CN106752156B - 一种新的水性无机富锌涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明属于涂料技术领域，涉及一种水性无机富锌涂料及其制备方法和用途。本发明提供的水性无机富锌涂料最大能够厚涂至250μm以上，具有良好的耐久性，以作为防腐涂料广泛应用于钢铁表面预处理或钢结构长期防腐涂装，如船舶、钻井平台、海上设施、桥梁、铁路、风电、石油化工产品储罐、管道、重型建筑钢结构，或在油罐内部、大气环境中、海洋环境中单独使用。

Description

一种新的水性无机富锌涂料
技术领域
本发明属于涂料技术领域，涉及一种水性无机富锌涂料及其制备方法和用途。
背景技术
金属腐蚀造成的直接和间接损失非常巨大，而防腐涂料作为简单、经济、有效的防腐手段，广泛应用于国民经济各个领域。随着现代工业的发展，人们对防腐涂料的耐久性和防腐蚀性提出了越来越高的要求，如大型工矿企业的石油化工，管道、储槽、设备，环境治理，矿山冶炼等，钢结构住宅、机场、体育场馆、会展中心的建筑钢结构，能源领域的天然气、油管、油罐、输变电站、核电设备和煤矿矿井等，运输领域的桥梁、船舶、集装箱、火车、汽车等，新兴海洋工程的海上设备、海岸、海上石油钻井平台，海防基建工程的大型混凝土工程等，要求使用寿命尽量延长，能够厚膜化。
无机富锌涂料因优异的耐候性、耐腐蚀性、耐温性能，应用广泛。但水性富锌涂料在干燥过程中收缩、易裂，脱落，一般仅能厚涂50-70μm，影响耐盐雾性、耐海水性能，且无机富锌涂料施工条件苛刻，涂装环境一般要求温度5℃-40℃，湿度35％-85％，无强日照，风速较小，钢件不易过热。
因此，开发能够厚涂、防腐效果更佳、易施工的水性富锌涂料，具有重要的经济价值和社会效益。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种能够厚涂、防腐性能优异、易于施工的水性无机富锌涂料。
本发明的另一个目的是提供本发明水性无机富锌涂料的制备方法。
本发明的还一个目的是提供本发明水性无机富锌涂料用于钢铁表面预处理或钢结构长期防腐涂装的用途。
为实现上述发明目的，提供以下技术方案：
一种水性无机富锌涂料，由粉料和基料组成，颜基比为6-10，按重量计，所述粉料包括锌粉，占固含量的40％-85％，片状填充剂，占粉料的3％-35％，防沉剂，占粉料的1-5％和其它填充剂，占粉料的0-20％；
所述基料选自硅酸钠溶液和硅酸锂溶液的混合溶液，按重量计，基料中有效成分(S)含量(Na2O、Li2O和SiO2的总含量)为25％-35％，Na2O与Li2O的摩尔比(m1/m2)的范围为3-8。
根据本发明，所述颜基比为7-9。优选地，所述颜基比为8-9。
根据本发明，所述的锌粉选自球状锌粉、无定形锌粉和它们的混合物。
根据本发明，所述锌粉的含量占固含量的60％-80％。
根据本发明，所述锌粉的含量占固含量的60％-70％。
根据本发明，所述的片状填充剂选自绢云母粉、片状滑石粉、云母氧化铁红、云母氧化铁灰、高岭土和石墨粉中的至少一种。优选地，所述的片状填充剂选自绢云母粉、云母氧化铁红和云母氧化铁灰中的至少一种。进一步优选地，所述的片状填充剂为绢云母粉。
根据本发明，所述片状填充剂的含量占粉料的5％-16％。
根据本发明，所述片状填充剂的含量占粉料的6％-16％。
根据本发明，所述的防沉剂选自膨润土、白炭黑、硅灰、凹凸棒土中的至少一种。优选地，所述的防沉剂为膨润土。
根据本发明，所述防沉剂的含量占粉料的1-4％。
根据本发明，所述防沉剂的含量占粉料的1.5-4％。
根据本发明，所述的其它填充剂选自玻璃粉、石英粉、粉石英、硅灰石粉、沉淀硫酸钡、重晶石粉中的一种或多种。优选地，所述的其它填充剂选自玻璃粉、石英粉、粉石英、硅灰石粉、沉淀硫酸钡中的一种或多种。进一步优选地，所述的其它填充剂为玻璃粉。
根据本发明，所述其它填充剂的含量占粉料的0-18％。
根据本发明，所述其它填充剂的含量占粉料的5-18％。
根据本发明，所述基料选自硅酸钠溶液和硅酸锂溶液的混合物，其中，所述硅酸钠溶液的模数为3-4，所述硅酸锂溶液的模数为6-10，且按重量计，基料中有效成分(S)含量(Na2O、Li2O和SiO2的总含量)为25％-35％，Na2O与Li2O的摩尔比(m1/m2)的范围为3-8。
根据本发明，所述基料选自硅酸钠溶液和硅酸锂溶液的混合物，其中，所述硅酸钠溶液的模数为3-4，所述硅酸锂溶液的模数为6-10，且按重量计，基料中有效成分(S)含量(Na2O、Li2O和SiO2的总含量)为29％-32％，Na2O与Li2O的摩尔比(m1/m2)的范围为4-8。
本发明人发现，粉料中加入防沉剂和片状填充剂，且控制颜基比6-10，尤其是颜基比为7-9时，制得的水性无机富锌涂料可以厚涂，防流挂效果好，不易开裂、起泡、脱壳，施工性能优异，且防腐性能大大提高，干膜锌粉含量仅为40-80％的水性无机富锌涂料具有与干膜锌粉含量85％的富锌涂料等同的防腐性能。
本发明人还发现，当基料中有效成分S含量控制在25％-35％，Na2O与Li2O的摩尔比m1/m2的范围控制在3-8时，与粉料混合制得的水性无机富锌涂料成膜和耐水性能优良。
在一些优选的实施方案中，本发明的水性无机富锌涂料，由粉料和基料组成，颜基比为7-9，按重量计，所述粉料包括锌粉，占固含量的60％-80％，绢云母粉，占粉料的5％-16％，膨润土，占粉料的1-4％和其它填充剂，占粉料的0-18％，所述其它填充剂选自玻璃粉、石英粉、粉石英、硅灰石粉、沉淀硫酸钡中的一种或多种；
所述基料选自硅酸钠溶液和硅酸锂溶液的混合溶液，按重量计，基料中有效成分S含量占基料总量的29％-32％，Na2O与Li2O的摩尔比m1/m2的范围为4-8。
在另一些优选的实施方案中，本发明的水性无机富锌涂料，由粉料和基料组成，颜基比为7-9，按重量计，所述粉料包括锌粉，占固含量的60％-80％，绢云母粉，占粉料的5％-16％，膨润土，占粉料的1-4％和玻璃粉，占粉料的0-18％；
所述基料选自硅酸钠溶液和硅酸锂溶液的混合溶液，其中，所述硅酸钠溶液的模数为3-4，所述硅酸锂溶液的模数为6-10，且按重量计，基料中有效成分(S)含量(Na2O、Li2O和SiO2的总含量)为29％-32％，Na2O与Li2O的摩尔比(m1/m2)的范围为4-8。
在另一些优选的实施方案中，本发明的水性无机富锌涂料，由粉料和基料组成，颜基比为8-9，按重量计，所述粉料包括锌粉，占固含量的60％-70％，绢云母粉，占粉料的5％-16％，膨润土，占粉料的1-4％和其它填充剂，占粉料的0-18％，所述其它填充剂选自玻璃粉、石英粉、粉石英、硅灰石粉、沉淀硫酸钡中的一种或多种；
所述基料选自硅酸钠溶液和硅酸锂溶液的混合物，其中，所述硅酸钠溶液的模数为3-4，所述硅酸锂溶液的模数为6-10，且按重量计，基料中有效成分(S)含量(Na2O、Li2O和SiO2的总含量)为29％-32％，Na2O与Li2O的摩尔比(m1/m2)的范围为4-8。
在另一些优选的实施方案中，本发明的水性无机富锌涂料，由粉料和基料组成，颜基比为8-9，按重量计，所述粉料包括锌粉，占固含量的60％-70％，绢云母粉，占粉料的6％-16％，膨润土，占粉料的1.5-4％，玻璃粉，占粉料的5-18％；所述基料选自硅酸钠溶液和硅酸锂溶液的混合物，其中，所述硅酸钠溶液的模数为3-4，所述硅酸锂溶液的模数为6-10，且按重量计，基料中有效成分(S)含量(Na2O、Li2O和SiO2的总含量)为29％-32％，Na2O与Li2O的摩尔比(m1/m2)的范围为4-8。
第二方面，本发明提供本发明的水性无机富锌涂料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
1)将配方量的锌粉，片状填充剂，防沉剂和其它填充剂混合均匀制得粉料；
2)将配方量的硅酸钠溶液和硅酸锂溶液混合均匀，制得基料；
3)临用时，将步骤1)的粉料与步骤2)的基料混合均匀，使混合物中锌粉含量占固含量的40-85％，颜基比为6-10。
根据本发明提供的方法，步骤1)中的粉料用干粉混合机混合均匀。
根据本发明提供的方法，步骤3)中混合物中锌粉含量占固含量的60-70％，颜基比为7-9。
本发明提供的水性无机富锌涂料，最大能够厚涂至250μm以上，具有良好的耐久性，耐海水4000小时以上，耐矿物油4000小时以上，耐动植物油脂4000小时以上，耐有机溶剂4000小时以上，耐中性盐雾5000小时以上，抗紫外线5000小时以上，抗滑移系数0.75以上，表面电阻小于109Ω，体积电阻小于108Ω·cm，,400℃下4小时无任何变化，且硬度超过5H，耐冲击强度超过20kg·cm，柔韧性不超过3mm，附着力不超过1级，可以作为防腐涂料广泛应用于钢铁表面预处理或钢结构长期防腐涂装，如船舶、钻井平台、海上设施、桥梁、铁路、风电、石油化工产品储罐、管道、重型建筑钢结构，或在油罐内部、大气环境中、海洋环境中单独使用。
术语解释
本发明所述的“固含量”是指水性无机富锌涂料中所有固体物的重量百分数(％)。
本发明所述的“膨润土”是指天然膨润土。
本发明所述的“硅酸钠溶液”是指工业级硅酸钠水溶液，化学式为Na2O·nSiO2，n为二氧化硅与氧化钠摩尔数的比值，又称模数(M)。
本发明所述的“硅酸锂溶液”是指工业级硅酸锂水溶液，化学式Li2O·nSiO2，n为二氧化硅与氧化锂摩尔数的比值，又称模数(M)。
本发明所述的“有效成分S”是指基料中有效成分Na2O、Li2O和SiO2的总量占基料总量的重量比(％)。
本发明所述的“m1/m2”是指Na2O与Li2O的摩尔比。
本发明所述的“W1/W2”是指硅酸钠余硅酸锂的重量比。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进行进一步描述，但本发明不限于这些实施例。本文中使用的粉料和基料成分可以商购获得或本领域常规方法制备得到。
实施例1-5基料的制备
使用工业级硅酸钠(GB/T4209-2008)和硅酸锂为原料，其中硅酸钠(液-2)，模数(M)为3.1-3.4，氧化钠(Na20)含量8.2％，二氧化硅(SiO2)含量26％；硅酸锂,模数(M)为4.7-4.9，氧化锂(Li20)含量2.1％，二氧化硅(SiO2)含量20％。将硅酸钠(液-2)与硅酸锂按表1的比例配比，
表1
实施例 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
S(％) 33.0 31.8 30.6 29.4 28.2
m<sub>1</sub>/m<sub>2</sub> 16.97 7.54 4.4 2.83 1.89
W<sub>1</sub>/W<sub>2</sub> 90/10 80/20 70/30 60/40 50/50
实验结果表明，m1/m2为1.89-16.97的实施例1-5制备的基料，成膜性能和耐水性良好，其中m1/m2为2.8-8的实施例2-4，尤其是m1/m2为4-8的实施例2和3制备的基料，成膜性能和耐水性能更优于m1/m2为16.97的实施例1和m1/m2为1.89的实施例5。
使用工业级硅酸钠(GB/T4209-2008)和硅酸锂为原料，其中硅酸钠(液-2)，模数(M)为3.1-3.4，氧化钠(Na20)含量8.2％，二氧化硅(SiO2)含量26％；硅酸锂,模数(M)为4.7-4.9，氧化锂(Li20)含量2.1％，二氧化硅(SiO2)含量20％，将硅酸钠(液-2)与硅酸锂配比用作下面实施例的基料。
实施例6水性无机富锌涂料的制备
1配方重量份
2配方参数
干膜锌粉含量：62.02％；
固含量：78.18％；
颜基比：8.21
3制备工艺
本发明的涂料制备工艺与一般涂料的制备工艺相同，所用设备也相同，将配方量的粉料使用干粉混合机混合均匀，再将配方量的基料混合均匀，临用时，将粉料与基料混合均匀。
实施例7水性无机富锌涂料的制备
1配方重量份
2配方参数
干膜锌粉含量：72.87％；
固含量：81.95％；
颜基比：8.21
3制备工艺
同实施例6。
实施例8水性无机富锌涂料的制备
1配方重量份
粉料
锌粉(325目) 111份
绢云母粉 6份
膨润土 3份
基料
有效成分S＝32％ 43.8份
2配方参数
干膜锌粉含量：82.84％；
固含量：81.8％；
颜基比：8.57
3制备工艺
同实施例6。
实施例9水性无机富锌涂料的制备
1配方重量份
粉料
锌粉(325目) 116份
气相白炭黑 3份
玻璃粉 1份
基料
有效成分S＝31％ 45.2份
2配方参数
干膜锌粉含量：86.57％；
固含量：81.1％；
颜基比：8.57
3制备工艺
同实施例6。
实施例10水性无机富锌涂料的制备
1配方重量份
粉料
锌粉(325目) 89份
绢云母粉 15份
液相白炭黑 5份
玻璃粉(800目) 16份
基料
有效成分S＝28％ 50份
2配方参数
干膜锌粉含量：64.0％；
固含量：79.4％；
颜基比：8.93
3制备工艺
同实施例6。
实施例11水性无机富锌涂料的制备
1配方重量份
粉料
锌粉(325目) 103份
绢云母粉 9份
凹凸棒土3份
玻璃粉(800目) 10份
基料
有效成分S＝30％ 46.7份
2配方参数
干膜锌粉含量：74.1％；
固含量：80.95％；
颜基比：8.93
3制备工艺
同实施例6。
实施例12水性无机富锌涂料的制备
1配方重量份
粉料
锌粉(325目) 121份
绢云母粉 4份
膨润土 2份
玻璃粉(800目) 3份
基料
有效成分S＝32％ 43.75份
2配方参数
干膜锌粉含量：84.0％；
固含量：82.9％；
颜基比：9.29
3制备工艺
同实施例6。
实施例13水性无机富锌涂料的制备
1配方重量份
粉料
锌粉(325目) 128份
气相白炭黑 2份
基料
有效成分S＝33％ 42.4份
2配方参数
干膜锌粉含量：88.89％；
固含量：83.5％；
颜基比：9.29
3制备工艺
同实施例6。
实施例14水性无机富锌涂料的制备
1配方重量份
2配方参数
干膜锌粉含量：50.6％；
固含量：77.94％；
颜基比：6.51
3制备工艺
同实施例6。
实施例15水性无机富锌涂料的制备
1配方重量份
粉料
锌粉(325目) 60份
滑石粉 20份
云母氧化铁红 24份
石英粉 20份
液相白炭黑 2.0份
基料
有效成分S＝30％ 70份
2配方参数
干膜锌粉含量：40.8％；
固含量：75％；
颜基比：6.0
3制备工艺
同实施例6。
对实施例6-15制得的水性无机富锌涂料进行耐久性及其它特殊性能测定，耐海水实验超过4000小时，耐矿物油实验超过4000小时，耐动植物油脂实验超过4000小时，耐有机溶剂实验超过4000小时，耐中性盐雾实验超过5000小时，抗紫外线实验超过5000小时，抗滑移系数0.75以上，表面电阻小于109Ω，体积电阻小于108Ω·cm，400℃下4小时无任何变化。
对实施例6-15制得的水性无机富锌涂料进行物理机械性能测定，结果表明本发明的水性无机富锌涂料硬度超过5H，冲击强度超过20kg·cm，柔韧性不超过3mm，附着力不超过1级。
用“防流挂测定器”检测和立面喷涂实验测定，实施例6-15制得的水性无机富锌涂料湿膜厚度可超过250μm，远高于一般无机富锌涂料的最大厚涂厚度70μm。

Claims (13)

1.一种水性无机富锌涂料，由粉料和基料组成，颜基比为6-10，
所述粉料由以下成分组成：锌粉、片状填充剂、防沉剂、其它填充剂；
其中，所述锌粉选自球状锌粉、无定形锌粉和它们的混合物，按重量计，所述锌粉含量占固含量的60%-80%；
所述的片状填充剂选自绢云母粉、片状滑石粉、云母氧化铁红、云母氧化铁灰、高岭土和石墨粉中的至少一种，按重量计，所述的片状填充剂的含量占粉料的5%-16%；
所述防沉剂选自膨润土、白炭黑、硅灰、凹凸棒土中的至少一种，按重量计，所述防沉剂的含量占粉料的1-4%；
所述其它填充剂选自玻璃粉、石英粉、硅灰石粉、沉淀硫酸钡、重晶石粉中的一种或多种，按重量计，所述其它填充剂的含量占粉料的5-18%；
所述基料选自硅酸钠溶液和硅酸锂溶液的混合溶液；按重量计，基料中有效成分S含量为25%-35%，Na2O与Li2O的摩尔比m1/m2的范围为3-8，其中有效成分S含量是指基料中有效成分Na2O、Li2O和SiO2的总量占基料总量的重量百分比；所述硅酸钠溶液的模数为3.1-3.4，所述硅酸锂溶液的模数为4.7-4.9。
2.根据权利要求1所述的水性无机富锌涂料，其特征在于，所述的颜基比为7-9。
3.根据权利要求2所述的水性无机富锌涂料，其特征在于，所述的颜基比为8-9。
4.根据权利要求1所述的水性无机富锌涂料，其特征在于，所述的锌粉选自球状锌粉，所述锌粉含量占固含量的60%-70%。
5.根据权利要求1所述的水性无机富锌涂料，其特征在于，所述的片状填充剂选自绢云母粉、云母氧化铁红和云母氧化铁灰中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的水性无机富锌涂料，其特征在于，所述的片状填充剂为绢云母粉，按重量计，所述的片状填充剂的含量占粉料的6%-16%。
7.根据权利要求1所述的水性无机富锌涂料，其特征在于，所述的防沉剂为膨润土，按重量计，所述防沉剂的含量占粉料的1.5-4%。
8.根据权利要求1所述的水性无机富锌涂料，其特征在于，所述的其它填充剂选自玻璃粉、石英粉、硅灰石粉、沉淀硫酸钡中的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的水性无机富锌涂料，其特征在于，所述的其它填充剂为玻璃粉。
10.根据权利要求1所述的水性无机富锌涂料，其特征在于，按重量计，所述基料中有效成分S含量为29%-32%，Na2O与Li2O的摩尔比m1/m2的范围为4-8。
11.权利要求1～10任一项所述水性无机富锌涂料的制备方法，包括以下步骤: 1)将配方量的锌粉、片状填充剂、防沉剂和其它填充剂混合均匀制得粉料；2)将配方量的硅酸钠溶液和硅酸锂溶液混合均匀，制得基料；3)临用时，将步骤1)的粉料与步骤2)的基料混合均匀，使混合物中锌粉含量占固含量的60%-80%，颜基比为6-10。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其中步骤1)中的粉料用干粉混合机混合均匀，步骤3)混合物中锌粉含量占固含量的60-70%，颜基比为7-9。
13.
权利要求1～10任一项所述水性无机富锌涂料在钢铁表面预处理或钢结构长期防腐涂装中的应用。
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