中，保持搅拌物料。反应一定时间后，将已进行开稀的硅丙乳液在极低速搅拌条件下加入到已反应完全的混合溶液中，持续搅拌一定时间后过滤包装。得到水性无机富锌底漆A组分。将高纯度金属锌粉，少量添加剂按规格包装得到水性无机富锌的B组分。该涂料应用于制备涂装钢结构制品，所得涂装有良好的耐水、耐化学品、耐盐雾、耐候及耐温等保护性功能，使钢结构材料拥有长时间的使用年限。

Description

防腐用水性无机富锌底漆及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于防腐涂料制备技术领域，特别涉及一种防腐用水性无机富底锌漆及其制备方法和应用。
背景技术
无机富锌底漆具有优异的耐候性、耐化学腐蚀性、耐温性能，是一种性能优异的钢铁表面防腐蚀底漆。目前来说，以溶剂型环氧富锌底漆为代表的有机高分子溶剂型油漆，应用于各种预涂金属建材；但是随着国际标准和我国的环保法规对VOC(挥发性有机化合物)排放的限制日趋严格，造成大量VOC挥发的溶剂型氟碳涂料应用上受到一定的限制。以无机硅聚合的高聚物和无机磷聚合高聚物研发水性无机防腐底漆成为钢铁防腐的发展的方向。目前以单一的水性硅酸钾、硅酸钠、水性硅溶胶为代表的水性防腐蚀底漆已经在大型钢结构上有些应用，但在此类水性无机硅涂料在性能上还存在一些问题，比如机械性能（柔性）、附着力方面、耐水性以及施工性能方面（易沉底、易堵枪）都存在问题。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明的首要目的在于提供一种双组分潮气固化防腐用水性无机富锌底漆。
本发明的另一目的在于提供一种上述防腐用水性无机富锌底漆的制备方法。
本发明的又一目的在于提供一种上述防腐用水性无机富锌底漆的应用；所述防腐用水性无机富锌底漆可应用于制备涂装钢结构。
本发明的再一目的在于提供上述涂装钢结构可应用于制备桥梁、建筑、道路设施。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种防腐用水性无机富锌底漆的制备方法，包括以下步骤：
（1）将50.0～55.0重量份水溶性硅酸钾（模数3.3）溶液（质量浓度40%）容器中，低速搅拌条件下依次加入7.0～8.0重量份去离子水、15.5～16.0重量份水性硅溶胶（江苏国联），再加入重量份4.0～5.0去离子水。搅拌均匀后，在低速搅拌条件下，将4.0～5.0重量份的硅烷偶联剂（KH550）缓慢滴加到溶液中，保持搅拌1～1.5小时，得到硅酸钾和硅溶胶混合溶液。
（2）将10.0～12.0重量份Fuchem-108水性硅丙乳液置于另一容器中，低速搅拌条件下加入4.3～5.3重量份去离子水、0～0.2重量份分散剂、得开稀的硅丙乳液浆，将其缓慢加入（1）所得混合溶液中，低速分散20～30分钟，过滤，得到防腐用水性无机富锌漆A组分。
(3)将95.0～98.0重量份高纯度高目数的金属锌粉，在手工拌合条件下，将1.0～2.0重量份防沉剂和2.0～3.0的1200重量份目滑石粉加入金属锌粉中，拌合均匀，得到防腐用水性氟碳涂料B组分。
步骤（1）所述硅酸钾溶液模数为3.3，浓度40%（产地；河南），所述水性硅溶胶为CH381-1(江苏国联科技有限公司)，粒径8-10纳米；所述硅烷偶联剂为KH550,(武汉晨矽化工)。
步骤（1）所述低速搅拌的转速为600～800转/分；滴加速率为2-5mL/s。步骤（2）所述硅丙乳液FUCHEN-108（山东未来化工有限公司）：分散剂为BYK190（德国毕克化学）；所述消泡剂为BYK024（德国毕克化学）；
步骤（2）所述低速搅拌的转速为400～500转/分；
步骤（3）所述金属锌粉粒径为500目，纯度大于98%；所述防沉剂为膨润土（江苏华特BP-188B）。
本发明还提供了上述方法所制备的防腐用水性无机富锌底漆。
上述的防腐用水性无机富锌底漆可应用于制备涂装钢结构。
所述涂装钢结构的制备方法按以下操作步骤：
（1）钢结构的前处理；喷射除锈达到GB8923-2011规定的Sa2.5～3.0级,表面粗糙度Rz50～80微米。
（2）将水性无机富锌的A、B组分按照1:3比例配制，搅拌均匀，在经过前处理的钢结构上喷涂、滚涂或刷涂；
（3）涂装底漆后的钢结构常温下干燥8小时以上；检测涂膜性能需常温下涂层干燥21天以上。
步骤（1）所述前处理是对钢结构的表面进行喷砂处理。
所述涂装钢结构可应用于制备桥梁、建筑、道路设施。
本发明的原理是：硅酸盐水溶液在酸性条件下，能将硅酸盐电离为硅酸根离子和金属离子，在水和金属锌存在时，硅酸根能和金属锌结合生成硅酸锌，由于锌元素属二价金属，当每个锌离子结合两个硅酸根离子，而硅酸根亦和两个锌离子反应时，就会出现体型聚合。这种聚合必须保证溶液中有足够的硅酸根浓度与金属锌进行反应，若没有足够的多的硅酸更离子，反应就会终止，不能形成完整连续的保护膜，机械性能和耐水性能就不能得到保证，所以必须找出硅酸盐水溶液较为合适的浓度，以保证其与金属锌粉的反应活性，同时又要保证有适当的活化期。
利用硅烷偶联剂连接桥作用，在无机高聚物中引入有机硅丙乳液进行改性，改善涂层机械性能。而其添加方式决定油漆的储存稳定性能，采用低速滴加方式平均分配分配偶联剂，使硅丙乳液均匀存在油漆中，从而无机富锌储存更稳定，在涂层交联固化时涂层机械性能的改善更均匀。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：使用本发明防腐用水性无机富锌底漆作为钢铁防腐底漆，性能与油溶性环氧富锌相比；因为以水为主要分散介质，因此VOC含量接近于零，没有有机溶剂排放；同时没有火灾危险，不会对环境产生危害。
同时，创造性引进有机水性硅丙乳液解决了机械性能的不足，在耐水性和附着及柔韧性能上都得到较大改善；创造性引进硅烷偶联剂以及所采用的滴加方式使油漆的储存稳定性得到提高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例 1
（1）将52.5重量份水溶性硅酸钾溶液（质量浓度40%）置于容器中，低速搅拌条件下依次加入8.0重量份去离子水、16.0重量份水性硅溶胶(CH381-1硅溶胶，江苏国联科技有限公司)，再加入重量份5.0去离子水。搅拌均匀后，在低速搅拌条件下，将4.0重量份的硅烷偶联剂（KH570，武汉晨矽化工）缓慢滴加到溶液中，保持搅拌1～1.5小时，得到硅酸钾和硅溶胶混合溶液；
（2）将10.0重量份水性FUCHEN-108硅丙乳液 (山东未来化工有限公司)置于另一容器中，低速搅拌条件下加入4.5重量份去离子水、、0.2重量份BYK190分散剂（德国毕克化学）、0～0.1重量份BYK024消泡剂剂（德国毕克化学），得硅丙乳液浆，将其缓慢加入（1）所得混合溶液中，低速分散20～30分钟，过滤，得到防腐用水性无机富锌漆A组分。
(3)将95.0重量份高纯度高目数的金属锌粉，在手工拌合条件下，将1.0重量份BP-188B膨润土防沉剂（江苏华特）和3.0重量份1200目的滑石粉加入金属锌粉（粒径500目，纯度大于98%）中，拌合均匀，得到防腐用水性氟碳涂料B组分。
对本实施例所得防腐用锌灰色水性无机富锌底漆，A组分和B组分按照重量比1:3混合，按照GB/T1727-1999《漆膜一般制备法》进行制板干燥。在相对湿度60～80%的常温下自然干燥21天，进行全面性能检验，结果如表1所示。
产品性能指标；
项目 单位 指标 试验方法
漆膜颜色及外观 - 锌灰色，漆膜平整 目测
不挥发物含量 % ≥80 GB1725-2007
干膜中金属锌含量 % ≥85 GB/T6890-2007
干燥时间，25℃表干 h ≤0.5 GB/T1728
实干 h ≤8 GB/T1728
附着力（拉开法） MPa ≥4 GB/T5210-2006
耐盐雾性，1000 h 无红锈，划痕24h无红锈 GB/T1771-2007
适用期， h ≥2 --
自固化时间 h ≤6 --
施工性， -- 喷涂无不良影响， --
实施例2
（1）将52.5重量份水溶性硅酸钾溶液（浓度40%）容器中，低速搅拌条件下依次加入8.0重量份去离子水、16.0重量份水性硅溶胶(CH381-1硅溶胶，江苏国联科技有限公司)，再加入重量份5.0去离子水。搅拌均匀后，在低速搅拌条件下，将4.0重量份的硅烷偶联剂（KH570，武汉晨矽化工）缓慢滴加到溶液中，保持搅拌1～1.5小时，得到硅酸钾和硅溶胶混合溶液；
（2）将10.0重量份水性FUCHEN-108硅丙乳液(山东未来化工有限公司)置于另一容器中，低速搅拌条件下加入4.5重量份去离子水、0.1重量份BYK190分散剂（德国毕克化学）、0.2重量份BYK190流平剂（德国毕克化学）、0.1重量份BYK024消泡剂剂（德国毕克化学），得硅丙乳液浆，将其缓慢加入（1）所得混合溶液中，低速分散20～30分钟，过滤，得到防腐用水性无机富锌漆A组分。
(3)将98.0重量份高纯度高目数的金属锌粉（粒径500目，纯度大于98%），在手工拌合条件下，将2.0重量份BP-188B膨润土防沉剂（江苏华特），拌合均匀，得到防腐用水性氟碳涂料B组分。
对本实施例所得防腐用锌灰色水性无机富锌底漆，A组分和B组分按照重量比1:3混合，按照GB/T1727-1999《漆膜一般制备法》进行制板干燥。在相对湿度60～80%的常温下自然干燥21天，进行全面性能检验，结果如表1所示。
产品性能指标；
项目 单位 指标 试验方法
漆膜颜色及外观 - 锌灰色，漆膜平整 目测
不挥发物含量 % ≥80 GB1725-2007
干膜中金属锌含量 % ≥85 GB/T6890-2007
干燥时间，25℃表干 h ≤0.5 GB/T1728
实干 h ≤8 GB/T1728
附着力（拉开法） MPa ≥4 GB/T5210-2006
耐盐雾性，1000 h 无红锈，划痕24h无红锈 GB/T1771-2007
适用期， h ≥2 --
自固化时间 h ≤6 --
施工性， -- 喷涂无不良影响， --
实施例3
将防腐用水性无机富锌漆应用于制备涂装钢结构。
所述涂装钢结构的制备方法按以下操作步骤：
（1）钢结构的前处理；喷射除锈达到GB8923-2011规定的Sa2.5～3.0级,表面粗糙度Rz50～80微米。
（2）在经过前处理的钢结构上进行无气喷涂；
（3）将水性无机富锌的A、B组分按照1:3比例配制，搅拌均匀，涂装底漆后的钢结构常温下干燥8小时以上；
（）在水性无机富锌底漆上涂装环氧封闭漆，涂装无障碍，涂层防腐性能优异；
（5）在环氧封闭漆上涂装其他类型油漆，涂装无障碍，涂层性能优异；
本产品在大型钢箱梁和钢结构件上实际应用，实际检测结果；防腐性能和涂层机械性优于同类型产品，施工性能较其他产品有明显提高。已大面积推广使用。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种防腐用水性无机富锌漆的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）在50.0～55.0重量份水溶性硅酸钾溶液中，低速搅拌条件下依次加入7.0～8.0重量份去离子水、15.5～16.0重量份水性硅溶胶，再加入重量份4.0～5.0去离子水；搅拌均匀后，在低速搅拌条件下，将4.0～5.0重量份的硅烷偶联剂滴加到溶液中，保持搅拌1～1.5小时，得到硅酸钾和硅溶胶混合溶液；所述水溶性硅酸钾溶液模数为3.3，质量浓度为40%；
（2）在10.0～12.0重量份水性硅丙乳液中，低速搅拌条件下加入5.0～5.3重量份去离子水、0～0.4重量份分散剂、0～0.2重量份消泡剂得硅丙乳液浆，将硅丙乳液缓慢加入到硅酸钾和硅溶胶混合溶液中，低速分散20～30分钟，过滤，得到防腐用水性无机富锌漆A组分；
(3) 在95.0～98.0重量份高纯度高目数的金属锌粉中，加入1.0～2.0重量份防沉剂和2.0～3.0重量份1200目的滑石粉，拌合均匀，得到防腐用水性无机富锌漆B组分。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述低速搅拌的转速为600～800转/分；滴加速率为2-5mL/s；步骤（2）所述低速搅拌的转速为400～500转/分。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述水性硅溶胶为CH381-1硅溶胶，粒径8-10纳米；所述硅烷偶联剂为KH550或KH570；步骤（2）所述硅丙乳液为FUCHEN-108：分散剂为BYK190；所述消泡剂为BYK024、FoamStar A34消泡剂或FoamStar A36消泡剂。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述金属锌粉粒径为500目，纯度大于98%；所述防沉剂为膨润土。
5.一种根据权利要求1～4任一项所述方法制备的防腐用水性无机富锌底漆。
6.权利要求5所述的防腐用水性无机富锌漆在制备涂装钢结构中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述涂装钢结构的制备方法按以下操作步骤：
（1）钢结构件前处理要求；喷射除锈达到GB8923-2011规定的Sa2.5～3.0级,表面粗糙度Rz50～80微米；
（2）将防腐用水性无机富锌漆的A、B组分按照1:3比例配制，搅拌均匀，在已经过前处理的钢结构上喷涂、滚涂或刷涂；
（3）涂装底漆后的钢结构常温下干燥8小时以上。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：步骤（1）所述前处理是对钢结构的表面进行喷砂处理。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：所述涂装钢结构是指应用于制备桥梁、建筑或道路设施的涂装钢结构。
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