CN110079135A - 一种新型水性无机富锌涂料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水性无机富锌涂料制备技术领域，且公开了一种新型水性无机富锌涂料及制备方法，包括以下重量份数配比的原料：55～90份平均粒径≤10um的混合型Zn粉、5～10份硅烷偶联剂、20～25份高模数硅酸钾溶液、7～16份硅油、0.5～2份钴催化剂、3～5g分散剂和5～8g防沉剂；在高模数硅酸钾溶液中添加硅油组分，制备得到新型成膜粘结剂，在分散剂和防沉剂的共同作用下，将表面上包裹有硅烷偶联剂的混合型Zn粉均匀分散在新型成膜粘结剂中。本发明解决了现有水性无机富锌涂料，由于以无机硅酸盐为成膜基料，而无机成膜基料的脆性比较大，所导致的涂料脆性大，不适合在较薄的易变形的底材上使用，易于出现大面积剥落的技术问题。

Description

一种新型水性无机富锌涂料及制备方法

技术领域

本发明涉及水性无机富锌涂料制备技术领域，具体为一种新型水性无机富锌涂料及制备方法。

背景技术

海水不仅是具有很强腐蚀性的天然电解质，而且还是富含有溶解氧、海洋生物和腐败的有机物，这些物质对由钢铁材质制作的采油平台结构件造成很大危害，目前一般采用富锌涂料对海洋环境下的钢铁结构件进行防腐蚀保护，富锌涂料根据成膜物质不同可分为有机富锌涂料和无机富锌涂料，其中，水性无机富锌涂料具有绿色环保、带漆焊接不受影响、耐候性能突出和防腐蚀性能优异等特点，已成为钢铁结构海洋重防腐领域中广泛使用的涂料。

水性无机富锌涂料主要是以无机硅酸盐(钠、钾、锂)为基料，以金属锌粉为填料，制成的双组分涂料，其成膜机理为：Si-O键与锌粉、钢铁表面的铁元素生成硅酸盐聚合物，与此同时吸收空气中的水分和二氧化碳继续反应主要生成不溶性涂膜和网状硅酸锌络合物，从而聚合成巨大的网络，将涂层与钢铁基体连成一体，并使涂层与基体之间有很高的结合力，起到保护钢铁的作用。

但是由于水性无机富锌涂料采用无机硅酸盐作为成膜基料，而无机成膜基料的脆性比较大，目前一般配制的富锌涂料不适合在较薄的易变形的底材上使用，在外力作用下涂层极容易出现大面积剥落。

本发明提供一种新型水性无机富锌涂料及制备方法，旨在解决现有水性无机富锌涂料，由于以无机硅酸盐为成膜基料，而无机成膜基料的脆性比较大，所导致的涂料脆性大，不适合在较薄的易变形的底材上使用，易于出现大面积剥落的技术问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种新型水性无机富锌涂料及制备方法，解决了现有水性无机富锌涂料，由于以无机硅酸盐为成膜基料，而无机成膜基料的脆性比较大，所导致的涂料脆性大，不适合在较薄的易变形的底材上使用，易于出现大面积剥落的技术问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种新型水性无机富锌涂料，包括以下重量份数配比的原料：55～90份平均粒径≤10um的混合型Zn粉、5～10份硅烷偶联剂、20～25份高模数硅酸钾溶液、7～16份硅油、0.5～2份钴催化剂、3～5g分散剂和5～8g防沉剂；

在高模数硅酸钾溶液中添加硅油组分，制备得到新型成膜粘结剂，在分散剂和防沉剂的共同作用下，将表面上包裹有硅烷偶联剂的混合型Zn粉均匀分散在新型成膜粘结剂中，制备得到新型水性无机富锌涂料。

优选的，所述混合型Zn粉包括40～60份片状Zn粉、15～30份球状Zn粉。

优选的，所述硅油包括5～10份乙烯基硅油(乙烯基含量0.2％)、1～3份甲基硅油、1～3份含氢硅油(活泼氢含量0.30％)。

一种新型水性无机富锌涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备55～90份平均粒径≤10um且表面上包裹有5～10份硅烷偶联剂的混合型Zn粉；

(2)将20～25份高模数硅酸钾溶液加入装有加热装置和搅拌装置的反应器中，在转速为300～500rpm的搅拌状态下，将7～16份硅油、0.5～2份钴催化剂加入到反应器中，在温度为60～80℃、转速为300～500rpm下搅拌1～3h；

(3)之后，停止加热，在转速为300～500rpm的搅拌状态下，先将3～5份分散剂和5～8份防沉剂加入反应器中，再缓慢将步骤(1)中的混合Zn粉加入反应器中，转为600～800rpm搅拌1～3h，制备得到新型水性无机富锌涂料。

(三)有益的技术效果

与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：

在高模数硅酸钾溶液中添加硅油组分，制备得到新型成膜粘结剂，该新型成膜粘结组分中的有机硅组分能够有效降低成膜涂层的脆性，与此同时，有机硅组分的加入不仅能够显著提高成膜涂层的柔韧性能，而且能够显著地提高成膜涂层的粘结强度与防腐蚀性能。

将本发明制备的新型水性无机富锌涂料均匀涂刷于钢板上，涂膜厚度50um，干燥封边后，测试其粘结强度≥100MPa，室温浸泡于3.5％的氯化钠溶液中，按照漆膜的耐盐水性按照GB/T1771-99进行测定，结果为：1天后涂层完好，14天后涂层完好，35天后涂层表面1/10板有小泡。

具体实施方式

实施例一：

以下实施例中用到的高模数硅酸钾溶液均采用以下方法制备。

制备高模数硅酸钾溶液的原材料包括：硅酸钾溶液，青岛泡花碱厂；硅溶胶，江阴国联化工有限公司；甲基三甲氧基硅烷，化学纯，上海化学试剂采购供应站；其中，硅酸钾溶液的基本性质见表1，硅溶胶的基本性质见表2；

表1硅酸钾溶液的基本性质

规格	氧化钾％	二氧化硅％	模数(M)	黏度(20℃)Pa·s
					QPY405-1	≥11.5	≥25	3.15～3.3	≤0.6

表2硅溶胶的基本性质

规格	二氧化硅％	PH	黏度(20℃)Pa·s	硅溶胶透明度
					CH83-125	25±1	9～11	3～6×10<sup>-3</sup>	10

高模数硅酸钾溶液的制备方法包括以下步骤：将100g硅酸钾溶液倒入装有高速搅拌器和加热装置的反应器中，在搅拌下慢慢加入15g硅溶胶，滴加完硅溶胶后，将体系升温到50℃，再向反应器中滴加6g甲基三甲氧基硅烷，在此过程中补加蒸馏水使体系的PH值为10，滴加完硅烷后，在3500r/min下搅拌2.0h，即得到高模数硅酸钾溶液。

实施例一：

(1)称取40g片状Zn粉、30g球状Zn粉与50g无水乙醇一起置于球磨罐中，在N₂保护下进行球磨2h，之后干燥蒸发除去无水乙醇，过1340目筛，得到平均粒径≤10um的混合Zn粉；

(2)将上述混合Zn粉置于100mL无水乙醇中超声分散均匀，之后，倒入装有加热装置和搅拌装置的反应器中，在转速为120rpm的搅拌状态下，缓慢滴加5gγ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂，滴加完毕后，加热升温到80℃，转为300rpm搅拌，至无水乙醇完全蒸干；

(3)将20g高模数硅酸钾溶液加入装有加热装置和搅拌装置的反应器中，在转速为300rpm的搅拌状态下，将5g乙烯基硅油(乙烯基含量0.2％)、1g甲基硅油、1g含氢硅油(活泼氢含量0.30％)、0.5g钴催化剂加入到反应器中，在温度为60℃、转速为300rpm下搅拌1h；

(4)之后，停止加热，在转速为300rpm的搅拌状态下，先将3g硅酸钠分散剂和5g气相二氧化硅防沉剂加入反应器中，再缓慢将步骤(2)中的混合Zn粉加入反应器中，转为600rpm搅拌1h，制备得到新型水性无机富锌涂料；

(5)将上述新型水性无机富锌涂料均匀涂刷于钢板上，涂膜厚度50um，干燥封边后，测试其粘结强度≥100MPa，室温浸泡于3.5％的氯化钠溶液中，按照漆膜的耐盐水性按照GB/T1771-99进行测定，结果为：1天后涂层完好，14天后涂层完好，35天后涂层表面1/10板有小泡。

实施例二：

(1)称取60g片状Zn粉、15g球状Zn粉与50g无水乙醇一起置于球磨罐中，在N₂保护下进行球磨4h，之后干燥蒸发除去无水乙醇，过1340目筛，得到平均粒径≤10um的混合Zn粉；

(2)将上述混合Zn粉置于100mL无水乙醇中超声分散均匀，之后，倒入装有加热装置和搅拌装置的反应器中，在转速为180rpm的搅拌状态下，缓慢滴加10gγ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂，滴加完毕后，加热升温到80℃，转为500rpm搅拌，至无水乙醇完全蒸干；

(3)将25g高模数硅酸钾溶液加入装有加热装置和搅拌装置的反应器中，在转速为500rpm的搅拌状态下，将10g乙烯基硅油(乙烯基含量0.2％)、3g甲基硅油、3g含氢硅油(活泼氢含量0.30％)、2g钴催化剂加入到反应器中，在温度为80℃、转速为500rpm下搅拌3h；

(4)之后，停止加热，在转速为500rpm的搅拌状态下，先将5g硅酸钠分散剂和8g气相二氧化硅防沉剂加入反应器中，再缓慢将步骤(2)中的混合Zn粉加入反应器中，转为800rpm搅拌3h，制备得到新型水性无机富锌涂料；

(5)将上述新型水性无机富锌涂料均匀涂刷于钢板上，涂膜厚度50um，干燥封边后，测试其粘结强度≥100MPa，室温浸泡于3.5％的氯化钠溶液中，按照漆膜的耐盐水性按照GB/T1771-99进行测定，结果为：1天后涂层完好，14天后涂层完好，35天后涂层表面1/10板有小泡。

实施例三：

(1)称取50g片状Zn粉、20g球状Zn粉与50g无水乙醇一起置于球磨罐中，在N₂保护下进行球磨3h，之后干燥蒸发除去无水乙醇，过1340目筛，得到平均粒径≤10um的混合Zn粉；

(2)将上述混合Zn粉置于100mL无水乙醇中超声分散均匀，之后，倒入装有加热装置和搅拌装置的反应器中，在转速为150rpm的搅拌状态下，缓慢滴加8gγ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂，滴加完毕后，加热升温到80℃，转为400rpm搅拌，至无水乙醇完全蒸干；

(3)将22g高模数硅酸钾溶液加入装有加热装置和搅拌装置的反应器中，在转速为400rpm的搅拌状态下，将8g乙烯基硅油(乙烯基含量0.2％)、2g甲基硅油、2g含氢硅油(活泼氢含量0.30％)、1g钴催化剂加入到反应器中，在温度为70℃、转速为400rpm下搅拌2h；

(4)之后，停止加热，在转速为400rpm的搅拌状态下，先将4g硅酸钠分散剂和6g气相二氧化硅防沉剂加入反应器中，再缓慢将步骤(2)中的混合Zn粉加入反应器中，转为700rpm搅拌2h，制备得到新型水性无机富锌涂料；

(5)将上述新型水性无机富锌涂料均匀涂刷于钢板上，涂膜厚度50um，干燥封边后，测试其粘结强度≥100MPa，室温浸泡于3.5％的氯化钠溶液中，按照漆膜的耐盐水性按照GB/T1771-99进行测定，结果为：1天后涂层完好，14天后涂层完好，35天后涂层表面1/10板有小泡。

Claims (4)

1.一种新型水性无机富锌涂料，其特征在于，包括以下重量份数配比的原料：55～90份平均粒径≤10um的混合型Zn粉、5～10份硅烷偶联剂、20～25份高模数硅酸钾溶液、7～16份硅油、0.5～2份钴催化剂、3～5g分散剂和5～8g防沉剂；

在高模数硅酸钾溶液中添加硅油组分，制备得到新型成膜粘结剂，在分散剂和防沉剂的共同作用下，将表面上包裹有硅烷偶联剂的混合型Zn粉均匀分散在新型成膜粘结剂中，制备得到新型水性无机富锌涂料。

2.根据权利要求1所述的新型水性无机富锌涂料，其特征在于，所述混合型Zn粉包括40～60份片状Zn粉、15～30份球状Zn粉。

3.根据权利要求1所述的新型水性无机富锌涂料，其特征在于，所述硅油包括5～10份乙烯基硅油(乙烯基含量0.2％)、1～3份甲基硅油、1～3份含氢硅油(活泼氢含量0.30％)。

4.一种新型水性无机富锌涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备55～90份平均粒径≤10um且表面上包裹有5～10份硅烷偶联剂的混合型Zn粉；

(2)将20～25份高模数硅酸钾溶液加入装有加热装置和搅拌装置的反应器中，在转速为300～500rpm的搅拌状态下，将7～16份硅油、0.5～2份钴催化剂加入到反应器中，在温度为60～80℃、转速为300～500rpm下搅拌1～3h；

(3)之后，停止加热，在转速为300～500rpm的搅拌状态下，先将3～5份分散剂和5～8份防沉剂加入反应器中，再缓慢将步骤(1)中的混合Zn粉加入反应器中，转为600～800rpm搅拌1～3h，制备得到新型水性无机富锌涂料。