CN115851013B - 一种高膜厚抗开裂无机富锌防滑涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高膜厚抗开裂无机富锌防滑涂料及其制备方法，按重量份数计包括如下组分：锌粉30‑40份，防锈填料3‑10份，流变助剂0.5‑2份，酸洗改性硅微粉3‑15份，空心玻璃微珠3‑8份，无机硅酸盐树脂溶液15‑40份，热塑性树脂0.5‑2份和溶剂3‑10份。本发明制备得到的无机富锌防滑涂料绿色环保，防腐性能好，涂料抗滑移系数高，可应用于桥梁或钢结构上的高强度螺栓结构，为钢构件提供了优越的防腐性能和防滑移效果，提高了高强度螺栓结构的安全性及使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于防腐涂料制备技术领域，具体涉及一种高膜厚抗开裂无机富锌防滑涂料及其制备方法。
背景技术
现有的桥梁结构，塔吊，钢轨支架等多采用高强度螺栓结构进行连接组装。高强度螺栓连接是依靠螺栓杆内的预拉力使连接钢板紧密贴在一起产生强大的摩擦力来传递荷载，以此保证钢结构的稳定性。此外，高强度螺栓一级螺栓与钢板的连接处面临严苛的使用环境，因此需要必要的防腐保护，以保证其结构的完整性和摩擦力，为工程的质量提供保证。
目前钢结构及高强度螺栓所使用的防腐涂料主要存在以下缺点：一是防滑移系数偏低（行业标准要求，涂层初始防滑移系数≥0.55），市面产品的防滑移系数多在0.35—0.50范围内，无法满足客户的需求；二是终端应用某些特殊的构件需要一次成膜较高的膜厚来满足严苛的腐蚀环境。而传统的无机富锌涂料由于成膜过程中收缩应力较强，导致成膜性较差，无法复涂，且高膜厚易开裂；三是涂料的防滑移系数的衰减速度较快（行业标准要求，户外使用6个月后涂层防滑移系数≥0.45），户外使用6个月后涂层防滑移系数普遍降至0.30左右，无法为高强度螺栓提供长久的稳定性。
发明内容
本发明是为了解决目前钢结构及高强度螺栓所用防腐涂料存在防滑移系数低、防滑移系数衰减速度快以及成膜性差、高膜厚时易开裂的问题，提供了一种高膜厚抗开裂无机富锌防滑涂料及其制备方法。
本发明采用如下技术方案：一种高膜厚抗开裂无机富锌防滑涂料，包括甲组分和乙组分，所述甲组分按重量份数计包括如下组分：锌粉30-40份，防锈填料3-10份，流变助剂0.5-2份，酸洗改性硅微粉3-15份，空心玻璃微珠3-8份，和热塑性树脂0.5-2份；
所述乙组分按重量份数计包括：溶剂3-10份和无机硅酸盐树脂溶液15-40份。
进一步的，所述防锈填料为铁钛粉。
铁钛粉能够防止涂料初期发生锈蚀，且铁钛粉在本发明的涂料组分中具有易分散的优点。
进一步的，所述酸洗改性硅微粉的制备方法为：将质量浓度为3%的盐酸与质量浓度为17%的硫酸等比例混合后加入硅微粉，硅微粉的加入量为15-20g/L，混合均匀后自然沉降3-4h，滤出硅微粉并用高纯水冲洗数次，离心后烘干处理得到酸洗改性硅微粉，所述酸洗硅微粉的粒径大小为20-25μm。
进一步的，所述无机硅酸盐树脂溶液为硅酸钾-硅溶胶溶液。
本发明中使用的硅酸钾-硅溶胶溶液在涂层固化过程中，硅羟基脱水缩合生成Si—O—Si键使得涂料具有优异的附着力和机械强度。
进一步的，所述空心玻璃微珠的粒径大小为20-25μm。
在本发明中玻璃微珠粒径为20-25μm、壁厚为2μm，状态为白色粉末，其空心结构可吸收缓冲外界应力，能够提升漆膜抗开裂性。
进一步的，所述溶剂为乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、异丙醇和三甲苯中一种或多种组合物。
在本发明中溶剂为乙二醇丁醚、三甲苯和异丙醇能够改善涂料的施工性，由于各溶剂的沸点和溶解度不同，因此能够使涂料可梯度挥发。
进一步的，所述热塑性树脂为聚乙烯醇缩丁醛。
在本发明中聚乙烯醇缩丁醛有较长的支链，玻璃化转变温度较低，具有良好的柔韧性和相容性，能够有效提升涂层的柔韧性和成膜性。
进一步的，所述流变助剂为有机膨润土、疏水气相二氧化硅和聚酰胺蜡中的一种或多种组合物。
在本发明中流变助剂能够使涂料具有良好的防沉降效果和优异的流变性能，且工艺简单无需活化。
本发明还提供一种高膜厚抗开裂无机富锌防滑涂料的制备方法，包括如下步骤：
（1）按重量份数将将30-40份锌粉、3-10份防锈填料、3-15份份酸洗改性硅微粉、3-8份空心玻璃微珠、0.5-2份热塑性树脂和0.5-2份流变助剂混合在一起，得到无机富锌防滑涂料甲组份；
（2）将3-10份溶剂和15-40份无机硅酸盐溶液投入釜中进行中低速分散搅拌均匀，即得到无机富锌防滑涂料乙组份；
（3）将无机富锌防滑涂料乙组份缓慢倒入无机富锌防滑涂料甲组份中搅拌分散均匀，即得到无机富锌防滑涂料。
进一步的，所述步骤（2）中溶剂与无机硅酸盐溶液混合时的转速为500-600转/分。
本发明的优点具体如下：
本发明无机富锌防滑涂料以无机硅酸盐树脂溶液为基体树脂，树脂中的硅醇基团发生脱水缩合反应使得涂料具有优异的附着力和机械强度，热塑性树脂作为增塑剂均匀分散在体系中，能够增强涂层的柔韧性和成膜性，酸洗改性硅微粉表面粗糙度增大进一步提升了涂料的抗滑移系数，同时酸洗改性硅微粉不易受到环境变化的影响，因此降低了涂料的抗滑移系数的衰减，在体系中加入空心玻璃微珠，其空心结构在涂层收缩或者受到外力冲击时，能够吸收足够的外界应力，防止涂层开裂有效提高涂层的一次成膜膜厚及耐冲击性，锌粉分布在涂层与钢结构界面之间，提供阴极保护作用防止高强度螺栓生锈腐蚀，延长涂料的服役年限。采用本发明制备得到的无机富锌防滑涂料具有较好的成膜性能，抗滑移系数高，提高了高强度螺栓结构的安全性，增加了高强度螺栓的使用年限。
具体实施方式
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施例，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明中所用的锌粉为无机富锌涂料用锌粉FH500。
本发明实施例中所述酸洗改性硅微粉中的硅微粉包括型号为LL-40、LL-60或SRL-50中的一种或几种。
本发明实施例所述硅酸钾-硅溶胶溶液为PA-16。
实施例1：一种高膜厚抗开裂无机富锌防滑涂料，按重量份数计包括：锌粉38份，铁钛粉4份，酸洗改性硅微粉LL-40 4份， 空心玻璃微珠4份，无机硅酸盐溶液40份,热塑性树脂PVB 2份溶剂8份（乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、异丙醇和三甲苯等比例混合）和流变助剂有机膨润土0.5份。
制备方法为：
（1）按重量份数将38份锌粉、4份防锈填料铁钛粉、4份酸洗改性硅微粉、4份空心玻璃微珠、2份热塑性树脂PVB和0.5份流变助剂有机膨润土混合在一起，得到无机富锌防滑涂料甲组份；
（2）将8份溶剂和40份无机硅酸盐溶液投入釜中进行中低速分散搅拌均匀，即得到无机富锌防滑涂料乙组份；
（3）将无机富锌防滑涂料乙组份缓慢倒入无机富锌防滑涂料甲组份中搅拌分散均匀，即得到无机富锌防滑涂料。
实施例2：一种高膜厚抗开裂无机富锌防滑涂料，按重量份数计包括：锌粉30份，铁钛粉10份，流变助剂0.5份，酸洗改性硅微粉 3份，空心玻璃微珠3份，无机硅酸盐溶液40份，热塑性树脂PVB 2份和溶剂3份。
制备方法同实施例1。
实施例3：一种高膜厚抗开裂无机富锌防滑涂料，按重量份数计包括：锌粉40份，铁钛粉3份，流变助剂2份，酸洗改性硅微粉 15份，空心玻璃微珠8份，无机硅酸盐溶液15份，热塑性树脂PVB 0.5份和溶剂10份。
制备方法同实施例1。
对比例1：不含空心玻璃微珠。
一种无机富锌防滑涂料，按重量份数计包括：锌粉38份，铁钛粉4份，酸洗改性硅微粉LL-40 4份，无机硅酸盐溶液40份,热塑性树脂PVB 2份,溶剂8份（乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、异丙醇和三甲苯等比例混合）和流变助剂有机膨润土0.5份。
对比例2：硅微粉不酸洗改性。
一种无机富锌防滑涂料，按重量重量份数计包括：锌粉38份，铁钛粉4份，普通硅微粉LL-40 4份 空心玻璃微珠4份，无机硅酸盐溶液40份,热塑性树脂PVB 2份,溶剂8份（乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、异丙醇和三甲苯等比例混合）和流变助剂有机膨润土0.5份。
对比例3：无热塑性树脂PVB。
一种无机富锌防滑涂料，按重量份数计包括：锌粉38份，铁钛粉4份，酸洗改性硅微粉LL-40 4份 空心玻璃微珠4份，无机硅酸盐溶液40份,溶剂8份（乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、异丙醇和三甲苯等比例混合）和流变助剂有机膨润土0.5份。
对比例4：空心玻璃微珠含量减半。
一种无机富锌防滑涂料，按重量份数计包括：锌粉38份，铁钛粉4份，酸洗改性硅微粉LL-40 4份 空心玻璃微珠2份，无机硅酸盐溶液40份,热塑性树脂PVB 2份,溶剂8份（乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、异丙醇和三甲苯等比例混合）和流变助剂有机膨润土0.5份。
根据性能测试指标对实施例1及对比例1-4进行性检测，结果如表1所示：
表1 涂料性能测试结果
由表1结果可知，实施例1和对比例3可知，热塑性树脂PVB的加入能够有效提升涂层的成膜效果，而对比例3中无热塑性树脂PVB的则在漆膜固化过程中呈现较严重的开裂。这主要是热塑性树脂PVB在涂料组分中起到增塑剂和流变助剂的作用，热塑性树脂PVB作为填料能够均匀分散于树脂链段之间防止树脂过度结晶导致的不成膜。
由实施例1和对比例1和对比例4可知，空心玻璃微珠的加入，能够提升涂层的极限膜厚，当空心玻璃微珠的添加量为2%时，抗开裂膜厚可达到90μm，当空心玻璃微珠的添加量为4%时，抗开裂膜厚可达到140μm，由此可知空心玻璃微珠的空心结构能够吸收缓冲外界应力，提升漆膜抗开裂性。
由实施例1和对比例2可知，实施例1采用经过酸洗改性的硅微粉，经酸洗改性、干燥处理后得到表面凹凸不平的粗糙形貌硅微粉，该粉料在成膜过程中迁移至漆膜表面，能够有效增加漆膜的粗糙度，提高抗滑移系数。同时硅微粉为无机材料，稳定性佳，不易因环境产生变化，其抗滑移性能的衰减也较小，对比例2中采用普通硅微粉，其抗滑移系数以及老化后的抗滑移系数明显低于本发明的实施例1，这表明酸洗改性硅微粉能够提高涂料的抗滑移系数及老化后的抗滑移系数。
Claims (6)
1.一种高膜厚抗开裂无机富锌防滑涂料，其特征在于：包括甲组分和乙组分，所述甲组分按重量份数计包括如下组分：锌粉30-40份，防锈填料3-10份，流变助剂0.5-2份，酸洗改性硅微粉3-15份，空心玻璃微珠3-8份和热塑性树脂0.5-2份；
所述乙组分按重量份数计包括：溶剂3-10份和无机硅酸盐树脂溶液15-40份；
所述酸洗改性硅微粉的制备方法为：将质量浓度为3%的盐酸与质量浓度为17%的硫酸等比例混合后加入硅微粉，硅微粉的加入量为15-20g/L，混合均匀后自然沉降3-4h，滤出硅微粉并用高纯水冲洗数次，离心后烘干处理得到酸洗改性硅微粉，所述酸洗改性硅微粉的粒径大小为20-25μm，所述无机硅酸盐树脂溶液为硅酸钾-硅溶胶溶液，所述空心玻璃微珠的粒径大小为20-25μm，所述热塑性树脂为聚乙烯醇缩丁醛。
2.根据权利要求1所述的高膜厚抗开裂无机富锌防滑涂料，其特征在于：所述防锈填料为铁钛粉。
3.根据权利要求1所述的高膜厚抗开裂无机富锌防滑涂料，其特征在于：所述溶剂为乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、异丙醇和三甲苯中的一种或多种组合物。
4.根据权利要求1所述的高膜厚抗开裂无机富锌防滑涂料，其特征在于：所述流变助剂为有机膨润土、疏水气相二氧化硅和聚酰胺蜡中的一种或多种组合物。
5.一种高膜厚抗开裂无机富锌防滑涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）按重量份数将将30-40份锌粉、3-10份防锈填料、3-15份份酸洗改性硅微粉、3-8份空心玻璃微珠、0.5-2份热塑性树脂和0.5-2份流变助剂混合在一起，得到无机富锌防滑涂料甲组份；
（2）将3-10份溶剂和15-40份无机硅酸盐溶液投入釜中进行中低速分散搅拌均匀，即得到无机富锌防滑涂料乙组份；
（3）将无机富锌防滑涂料乙组份缓慢倒入无机富锌防滑涂料甲组份中搅拌分散均匀，即得到高膜厚抗开裂无机富锌防滑涂料。
6.如权利要求5所述的高膜厚抗开裂无机富锌防滑涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中溶剂与无机硅酸盐溶液混合时的转速为500-600转/分。
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