CN109897413A - 水性无机涂料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于防腐技术领域，本发明公开了一种水性无机涂料及制备方法，所述的水性无机富锌涂料包括粉末和液相，所述的粉末包括锌粉或铝粉；所述的液相包括硅酸钾溶液、硅溶胶、改性剂、硅丙乳液、硅烷偶联剂、锌粉、铝粉、流平剂、增韧剂、消泡剂、分散剂、颜料和填料。本发明的水性无机涂料具有寿命长和污染低的优点。

Description

水性无机涂料及制备方法

技术领域

本发明涉及防腐技术领域，具体涉及一种水性无机涂料及制备方法。

背景技术

本发明对于背景技术的描述属于与本发明相关的相关技术，仅仅是用于说明和便于理解本发明的内容，不应理解为申请人明确认为或推定申请人认为是本发明在首次提出申请的申请日的现有技术。

金属腐蚀是人们面临的一个十分严重而又最为普遍的问题，全世界每年因腐蚀造成的经济损失约占各国GDP的2％～4％，因腐蚀而报废的金属达亿吨以上。

涂料是用于防止和延缓钢铁腐蚀最经济的方法之一，涂料在金属防腐方面有着重要的作用，然而现有的涂料存在着寿命短的问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种水性无机富锌涂料及制备方法和应用，本发明的涂料具有较长的寿命。

本发明实施例的目的是通过如下技术方案实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种水性无机涂料，所述的水性无机涂料为水性无机富锌涂料或水性无机富铝涂料，包括粉末和液相，所述的粉末包括锌粉或铝粉；所述的液相包括硅酸钾溶液、硅溶胶、改性剂、硅丙乳液、硅烷偶联剂、锌粉、铝粉、流平剂、增韧剂、消泡剂、分散剂、颜料和填料。

进一步的，所述的水性无机涂料中液相与粉末的质量比为1：2-3。

进一步的，所述的液相中各组分的质量比为：硅酸钾溶液：硅溶胶：改性剂：硅丙乳液：硅烷偶联剂：流平剂：增韧剂：消泡剂：分散剂：颜料：填料＝100:20-30：1-2:1-2:2-3：1-3:1-5:1-2:1-1.5：2-3:1-5。

进一步的，所述的硅酸钾溶液中溶质的质量分数为34％-63％。

进一步的，所述的改性剂为丙烯酸树脂；

所述的流平剂为异佛尔酮和/或二丙酮醇；

所述的增韧剂为邻苯二甲酸二丁酯和/或磷酸三苯酯；

所述的消泡剂为矿物油和/或无机硅；

所述的分散剂为多价羧酸类分散剂；

所述的颜料为无机颜料；

所述的填料为轻质碳酸钙、沉淀硫酸钡、合成硅酸钙和硅铝酸钠中的至少一种。

第二方面，本发明实施例提供了一种水性无机涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将低模数硅酸钾溶液在温度在30～70℃下滴加硅溶胶然后滴加改性剂、偶联剂、流平剂、增韧剂、消泡剂、分散剂、颜和填料，高速搅拌，得到透明高模数硅酸钾溶液，将所述的高模数硅酸钾溶液的温度降至室温，滴加硅丙乳液得到所述的液相；

将所述的液相与锌粉或铝粉混合得到所述的水性无机涂料。

借由上述方案，本发明水性无机涂料及制备方法至少具备如下有益效果：

本申请水性无机涂料采用硅酸盐为主要粘结剂，硅酸盐与锌粉(铝粉)在一定条件下反应交联成膜。由于锌(铝)的标准电位较钢铁低，腐蚀介质渗入时，钢铁与锌粉(铝粉)形成原电池，锌粉(铝粉)作为原电池的负极失去电子，钢铁作为正极得到电子而获得保护。另外，溶解出来的锌离子(铝离子)与腐蚀介质中的阴离子结合而形成碱式锌盐(铝盐)和锌铁复盐(铝铁复盐)，它们填满涂膜的裂缝，而达到隔离防锈的目的。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步的详细介绍，应当理解，实施例是为了本领域技术人员更容易理解本发明的技术方案，而不能作为本发明保护范围的限定。

在下述介绍中，术语“第一”、“第二”仅为用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下述介绍提供了本发明的多个实施例，不同实施例之间可以替换或者合并组合，因此本发明也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含特征A、B、C，另一个实施例包含特征B、D，那么本发明也应视为包括含有A、B、C、D的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。

第一方面，本发明实施例提供了一种水性无机涂料，所述的水性无机涂料为水性无机富锌涂料或水性无机富铝涂料，包括粉末和液相，所述的粉末包括锌粉或铝粉；所述的液相包括硅酸钾溶液、硅溶胶、改性剂、硅丙乳液、硅烷偶联剂、锌粉、铝粉、流平剂、增韧剂、消泡剂、分散剂、颜料和填料。

在本发明的一些实施例中，所述的水性无机涂料中液相与粉末的质量比为1：2-3。

在本发明的一些实施例中，所述的液相中各组分的质量比为：硅酸钾溶液：硅溶胶：改性剂：硅丙乳液：硅烷偶联剂：流平剂：增韧剂：消泡剂：分散剂：颜料：填料＝100:20-30：1-2:1-2:2-3：1-3:1-5:1-2:1-1.5：2-3:1-5。

在本发明的一些实施例中，所述的硅酸钾溶液中溶质的质量分数为34％-63％。

在本发明的一些实施例中，所述的改性剂为丙烯酸树脂；

所述的流平剂为异佛尔酮和/或二丙酮醇；

所述的增韧剂为邻苯二甲酸二丁酯和/或磷酸三苯酯；

所述的消泡剂为矿物油和/或无机硅；

所述的分散剂为多价羧酸类分散剂；

所述的颜料为无机颜料；

所述的填料为轻质碳酸钙、沉淀硫酸钡、合成硅酸钙和硅铝酸钠中的至少一种。

第二方面，本发明实施例提供了一种水性无机涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将低模数硅酸钾溶液在温度在30～70℃下滴加硅溶胶然后滴加改性剂、偶联剂、流平剂、增韧剂、消泡剂、分散剂、颜和填料，高速搅拌，得到透明高模数硅酸钾溶液，将所述的高模数硅酸钾溶液的温度降至室温，滴加硅丙乳液得到所述的液相；

将所述的液相与锌粉或铝粉混合得到所述的水性无机涂料。

下面结合具体实施例来对本发明方案作进一步详细阐述：

水性无机涂料的制备方法：

仪器

高速搅拌器；温度控制仪；电子天平；柔韧性测定器；漆膜冲击试验器；干燥试验器等。

原材料

硅酸钾溶液、硅溶胶——安阳怡合化工有限公司；

改性剂(WE)——河南特种防腐工程材料有限公司；

硅丙乳液——河南特种防腐材料有限公司；

硅烷偶联剂——天津市试剂有限公司；

锌粉——中国有色金属进出口总公司葫芦岛锌业

铝粉——中国有色金属进出口总公司西南铝业

流平剂、增韧剂、消泡剂、分散剂、颜、填料等

马口铁片、钢板等。

方法

富锌(富铝)涂料的制备

将一定量的低模数硅酸钾溶液倒入三口烧瓶中，控制温度在30～70℃，在搅拌下滴加计量的硅溶胶。滴加完毕，继续向体系中滴加计量的改性剂或偶联剂、流平剂、增韧剂、消泡剂、分散剂、颜、填料等，高速搅拌，得到透明高模数硅酸钾溶液。停止加热，当体系温度降至室温时，滴加定量的硅丙乳液得到液料组分。在此基础上，加入锌粉(铝粉)，形成高摩尔比水性无机富锌(富铝)涂料。

液料稳定性测试

将液料组份放入50℃烘箱中，考察组分的储存稳定性。

漆膜性质的测定

漆膜性能的测定参见HG/T3668—2009。

影响高模数硅酸钾溶液制备的因素

温度的影响

在30～70℃范围内合成了系列高模数硅酸钾水溶液，考察温度对体系反应程度的影响，考察结果如表1所示。

表1合成温度对高模数硅酸钾溶液的影响

由表1可知，温度刘高模数硅酸钾溶液的制备有较大影响。温度较低时，滴入的硅溶胶与硅酸钾反应不完全析出白色絮状沉淀；温度较高时，反应体系不稳定也有沉淀生产。50℃是制备高模数硅酸钾的最佳温度，溶解/增长反应能平稳进行。

改性剂和偶联剂的影响改性

不同种类偶联剂对制备稳定的高模数硅酸钾溶液有较大影响。结果如表2所示。

表2改性剂对高模数硅酸钾溶液透明度和稳定性的影响

由表2可知，未加入改性剂，合成的高模数硅酸钾溶液在高温(50℃)时的贮存稳定性不佳，6d便凝胶硬化。环氧基硅烷的加入略微提高高模数硅酸钾溶液的稳定性，甲基硅烷的效果优于环氧基硅烷，可能是因为甲基硅烷的水解产物与硅酸钾的胶体反应更完全，减缓了体系的凝胶化过程。改性剂WE-1效果最佳，WE-1的水解产物改变了胶体表面电荷分布，同时其为低聚物，也起到了体积位阻的作用，使高模数硅酸钾溶液的高温稳定性得到明显改善。加入WE-1的高模数硅酸钾溶液常温放置1年仍澄清透明，未发现凝胶化现象。

搅拌速度的影响胶体颗粒在反应体系中的分散情况是制备高模数硅酸钾溶液成功与否的关键因素。因此要求较高的搅拌速度，要求反应器中的溶液在搅拌过程中能形成稳定的涡旋，使胶体溶解/增长反应顺利进行。在反应过程中，要根据反应情况改变转速，使反应充分进行。

涂层性能测试

将液料与粉料按1：2.50的比例混合均匀，熟化20mi n后制板，固化后进行性能测试。表3列出了自制的高模数水性无机富锌涂层(WE-1)与无机富铝涂层的基本性能参数。

表3自制高模数硅酸钾富锌、无机富铝涂料{涂层}性能

测试项目	WE-1	WE-2
			表干时间/min	12	10
实干时间/min	75	65
			适用期/h	8	7
耐冲击性/cm	50	50
			附着力/MPa	≥4.0	≥4.2
柔韧性/mm	2	1
			铅笔硬度/H	≥6	≥5
耐中性盐雾/h	10000	10000

合成反应条件是影晌漆膜性能的主要因素之一。本实验研制的高模数硅酸钾水性无机富锌涂料(WE-1)\无机富铝涂料(WE-2)在基本性能方面达到或超过现有高档市售的水性无机涂料产品的性能指标。

涂料的具体应用

表面处理

无机富锌涂料防锈效果除与涂料中锌粉含量、漆膜致密性有关外，还与钢基体附着力的大小、涂装前钢基体的表面处理(除锈、除油、除污)有很大关系。水性无机富锌涂料与油污等有机物质相容性差，同时为了保证涂料中锌粉与底材充分的接触，产生导电作用，起到防腐蚀的效能，要求底材表面必须清洁。如果钢材表面存在油污，漆膜的附着力降低，涂层会出现剥落现象。所以，要求对工件表面进行喷砂处理，处理等级达到Sa2.5级以上。同时对于电弧喷涂铝、热浸锌涂层，水性无机富锌涂层可直接喷涂其上作为封闭漆使用。若局部受到污染，必须彻底清除，可用中等的碱性清洗剂除去油污。工程应用表面，只要不是油污太严重的钢材，只需喷砂或喷丸处理即可，不必专门除油。若为了进一步提高漆膜附着力和完整性，可在钢材表面用改性剂进行预处理，能达到更佳的防腐效果。

施工条件施工时要求底材表面的最低温度≥5℃，最高温度≤50℃，相对湿度≤80％。否则，影响水性无机富锌(铝)物理和化学成膜过程，降低漆膜的致密性。为了改善水性富锌(铝)涂料在低温和高湿环境下的施工性，有必要合成专用助剂或改变高模数硅酸钾的化学组成。

富锌涂料配套性水性无机富锌底漆形成的漆膜可以底面合一，但为了更好地发挥其卓越的防腐性能需要用复合配套涂层。在水性无机富锌涂料上罩面漆时，必须注意配套性以免起泡或脱落：

(1)上罩涂层必须具备耐碱性；

(2)水性无机富锌涂料必须充分固化后才可罩富铝或其他面漆；

(3)无机富锌、富铝涂层厚度宜在规定范围内。

根据工程应用经验，以环氧类、聚氨酯类涂料作为封闭层较好。中间涂层宜选用环氧云铁中间漆(60цm)，面漆以氯化橡胶、聚氨酯、聚硅氧烷(80цm)铝粉为最佳的配套体系。由表3可知，本申请的水性无机富锌、富铝涂料具有很好的物理性能。其附着力、韧性、硬度等指标均较优，该涂层在具有较高硬度的同时还具有较佳的漆膜韧性，本申请的WE系列改性剂的加入及合成反应条件制备工艺的改进是影晌漆膜性能的主要因素之一。本申请的高模数硅酸钾水性无机富锌、富铝涂料已达到国内领先水平。

以上介绍仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种水性无机涂料，其特征在于，所述的水性无机涂料为水性无机富锌涂料或水性无机富铝涂料，包括粉末和液相，所述的粉末包括锌粉或铝粉；所述的液相包括硅酸钾溶液、硅溶胶、改性剂、硅丙乳液、硅烷偶联剂、锌粉、铝粉、流平剂、增韧剂、消泡剂、分散剂、颜料和填料。

2.根据权利要求1所述的水性无机涂料，其特征在于，所述的水性无机涂料中液相与粉末的质量比为1：2-3。

3.根据权利要求1所述的水性无机涂料，其特征在于，所述的液相中各组分的质量比为：硅酸钾溶液：硅溶胶：改性剂：硅丙乳液：硅烷偶联剂：流平剂：增韧剂：消泡剂：分散剂：颜料：填料＝100:20-30：1-2:1-2:2-3：1-3:1-5:1-2:1-1.5：2-3:1-5。

4.根据权利要求1所述的水性无机涂料，其特征在于，所述的硅酸钾溶液中溶质的质量分数为34％-63％。

5.根据权利要求3所述的水性无机涂料，其特征在于，

所述的改性剂为丙烯酸树脂；

所述的流平剂为异佛尔酮和/或二丙酮醇；

所述的增韧剂为邻苯二甲酸二丁酯和/或磷酸三苯酯；

所述的消泡剂为矿物油和/或无机硅；

所述的分散剂为多价羧酸类分散剂；

所述的颜料为无机颜料；

所述的填料为轻质碳酸钙、沉淀硫酸钡、合成硅酸钙和硅铝酸钠中的至少一种。

6.一种权利要求1-5任一项所述的水性无机涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将低模数硅酸钾溶液在温度在30～70℃下滴加硅溶胶然后滴加改性剂、偶联剂、流平剂、增韧剂、消泡剂、分散剂、颜和填料，高速搅拌，得到透明高模数硅酸钾溶液，将所述的高模数硅酸钾溶液的温度降至室温，滴加硅丙乳液得到所述的液相；

将所述的液相与锌粉或铝粉混合得到所述的水性无机涂料。