CN104987756A - 一种绿色环保的无机硅酸锌车间底漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种绿色环保的无机硅酸锌车间底漆及其制备方法，由基础浆料和固化剂组成；基础浆料包括：锌粉、磷铁粉、钛白粉、气相二氧化硅、沉淀二氧化硅、无水乙醇、去离子水、异丙醇、无机填料、聚羟基羧酸酰胺、聚二甲基硅氧烷消泡剂和苯并三唑缓蚀剂；固化剂包括：正硅酸乙酯、无水乙醇、硅树脂和稀氨水。本发明的无机硅酸锌车间底漆采用绿色环保型溶剂异丙醇、去离子水和无水乙醇的混合溶剂代替甲苯、异丙醇等气味和毒性较大的溶剂，保证了人员的健康，减少了对环境的污染；选用几种不同挥发速度的溶剂相配合，使涂层表面不再发花。本发明的车间底漆，适用于船舶、车辆、海上平台、油罐、桥梁、钢铁构件的表面作为防腐保养底漆。

Description

一种绿色环保的无机硅酸锌车间底漆及其制备方法

技术领域

本发明属于涂料技术领域，具体是涉及一种绿色环保的无机硅酸锌车间底漆及其制备方法，主要用于作为列车、船舶、舰船以及车辆上的防腐涂料使用，也可以用作任何钢铁结构件表面的防腐底漆。

背景技术

车间底漆，又被称之为钢材预处理底漆和保养底漆，是指钢板经喷射处理到一定级别后喷涂的第一道底漆，其主要作用是保护钢板在制作(含焊接、切割、火工校正等)时少受大气腐蚀。如造船行业中，一般情况下配有大型的预处理和喷涂车间底漆的生产车间，采购后的钢板直接到车间，采用自动化流水线进行抛丸除锈到一定级别再采用自动高压无气喷涂机喷涂车间底漆，国家标准GB/T 6747对车间底漆的基本技术参数进行了要求。

车间底漆诞生于20世纪50年初代，历代产品有无锌磷化底漆、环氧富锌漆、环氧铁红车间底漆、无机硅酸锌车间底漆。目前，无机硅酸锌车间底漆是主要应用品种。无机硅酸锌车间底漆一般是以高级无机硅酸锌树脂、锌粉、助剂和溶剂等组成的漆料与固化剂组成。其广泛用于冶金、集装箱、各类交通车辆、工程机械钢板预处理抛光，特别适合于钢结构防锈使用，是理想的金属预处理抛丸和防锈保养底漆。

目前，无机富锌涂料可分为溶剂型硅酸盐富锌涂料和水溶性碱金属(锂或钾或钠)硅酸盐富锌涂料。其中，水溶性碱金属(锂或钾或钠)硅酸盐富锌涂料对被涂层处理的质量要求高，施工要求也严格，使用很不方便。而且这类涂料受环境温度及气候影响大；因而限制了其在温度变化大，腐蚀性较强的环境下工作的设施上的应用。溶剂型富锌涂料多用甲苯、二甲苯、异丙醇、正丁醇、丙二醇、乙二醇做为溶剂，虽然作为溶剂有较强的防腐蚀性能，但其致命的弱点是含苯类有机溶剂，这些溶剂不仅有气味，而且毒性较大，对生产工人的身心健康及对应用环境的影响较大，易造成环境的污染及对人身健康的危害，危害生产和施工人员的健康，同时也会污染环境。同时，其柔韧性也较差，而目前列车、船舶、舰艇、车辆等其工作环境的温度变化大，运行环境也较差，为了取得较好的防腐性能，大多采用环氧脂预涂保养底漆。该类涂料的缺点是干燥速度慢，必须进行高温烘烤处理。在进行火力校正时，其烤点处易起泡脱落，且易引起锈蚀。且都含苯类溶剂，对环境和人体有害。

锌做为一种防腐成分，由于锌粉价格高涨，引起防锈防腐涂料生产成本提高，因此，寻找一种可减少锌粉使用量的防锈防腐材料就成为了一种现实需要；目前现有技术生产的防锈防腐涂料，因使用单一的溶剂或挥发速度相差较大的溶剂配合，常造成涂层表面发花，不光滑，不平整等技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种绿色环保的无机硅酸锌车间底漆及其制备方法，能够替代传统的硅酸锌车间底漆使用，提供一种适用于列车、船舶、舰船以及车辆上，也可以用作任何钢铁结构件表面，有较好的柔韧性且防腐能力强，不含苯类溶剂的无机硅酸锌防腐涂料，不会造成环境污染和生态破坏，绿色环保。本发明通过车间底漆成分和含量的优选，使得制备得到的绿色环保的无机硅酸锌车间底漆具有良好的柔韧性，并且绿色环保，并且本发明制备的硅酸锌车间底漆与基体表面的附着力大于3MPa。

本发明的技术方案如下：

本发明一方面提供了一种绿色环保的无机硅酸锌车间底漆，由基础浆料和固化剂按照质量比2～3：l组成；其特征在于：

所述的基础浆料的各组分质量份数分别为：锌粉45～50份、磷铁粉25～30份、钛白粉8.0～10份、气相二氧化硅5～8份、沉淀二氧化硅2～3份、无水乙醇12～15份、去离子水5～10份、异丙醇5～10份、无机填料2～8份、聚羟基羧酸酰胺1.2～2.0份、聚二甲基硅氧烷消泡剂1.2～2.0份、苯并三唑缓蚀剂1.2～2.0份；

所述的固化剂的各组分重量份数分别为：

正硅酸乙酯40～45份、无水乙醇50～60份、硅树脂15～20份、浓度为9.5％～10.5％的稀氨水3-5份。

在一个优选的技术方案中，所述的无机硅酸锌车间底漆由基础浆料和固化剂按照质量比2：l组成；其特征在于：

所述的基础浆料的各组分质量份数分别为：锌粉45份、磷铁粉25份、钛白粉8.0份、气相二氧化硅5份、沉淀二氧化硅2份、无水乙醇12份、去离子水5份、异丙醇5份、无机填料2份、聚羟基羧酸酰胺1.2份、聚二甲基硅氧烷消泡剂1.2份、苯并三唑缓蚀剂1.2份；

所述的固化剂的各组分重量份数分别为：

正硅酸乙酯40份、无水乙醇50份、硅树脂15份、浓度为9.5％～10.5％的稀氨水3份。

在一个优选的技术方案中，所述的无机硅酸锌车间底漆由基础浆料和固化剂按照质量比3：l组成；其特征在于：

所述的基础浆料的各组分质量份数分别为：锌粉50份、磷铁粉30份、钛白粉10份、气相二氧化硅8份、沉淀二氧化硅3份、无水乙醇15份、去离子水10份、异丙醇10份、无机填料8份、聚羟基羧酸酰胺2.0份、聚二甲基硅氧烷消泡剂2.0份、苯并三唑缓蚀剂2.0份；

所述的固化剂的各组分重量份数分别为：

正硅酸乙酯45份、无水乙醇60份、硅树脂20份、浓度为9.5％～10.5％的稀氨水5份。

在一个优选的技术方案中，所述的无机硅酸锌车间底漆由基础浆料和固化剂按照质量比2.5：l组成；其特征在于：

所述的基础浆料的各组分质量份数分别为：锌粉48份、磷铁粉28份、钛白粉9份、气相二氧化硅7份、沉淀二氧化硅2.5份、无水乙醇13.5份、去离子水7.5份、异丙醇7.5份、无机填料5份、聚羟基羧酸酰胺1.6份、聚二甲基硅氧烷消泡剂1.6份、苯并三唑缓蚀剂1.6份；

所述的固化剂的各组分重量份数分别为：

正硅酸乙酯43份、无水乙醇55份、硅树脂18份、浓度为9.5％～10.5％的稀氨水4份。

在一个优选的技术方案中，所述的无机填料为云母粉、硅灰石粉或膨润土或其组合。

本发明另一个方面提供了一种绿色环保的无机硅酸锌车间底漆的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1、将气相二氧化硅加入到异丙醇、去离子水和无水乙醇的混合溶剂中，高速分散15～20min，然后加入聚羟基羧酸酰胺作为液体流变助剂，分散均匀；

步骤2、然后加入基础浆料的其它原料，高速分散到细度小于80微米，制得基础浆料；

步骤3、将正硅酸乙酯和无水乙醇投入反应釜，加热搅拌，然后加入硅树脂和稀氨水，保温30min，制得固化剂；

步骤4、将基础浆料和固化剂按照比例混合，高速搅拌均匀后，即可制得无机硅酸锌车间底漆。

在一个优选的技术方案中，所述的无机填料为云母粉、硅灰石粉或膨润土或其组合。

上述的一种绿色环保的无机硅酸锌车间底漆用于作为舰船或者车辆上的防腐涂料。

上述的一种绿色环保的无机硅酸锌车间底漆用于作为钢铁结构件表面的防腐底漆。

本发明的的设计原理如下：

锌粉是一种高化学活性颜料。锌粉粒子之间，锌粒子之间，锌粒子与钢铁表面之间紧密接触，锌比铁活泼，电位比铁更负。所以，在电解质溶液中锌起到了牺牲阳极的作用，锌原子容易失去电子变成阳极，铁则成为阴极。在阳极区锌由于失去电子而被腐蚀掉，在阴极区钢铁表面不断得到电子，从而得到保护，因此，涂层即使局部遭到破坏，钢铁表面也不会遭到腐蚀。另一方面，锌的腐蚀产物可使涂膜紧密地结合起来，增大电阻，减弱电化学腐蚀速率，锌粉的消耗速率就大大降低，其耐久性便得以提高，从而延缓腐蚀，达到防腐目的。

磷铁粉也是一种高化学活性颜料，其作为牺牲阳极使用与锌粉的性能相当，但是磷铁粉与锌粉相比价格较低，本发明采用磷铁粉代替部分锌粉，在不降低防腐性能的前提下，大大地降低了生产成本。

气相二氧化硅作为触变剂，气相二氧化硅比表面积大，表面带有硅烷醇基团，硅烷醇基团可与邻近的气相二氧化硅颗粒相互作用而形成氢键，这种网状结构在外加剪切力条件下会被破坏，粘度降低，剪切力消除，氢键又重新形成。二氧化硅是无机耐高温材料，有利于车间底漆的耐高温性能。另一种触变剂为液体流变助剂，主要成分是聚羟基羧酸酰胺，能与气相二氧化硅相辅相成，提高触变性，这是因为羟基和氨基都能与硅烷醇基团形成氢键作用，使得气相二氧化硅形成氢键的网状结构更大，提高了增稠效果。

沉淀二氧化硅为焊接钢铁的增韧剂，并且其可以与气相二氧化硅、钛白粉、云母粉、硅灰石粉、膨润土或其组合等无机填料共同作用在涂料中形成一定量的陶瓷层，增加本发明的车间底漆的强度，提高其使用寿命。

为了提高涂层耐蚀寿命，在涂料中添加缓蚀剂苯并三唑，用来减缓涂料中锌或其合金的牺牲性损耗。

溶剂型硅酸锌车间底漆大多采用乙醇、异丙醇等醇类极性溶剂，本发明采用了异丙醇、去离子水和无水乙醇的混合溶剂，能使气相二氧化硅的触变性达到最佳，且不被破坏。本发明制得的车间底漆锌粉浆组分在40℃条件下储存30天也不会出现胶化沉底，易搅拌均匀。采用环保型绿色溶剂异丙醇、去离子水和无水乙醇的混合溶剂代替甲苯、二甲苯、异丙醇、丙二醇、正丁醇、乙二醇等气味和毒性较大的溶剂，降低了毒性和气味，保证了生产和施工人员的健康，减少了对环境的污染；选用几种不同挥发速度的溶剂相配合，使涂层表面不再发花。由于不含有机树脂，将使涂覆该车间底漆的钢板在焊接时产生的烟雾减少，改善施工环境。

正硅酸乙酯水解液作为成膜物质，起粘结作用，因为选择了合适的水解度，水解产物成膜良好，具有优异的附着强度，有利于通过与压载舱涂料配套进行的兼容性试验；正硅酸乙酯成膜后形成的是Si-O网络，其耐高温性能优异；同时，本发明在固化剂中加入了一定量的硅树脂，硅树脂的加入主要是为了满足环保耐高温的需求，增加涂层柔韧，并且其可以与正硅酸乙酯共同作用，极大地增加本发明的车间底漆与钢铁构件基底的结合强度，提高涂层的使用寿命，本发明的硅酸锌车间底漆与基体表面的附着力大于3MPa。

气相二氧化硅作为触变剂，聚羟基羧酸酰胺既作为液体流变助剂也作为触变剂之一，气相二氧化硅本身比表面积大，表面带有硅烷醇基团，硅烷醇基团可与邻近的气相二氧化硅颗粒相互作用而形成氢键，这种网状结构在外加剪切力条件下会被破坏，粘度降低，剪切力消除，氢键又重新形成。而聚羟基羧酸酰胺因为羟基和氨基都能与硅烷醇基团形成氢键作用，使得气相二氧化硅形成氢键的网状结构更大，所以其能与气相二氧化硅相辅相成，提高触变性，提高了增稠效果。本发明的绿色环保的无机硅酸锌车间底漆的制备方法中，是首先将气相二氧化硅加入到异丙醇、去离子水和无水乙醇的混合溶剂中，高速分散，然后加入聚羟基羧酸酰胺作为液体流变助剂，分散均匀；然后再加入其它组分。本发明采用了首先将气相二氧化硅和聚羟基羧酸酰胺触变剂混合均匀，反应完全，极大地优化了无机硅车间底漆的触变性能，通过上述方法制备的无机硅酸锌车间底漆在高剪切速率下具有较低黏度，极大地便利于车间底漆的的流动和施工；同时，在施工前和后的低剪切速度下具有较高黏度，可防止其它组分的沉降和湿膜流挂现象。

本发明的车间底漆，适用于船舶、车辆、海上平台、油罐、桥梁、钢铁构件的表面作为防腐保养底漆。本发明的车间底漆达到了国际海事组织推行的压载舱涂层保护性能标准所要求的与压载舱涂料兼容，是市场所急需；其它诸如桥梁、海洋工程等需要加工大型钢结构的钢板预处理对车间底漆也有很大的需求。

具体实施方式

实施例一

一种绿色环保的无机硅酸锌车间底漆，由基础浆料和固化剂按照质量比2～3：l组成；

所述的基础浆料的各组分质量份数分别为：锌粉45～50份、磷铁粉25～30份、钛白粉8.0～10份、气相二氧化硅5～8份、沉淀二氧化硅2～3份、无水乙醇12～15份、去离子水5～10份、异丙醇5～10份、无机填料云母粉、硅灰石粉和膨润土2～8份、聚羟基羧酸酰胺1.2～2.0份、聚二甲基硅氧烷消泡剂1.2～2.0份、苯并三唑缓蚀剂1.2～2.0份；

所述的固化剂的各组分重量份数分别为：正硅酸乙酯40～45份、无水乙醇50～60份、硅树脂15～20份、浓度为9.5％～10.5％的稀氨水3-5份。

上述绿色环保的无机硅酸锌车间底漆的制备方法，具体步骤如下：

步骤1、将气相二氧化硅加入到异丙醇、去离子水和无水乙醇的混合溶剂中，高速分散15～20min，然后加入聚羟基羧酸酰胺作为液体流变助剂，分散均匀；

步骤2、然后加入基础浆料的其它原料，高速分散到细度小于80微米，制得基础浆料；

步骤3、将正硅酸乙酯和无水乙醇投入反应釜，加热搅拌，然后加入硅树脂和稀氨水，保温30min，制得固化剂；

步骤4、将基础浆料和固化剂按照比例混合，高速搅拌均匀后，即可制得无机硅酸锌车间底漆。

制备的上述绿色环保的无机硅酸锌车间底漆用于作为舰船或者车辆上的防腐涂料。

制备的上述绿色环保的无机硅酸锌车间底漆用于作为钢铁结构件表面的防腐底漆。

实施例二

一种绿色环保的无机硅酸锌车间底漆，由基础浆料和固化剂按照质量比2：l组成；

所述的基础浆料的各组分质量份数分别为：锌粉45份、磷铁粉25份、钛白粉8.0份、气相二氧化硅5份、沉淀二氧化硅2份、无水乙醇12份、去离子水5份、异丙醇5份、无机填料2份、聚羟基羧酸酰胺1.2份、聚二甲基硅氧烷消泡剂1.2份、苯并三唑缓蚀剂1.2份；

所述的固化剂的各组分重量份数分别为：正硅酸乙酯40份、无水乙醇50份、硅树脂15份、浓度为9.5％～10.5％的稀氨水3份。

其制备方法与实施例一相同。

实施例三

一种绿色环保的无机硅酸锌车间底漆，由基础浆料和固化剂按照质量比3：l组成；

所述的基础浆料的各组分质量份数分别为：锌粉50份、磷铁粉30份、钛白粉10份、气相二氧化硅8份、沉淀二氧化硅3份、无水乙醇15份、去离子水10份、异丙醇10份、无机填料8份、聚羟基羧酸酰胺2.0份、聚二甲基硅氧烷消泡剂2.0份、苯并三唑缓蚀剂2.0份；

所述的固化剂的各组分重量份数分别为：正硅酸乙酯45份、无水乙醇60份、硅树脂20份、浓度为9.5％～10.5％的稀氨水5份。

其制备方法与实施例一相同。

实施例四

一种绿色环保的无机硅酸锌车间底漆，由基础浆料和固化剂按照质量比2.5：l组成；

所述的基础浆料的各组分质量份数分别为：锌粉48份、磷铁粉28份、钛白粉9份、气相二氧化硅7份、沉淀二氧化硅2.5份、无水乙醇13.5份、去离子水7.5份、异丙醇7.5份、无机填料5份、聚羟基羧酸酰胺1.6份、聚二甲基硅氧烷消泡剂1.6份、苯并三唑缓蚀剂1.6份；

所述的固化剂的各组分重量份数分别为：正硅酸乙酯43份、无水乙醇55份、硅树脂18份、浓度为9.5％～10.5％的稀氨水4份。

本发明的一种绿色环保的无机硅酸锌车间底漆及其制备方法，采用锌粉作为牺牲阳极使用与锌粉的性能相当的磷铁粉，在不降低防腐性能的前提下，大大地降低了生产成本；采用气相二氧化硅和聚羟基羧酸酰胺作为触变剂，聚羟基羧酸酰胺与气相二氧化硅相辅相成，羟基和氨基都能与硅烷醇基团形成氢键作用，使得气相二氧化硅形成氢键的网状结构更大，提高了增稠效果。采用沉淀二氧化硅为焊接钢铁的增韧剂，其可以与气相二氧化硅、钛白粉、云母粉、硅灰石粉、膨润土或其组合等无机填料共同作用增加车间底漆的强度，提高其使用寿命；在涂料中添加缓蚀剂苯并三唑，用来减缓涂料中锌或其合金的牺牲性损耗；采用环保型绿色溶剂异丙醇、去离子水和无水乙醇的混合溶剂代替甲苯、二甲苯、异丙醇、丙二醇、正丁醇、乙二醇等气味和毒性较大的溶剂，降低了毒性和气味，保证了生产和施工人员的健康，减少了对环境的污染；选用几种不同挥发速度的溶剂相配合，使涂层表面不再发花。由于不含有机树脂，将使涂覆该车间底漆的钢板在焊接时产生的烟雾减少，改善施工环境；采用正硅酸乙酯水解液作为成膜物质，加入了一定量的硅树脂，硅树脂的加入主要是为了满足环保耐高温的需求，增加涂层柔韧，并且其可以与正硅酸乙酯共同作用，极大地增加本发明的车间底漆与钢铁构件基底的结合强度，提高涂层的使用寿命。

本发明的车间底漆，适用于船舶、车辆、海上平台、油罐、桥梁、钢铁构件的表面作为防腐保养底漆。本发明的车间底漆达到了国际海事组织推行的压载舱涂层保护性能标准所要求的与压载舱涂料兼容，是市场所急需；其它诸如桥梁、海洋工程等需要加工大型钢结构的钢板预处理对车间底漆也有很大的需求。

Claims (9)

1.一种绿色环保的无机硅酸锌车间底漆，由基础浆料和固化剂按照质量比2～3：l组成；其特征在于：

所述的基础浆料的各组分质量份数分别为：锌粉45～50份、磷铁粉25～30份、钛白粉8.0～10份、气相二氧化硅5～8份、沉淀二氧化硅2～3份、无水乙醇12～15份、去离子水5～10份、异丙醇5～10份、无机填料2～8份、聚羟基羧酸酰胺1.2～2.0份、聚二甲基硅氧烷消泡剂1.2～2.0份、苯并三唑缓蚀剂1.2～2.0份；

所述的固化剂的各组分重量份数分别为：

正硅酸乙酯40～45份、无水乙醇50～60份、硅树脂15～20份、浓度为9.5％～10.5％的稀氨水3-5份。

2.根据权利要求1所述的一种绿色环保的无机硅酸锌车间底漆，其特征在于，由基础浆料和固化剂按照质量比2：l组成；其特征在于：

所述的基础浆料的各组分质量份数分别为：锌粉45份、磷铁粉25份、钛白粉8.0份、气相二氧化硅5份、沉淀二氧化硅2份、无水乙醇12份、去离子水5份、异丙醇5份、无机填料2份、聚羟基羧酸酰胺1.2份、聚二甲基硅氧烷消泡剂1.2份、苯并三唑缓蚀剂1.2份；

所述的固化剂的各组分重量份数分别为：

正硅酸乙酯40份、无水乙醇50份、硅树脂15份、浓度为9.5％～10.5％的稀氨水3份。

3.根据权利要求1所述的一种绿色环保的无机硅酸锌车间底漆，其特征在于，由基础浆料和固化剂按照质量比3：l组成；其特征在于：

所述的基础浆料的各组分质量份数分别为：锌粉50份、磷铁粉30份、钛白粉10份、气相二氧化硅8份、沉淀二氧化硅3份、无水乙醇15份、去离子水10份、异丙醇10份、无机填料8份、聚羟基羧酸酰胺2.0份、聚二甲基硅氧烷消泡剂2.0份、苯并三唑缓蚀剂2.0份；

所述的固化剂的各组分重量份数分别为：

正硅酸乙酯45份、无水乙醇60份、硅树脂20份、浓度为9.5％～10.5％的稀氨水5份。

4.根据权利要求1所述的一种绿色环保的无机硅酸锌车间底漆，其特征在于，由基础浆料和固化剂按照质量比2.5：l组成；其特征在于：

所述的基础浆料的各组分质量份数分别为：锌粉48份、磷铁粉28份、钛白粉9份、气相二氧化硅7份、沉淀二氧化硅2.5份、无水乙醇13.5份、去离子水7.5份、异丙醇7.5份、无机填料5份、聚羟基羧酸酰胺1.6份、聚二甲基硅氧烷消泡剂1.6份、苯并三唑缓蚀剂1.6份；

所述的固化剂的各组分重量份数分别为：

正硅酸乙酯43份、无水乙醇55份、硅树脂18份、浓度为9.5％～10.5％的稀氨水4份。

5.根据权利要求1～4任一项权利要求所述的一种绿色环保的无机硅酸锌车间底漆，其特征在于，所述的无机填料为云母粉、硅灰石粉或膨润土或其组合。

6.权利要求1～4任一项权利要求所述的一种绿色环保的无机硅酸锌车间底漆的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1、首先将气相二氧化硅加入到异丙醇、去离子水和无水乙醇的混合溶剂中，高速分散15～20min，然后加入液体流变助剂，分散均匀；

步骤2、然后加入基础浆料的其它原料，高速分散到细度小于80微米，制得基础浆料；

步骤3、将正硅酸乙酯和无水乙醇投入反应釜，加热搅拌，然后加入硅树脂和稀氨水，保温30min，制得固化剂；

步骤4、将基础浆料和固化剂按照比例混合，高速搅拌均匀后，即可制得无机硅酸锌车间底漆。

7.根据权利要求6所述的一种绿色环保的无机硅酸锌车间底漆的制备方法，其特征在于，所述的无机填料为云母粉、硅灰石粉或膨润土或其组合。

8.权利要求1～4任一项权利要求所述的一种绿色环保的无机硅酸锌车间底漆用于作为舰船或者车辆上的防腐涂料。

9.权利要求1～4任一项权利要求所述的一种绿色环保的无机硅酸锌车间底漆用于作为钢铁结构件表面的防腐底漆。