CN113402906B - 一种厚膜抗开裂无机硅酸锌防锈漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涂料技术领域，特别涉及一种厚膜抗开裂无机硅酸锌防锈漆及其制备方法。厚膜抗开裂无机硅酸锌防锈漆包括甲组分和乙组分，所述甲组分包括锌粉；所述乙组分包括硅酸乙酯或/和硅酸乙酯预聚物、增韧树脂、玻璃纤维、溶剂以及酸性溶液；所述增韧树脂为异氰酸酯、异氰酸酯加成物中的一种或多种组合。该厚膜抗开裂无机硅酸锌防锈漆所制得的涂层膜厚达180μm不开裂，适用于厚膜喷涂施工，同时其能保持无机成膜的特性，仍保持优异的耐高温性能，达到400℃以上的耐热性，且耐腐蚀性能优异，可满足海洋环境中各种钢结构长效重防腐应用需求；此外，其原料易得，制备工艺简便，适用于大规模生产。

Description

一种厚膜抗开裂无机硅酸锌防锈漆及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，特别涉及一种厚膜抗开裂无机硅酸锌防锈漆及其制备方法。

背景技术

现有的醇溶性无机硅酸锌防锈漆是以硅酸乙酯预聚物为主要原材料，加入超细锌粉、增稠剂、防锈颜填料、溶剂、助剂等组成的，由于其良好耐腐蚀性，作为一种重防腐涂料已成功应用于桥梁、储罐等钢结构领域。

但是，由于现有的醇溶性无机硅酸锌防锈漆中成膜物为无机Si-O三维网络，其漆膜柔韧性较差，在受到使其变形的外力作用时，涂层易于开裂或脱落；甚至在无外力作用的情况下，具有过高的干膜厚度的涂层也会在干燥过程产生收缩导致涂膜龟裂，特别是涂覆部位为钢结构基材的内角焊缝以及H型钢的腹板和翼缘板的焊缝处，更容易出现涂膜开裂。因此，通常需要将膜厚控制在80μm以下，防止开裂，一般认为需要控制膜厚在120μm以下相对安全。而当膜厚太低，则防腐性能下降。

为解决上述现有醇溶性无机硅酸锌防锈漆易开裂或脱落的问题，本领域研究人员通过采用有机树脂作为基料进行混拼来改善抗开裂性。由于醇溶性无机硅酸锌防锈漆是以乙醇为溶剂，而可溶于乙醇的有机树脂有限，一般采用聚乙烯醇缩丁醛树脂，选择性少选择受限，且虽然采用有机树脂能够减少开裂风险，但同时使得涂层的耐温性能下降，有机树脂添加量不宜过高。

申请号为CN201210505277.0、公开日为2013年03月20日的中国专利公开了一种有机改性聚硅酸酯及其制备方法，其按质量百分含量计，包含以下组份：正硅酸乙酯32％-45％、聚乙烯醇缩丁醛2.5％-3％、异丙醇19％-36％、乙醇17％-20％、丙二醇乙醚5％-8％、稳定剂0.3％-0.4％、催化剂0.1％-0.3％、去离子水4％-6％。该有机改性聚硅酸酯是利用聚乙烯醇缩丁醛溶液与聚硅酸酯冷拼得到有机改性聚硅酸酯液，所制备的无机酸锌底漆可一次喷涂150μm不开裂。

申请号为CN201310129205.5、公开日为2013年06月12日的中国专利公开了一种无机富锌防锈防滑涂料，其由甲、乙、丙三组份组成，甲组份为40-60溶剂、3-6水、30-50硅酸乙酯组成，乙组份为20-30增韧树脂、5-10助剂、40-60锌粉、30-40金刚砂、5-10溶剂组成，丙组份为铝粉，三组份混合质量比例为甲∶乙∶丙＝(1-3)∶(2-5)∶(0.2-0.5)，所述增韧树脂为聚乙烯醇缩丁醛树脂，该发明为一种增韧树脂为聚乙烯醇缩丁醛树脂的无机富锌防锈漆。

但是，上述两篇中国专利均采用添加有机树脂改性的方式来改善其抗开裂性，有机成分进一步增加可持续改善抗开裂性，但同时也改变了无机硅酸锌漆无机成膜的特性，对其耐高温耐化学品等优异特性造成不利影响。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的：现有的无机硅酸锌防锈漆易开裂或脱落的问题以及现有的能够改善厚膜开裂问题的无机硅酸锌漆存在耐温耐化学腐蚀性能不佳的问题。

本发明提供一种厚膜抗开裂无机硅酸锌防锈漆，其包括甲组分和乙组分，所述甲组分包括锌粉；所述乙组分包括硅酸乙酯或/和硅酸乙酯预聚物、增韧树脂、玻璃纤维、溶剂以及酸性溶液；所述增韧树脂为异氰酸酯、异氰酸酯加成物中的一种或多种组合。

本发明通过在硅酸乙酯及其预聚物中引入有机相异氰酸酯或异氰酸酯加成物和无机相玻璃纤维，二者协同作用改善抗开裂性。硅酸乙酯及其预聚物在酸性溶液催化下水解聚合，形成含羟基的聚硅酸乙酯，当加入了少量的异氰酸酯或异氰酸酯加成物，含羟基的聚硅酸乙酯与异氰酸酯或异氰酸酯加成物反应生成氨基硅烷，同时还可生产少量的异氰酸烃基硅烷，这些氨基硅烷和异氰酸酯烃基硅烷结构与硅烷偶联剂相似，可直接作为玻璃纤维的浸润剂，使玻璃纤维与成膜物结合强度更高，改善漆膜强度，从而减少开裂的发生。且聚硅酸乙酯固化形成的无机膜脆性大，而本发明中其与异氰酸酯或异氰酸酯加成物反应后，引入了有机链段，柔韧性增强。

此外，为了提高玻璃纤维在涂料中的分散性能，玻璃纤维一般可用硅烷偶联剂进行表面处理，再包覆环氧树脂、丙烯酸树脂等浸润剂以提高其在涂料中分散性，而本发明直接用类似硅烷偶联剂的成膜物作为玻璃纤维的浸润剂，抗开裂强度更高，且由于玻璃纤维的作用，耐高温性能未受影响，可达到优异的耐高温性能。

进一步地，所述酸性溶液为盐酸溶液、硫酸溶液以及磷酸溶液中的一种或多种组合。

进一步地，所述玻璃纤维为超短切玻璃纤维、玻璃纤维粉中的一种或多种组合。

进一步地，所述硅酸乙酯及硅酸乙酯预聚物为ES-28、ES-40以及ES-32中的一种或多种组合。

进一步地，所述硅酸乙酯或/和硅酸乙酯预聚物与增韧树脂的重量比为(57～65)：(1～3)。

进一步地，所述乙组分中，按照重量份数比，包括了100份锌粉；所述甲组分中，按照重量份数比，包括了57～65份硅酸乙酯预聚物，24～34份溶剂，3～5份酸性溶液，1～3份增韧树脂，3～5份玻璃纤维。

进一步地，所述锌粉的规格为500-800目。

进一步地，所述溶剂为无水乙醇。

进一步地，所述甲组分与乙组分的重量比为(2.5～3):1。本发明还提供一种如上所述的厚膜抗开裂无机硅酸锌防锈漆的制备方法,其中，乙组分的制备方法包括以下步骤：

S100、在反应器中加入硅酸乙酯或/和硅酸乙酯预聚物以及溶剂，在搅拌条件下，缓慢滴加酸性溶液后反应50～70min；

S200、加入增韧树脂并持续搅拌90～120min；

S300、搅拌条件下，在S200得到的反应产物中加入玻璃纤维，并高速分散至均匀，即得到乙组分。

本发明提供的厚膜抗开裂无机硅酸锌防锈漆，与现有的技术相比，具有以下技术效果：

其涂层膜厚达180μm不开裂，适用于厚膜喷涂施工，同时其能保持无机成膜的特性，耐高温性能未受影响，仍保持优异的耐高温性能，达到400℃以上的耐热性；且耐腐蚀性能优异，可满足海洋环境中各种钢结构长效重防腐应用需求；

原料易得，制备工艺简便，适用于大规模生产。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供如下一种厚膜抗开裂无机硅酸锌防锈漆，其包括甲组分和乙组分，所述甲组分包括锌粉；所述乙组分包括硅酸乙酯或/和硅酸乙酯预聚物、增韧树脂、玻璃纤维、溶剂以及酸性溶液；所述增韧树脂为异氰酸酯、异氰酸酯加成物中的一种或多种组合。

其中，所述异氰酸酯加成物为由异氰酸酯加成反应生成的产物。优选地，所述增韧树脂中的异氰酸酯加成物可采用甲苯二异氰酸酯(TDI)与三羟甲基丙烷加成物(即(TDI-TMP)，所述增韧树脂中异氰酸酯可采用六亚甲基二异氰酸酯缩二脲(HDI)；如拜耳公司N75，旭化成75PX。

优选地，所述酸性溶液为盐酸溶液、硫酸溶液以及磷酸溶液中的一种或多种组合。

优选地，所述酸性溶液为盐酸溶液。较佳地，所述盐酸溶液的浓度为0.1M。

优选地，所述溶剂为无水乙醇、无水乙醇与丁醇或异丙醇的混合溶液；较佳地，所述溶剂为无水乙醇。

优选地，所述玻璃纤维为超短切玻璃纤维、玻璃纤维粉中的一种或多种组合。

优选地，所述硅酸乙酯及硅酸乙酯预聚物为ES-28、ES-40以及ES-32中的一种或多种组合。

优选地，所述硅酸乙酯或/和硅酸乙酯预聚物与增韧树脂的重量比为(57～65)：(1～3)。

优选地，所述乙组分中，按照重量份数比，包括了100份锌粉；所述甲组分中，按照重量份数比，包括了57～65份硅酸乙酯预聚物，24～34份溶剂，3～5份酸性溶液，1～3份增韧树脂，3～5份玻璃纤维。

优选地，所述甲组分与乙组分的重量比为(2.5～3):1；较佳地，所述甲组分与乙组分的重量比为3:1；

优选地，所述锌粉的规格为500-800目。

本发明还提供一种如上所述的厚膜抗开裂无机硅酸锌防锈漆的制备方法,其中，乙组分的制备方法包括以下步骤：S100、在反应器中加入硅酸乙酯或/和硅酸乙酯预聚物以及溶剂，在搅拌条件下，缓慢滴加酸性溶液后反应50～70min；S200、加入增韧树脂并持续搅拌90～120min；S300、搅拌条件下，在S200得到的反应产物中加入玻璃纤维，并高速分散至均匀，即得到乙组分。

优选地，在S100中，在30～60min内将酸性溶液滴加完毕。

优选地，在S300中，将S200得到的反应产物转移至高速分散剂，而后在搅拌条件下加入玻璃纤维，并高速分散至均匀。

本发明还提供以下实施例和对比例的配方(单位：重量份数)，如下表1所示：

表1

其中，实施例和对比例中，在所述各个原材料组分的种类为一致的基础上，对各个原材料的添加重量份数进行调整。

表1中，采用目数为600目的锌粉；硅酸乙酯预聚物为硅酸乙酯ES-40；盐酸溶液的浓度为0.1M；所述增韧树脂为拜耳公司N75固化剂；所述玻璃纤维为200目玻璃纤维粉。

上述实施例与对比例按以下制备方法制得甲组分和乙组分：

乙组分的制备方法包括以下步骤：S100、在搪瓷反应釜中加入硅酸乙酯ES-40、无水乙醇，密闭搪瓷反应釜，开动搅拌，缓慢滴加盐酸溶液，并滴加45min滴加完毕，继续搅拌使之反应60min；S200、加入增韧树脂(对比例1中替换为丙烯酸树脂)，并持续搅拌100min；S300、将反应后的产生的物质转移至高速分散机，搅拌条件下加入玻璃纤维，高速分散10min使其分散均匀，即得到乙组分。按照表1中的甲组分和乙组分重量比将二者混合均匀后制备得到厚膜抗开裂无机硅酸锌防锈漆，则可施工使用。

将上述实施例制得的产物以及对比例制得的产物使用后，进行以下性能测试并得出其测试结果，如下表2所示：

表2

由表2的测试结果可知，相比实施例1-3，对比例1由于丙烯酸树脂对玻璃纤维的浸润性不佳，造成漆膜不平整，无法做性能测试，表明实施例1通过在硅酸乙酯及其预聚物中引入有机相异氰酸酯或异氰酸酯加成物，与无机相玻璃纤维相互协同作用以改善性能。对比例2的测试结果表明其单独采用有机改性抗开裂性改善不及有机/无机协同作用其膜厚不足耐盐雾性能也受影响。

可知，本发明采用有机/无机协同增韧的方法，提供一种具有优异抗开裂性的无机硅酸锌涂料，即所述厚膜抗开裂无机硅酸锌防锈漆，一道喷涂厚度达180μm时不开裂，400℃耐温试验下漆膜不开裂，耐高温性能优异，达到400℃以上的耐热性；同时产品耐盐雾性达到3000h，满足海洋环境中各种钢结构长效重防腐应用需求，可应用于钢结构的长效防腐保护；且其原料易得，制备工艺简便，适用于大规模生产。其中，本发明制得的厚膜抗开裂无机硅酸锌防锈漆主要技术指标如下表3所示：

表3

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种厚膜抗开裂无机硅酸锌防锈漆,包括甲组分和乙组分，所述甲组分包括锌粉；其特征在于：所述乙组分包括硅酸乙酯或/和硅酸乙酯预聚物、增韧树脂、玻璃纤维、溶剂以及酸性溶液；所述硅酸乙酯或/和硅酸乙酯预聚物与增韧树脂的重量比为(57～65)：(1～3)；

所述增韧树脂为异氰酸酯、异氰酸酯加成物中的一种或多种组合。

2.根据权利要求1所述的厚膜抗开裂无机硅酸锌防锈漆,其特征在于:所述酸性溶液为盐酸溶液、硫酸溶液以及磷酸溶液中的一种或多种组合。

3.根据权利要求1所述的厚膜抗开裂无机硅酸锌防锈漆,其特征在于:所述玻璃纤维为超短切玻璃纤维、玻璃纤维粉中的一种或多种组合。

4.根据权利要求1所述的厚膜抗开裂无机硅酸锌防锈漆,其特征在于:所述硅酸乙酯及硅酸乙酯预聚物为ES-28、ES-40以及ES-32中的一种或多种组合。

5.根据权利要求1所述的厚膜抗开裂无机硅酸锌防锈漆,其特征在于：所述乙组分中，按照重量份数比，包括了100份锌粉；

所述甲组分中，按照重量份数比，包括了57～65份硅酸乙酯或/和硅酸乙酯预聚物，24～34份溶剂，3～5份酸性溶液，1～3份增韧树脂，3～5份玻璃纤维。

6.根据权利要求1所述的厚膜抗开裂无机硅酸锌防锈漆,其特征在于：所述锌粉的规格为500-800目。

7.根据权利要求1所述的厚膜抗开裂无机硅酸锌防锈漆,其特征在于:所述溶剂为无水乙醇。

8.根据权利要求1所述的厚膜抗开裂无机硅酸锌防锈漆,其特征在于，所述甲组分与乙组分的重量比为(2.5～3):1。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述的厚膜抗开裂无机硅酸锌防锈漆的制备方法,其特征在于，乙组分的制备方法包括以下步骤：

S100、在反应器中加入所述硅酸乙酯或/和硅酸乙酯预聚物以及溶剂，在搅拌条件下，缓慢滴加酸性溶液后反应50～70min；

S200、加入增韧树脂并持续搅拌90～120min；

S300、搅拌条件下，在S200得到的反应产物中加入玻璃纤维，并高速分散至均匀，即得到乙组分。