CN1254736A

CN1254736A - 一种防腐涂料

Info

Publication number: CN1254736A
Application number: CN 99103350
Authority: CN
Inventors: 崔悦; 崔焱; 马钟媚
Original assignee: 崔悦
Current assignee: Beijing Benzema New Technology Co Ltd
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2000-05-31
Anticipated expiration: 2019-03-16
Also published as: CN1074439C

Abstract

一种高模数无机双组份水基锌硅涂料及其制备方法。组分1是通过选取硅酸钾溶液,保持温度并搅拌,在其旋涡稳定的条件下顺序加入硅酸锂、沉淀SiO₂继续搅拌,滴入CH₃Si(OCH₃)₃,使其水解,加入水和CaSiO₃而制备的;组分2为锌粉,组分1与组分2的重量比为1∶2～4。该涂料稳定且对环境无污染,防腐性能优异,与基体结合力高,可用于车辆,船舶,机械,塔架,管道,桥梁等钢铁结构的防腐保护。

Description

一种防腐涂料

本发明涉及一种无机双组分水基锌硅涂料及制造方法。

对于锌硅涂层的防腐机理，人们普遍认为主要是由涂料的牺牲阳极的阴极保护作用和物理屏蔽作用构成。

牺牲阳极的阴极保护作用：由于锌的标准电极电位比铁低，当锌铁接触时，在腐蚀条件下(含水，氧的情况下)，锌首先被氧化生成氢氧化锌、氧化锌，进一步吸收空气中的二氧化碳生成碳酸锌，这些锌起着牺牲阳极的阴极保护作用，有效的防止铁被氧化。

另一方面，由于锌被氧化，生成氢氧化锌、氧化锌、碳酸锌等碱性物质，体积膨胀，可以堵塞和遮盖涂层中的孔隙及缺陷，防止铁表面与氧，水进一步接触，起着物理屏蔽作用，防止锌，铁被氧化。

自从人们认识到锌—硅涂层对于钢铁有着优异的防腐新性能以来，不断研究出各种锌硅涂料，许多配方是已知的。

早期的锌硅涂料使用的是碱金属硅酸盐的水溶液为载体，溶液中的SiO₂与碱金属氧化物的摩尔比为1.0～3.0。当锌硅涂层形成后，碱金属硅酸盐水溶液水解或与空气中的CO₂接触反应生成硅酸，硅酸再自聚，形成多聚硅酸，再进一步缩合形成硅氧链“-Si-O-Si-”，从而形成无机涂膜。实际应用表明，当锌粉加入溶液后，并不能立即发生反应，即不能离析出不可溶的硅酸盐，也不会发生大量的硅凝胶离析出来。因此涂层固化时间很长，施工使用很不方便，喷涂后，数小时才能干燥，干燥后再喷涂专用的固化剂，隔24小时固化完全后，用水清洗表面残余的盐，待干透后才可涂面漆或再次喷涂。涂层厚度有限制，不能太厚，否则不易固化完全。因此对施工场地，天气条件，人员素质要求较高，工人劳动强度大，施工周期长。施工中为加快固化时间，往往采用高温烘烤处理，表面易起泡脱落，零件易变形，产生内应力，产品质量不易保证。

经过不断的研究，人们开发出以有机溶剂为主的溶剂型锌硅涂料。

溶剂主要成分是：有机硅树脂和含苯类或醇类溶剂的SiO₂胶体。有机硅树脂的含量约为：10％-40％，含苯类或醇类溶剂的SiO₂胶体含量约是：5％-30％(参见：CN1160735A)，其成膜原理是：在催化剂存在下，有机硅树脂部分水解，生成有机硅缩合物，缩合物进一步水解缩合，生成更大的多分子网状和链状结构，这些大分子缩合物包含有反应能力的羟基和乙氧基，这些基团可与锌、铁反应，形成硅酸锌、硅酸铁，还可以与其他有机物缩合构成巨大的分子网膜。

随后，又通过有机硅树脂的改性技术，加快了涂膜的固化时间，改进了涂膜的韧性。

但是，较水基溶剂型锌硅涂料，有机锌硅涂料又有着明显的缺陷。由于含有苯类或醇类溶剂，使得涂料产生刺激性气味且有一定毒性，对生产、施工人员，周围居民的健康构成威胁，限制了涂料的生产和施工使用。尤其是在人们更加注意环境保护的今天，这个矛盾尤为突出。其次，由于含有较多的有机成分，其抗老化能力有所降低，抗有机溶剂、抗老化性能稍差。再有，有机涂料抗高温性能差，在温度较高或需焊接，切割等操作是，涂层易变软，失效。而且不易储存，不稳定。

因此，需要制造出一种无污染、具有高摩尔比、固化时间短的防腐涂料。

本发明的目的是提供一种固化时间短、无污染、稳定易于保存的高摩尔比防腐无机涂料及其制备方法。

根据本发明，提供了一种无机双组分水基锌硅涂料，该涂料包括组分1和组分2，其特征在于，组分1是按下述步骤制备的：选取硅酸钾溶液，保持温度35℃-70℃，搅拌所述硅酸钾溶液，在其旋涡稳定的条件下顺序加入总重量比为0.2-2％的硅酸锂、总重量比为5-35％的沉淀SiO₂继续搅拌，得到透明粘稠的溶液；在1-1.5小时内滴入重量比为所述硅酸钾溶液1％-20％的CH₃Si(OCH₃)₃，使其水解；加入总重量比为61.0-86.7％的水和总重量比为0.1-2％的CaSiO₃；组分2为锌粉，其含有金属锌量为95-98％，平均粒度为4μm；其中，组分1与组分2的重量比为1∶2～4。

根据本发明，还提供了一种制备无机双组分水基锌硅涂料的方法，包括：先这样制备组分1：选取硅酸钾溶液，保持温度35℃-70℃，搅拌所述硅酸钾溶液，在其旋涡稳定的条件下顺序加入总重量比为0.2-2％的硅酸锂、总重量比为5-35％的沉淀SiO₂继续搅拌，得到透明粘稠的溶液；在1-1.5小时内滴入重量比为所述硅酸钾溶液1％-20％的CH₃Si(OCH₃)₃，使其水解；加入总重量比为61.0-86.7％的水和总重量比为0.1-2％的CaSiO₃；然后将组分2加入组分1中，其中组分2为锌粉，其含有金属锌量为95-98％，平均粒度为4μm。

本发明的涂料是一种高摩尔比的硅酸盐无机涂料，该涂料可应用于车辆，机械，船舶，桥梁，塔架，管道等钢铁结构表面的防腐保护，其防腐性能优秀，施工方便，对环境无污染，稳定易于保存，且价格低廉。

本发明是用沉淀二氧化硅制造稳定的高摩尔比(高模数)碱金属硅酸盐水溶液。长久以来，高摩尔比一直是人们努力试图得到的，因为SiO₂与K₂O之比越高，则最终涂层不溶水性越好，即涂层的抗水性越好，涂层自行固化时间越短。本发明通过加入过量的SiO₂来获得高摩尔比，这个方法防止了溶液中胶体的凝结。

本发明中使用的是模数M为3.2的碱性硅酸钾水溶液，选用的硅酸钾模数应尽可能高，这样可以减少SiO₂的消耗，缩短反应时间。目前，市场上可以购买到的模数较大的硅酸钾为3.2，固体含量35％。必须保证硅酸钾溶液中有足够的固体含量，当固体含量过低时，反应无法进行。但是也不能太高，否则溶液粘度加大，不易搅拌。

本发明还应用了硅酸盐水溶液的改性技术。普通的硅酸盐水溶液形成的涂层脆，与底材附着力差，易开裂。在本发明中，利用一甲基三甲氧基硅烷(CH₃Si(OCH₃)₃)水解产物作为偶联剂加入到溶液中，会提高涂层与基体的结合力，并改善涂层的强度和韧性。

先将硅酸钾水溶液倒入带有搅拌装置的容器，在反应过程中，搅拌是必须的。搅拌转速越快，则反应进程将缩短，应能达到5,000rpm左右，可以选择更高的转速，但是要保证溶液不溢出。不管选择什么转速，都要能形成旋涡并保持旋涡的稳定。

当硅酸钾水溶液开始搅拌时，应提高溶液的温度，实验表明，提高温度可以加快反应进度。可以使溶液温度控制在35℃-70℃，越接近70℃越好，但是不要超过75℃。随着温度的升高和搅拌，旋涡开始向外扩张，这时应调整转速，保持旋涡稳定。加入硅酸锂，溶液无明显变化，有时会出现少量白色小块，说明加入速度太快，搅拌一段时间后，白色小块自行消失。硅酸锂的加入量不可太多，否则会降低最终溶液的模数。

随后加入SiO₂，此时溶液粘度急剧增加，可以加少量的去离子水，保持旋涡稳定，以均匀分散SiO₂颗粒。水应少加，周期性的加入，以避免降低溶液的PH值。在简单混合情况下，加水是为了减少粘度和避免发生凝结。加到旋涡稳定，清洁、粘稠的溶液形成为止。本发明中选用的是超精细沉淀二氧化硅，其平均直径小于1.5μm，SiO₂颗粒应尽可能的小，否则会打团凝结成块。为使反应完全进行，需要保持一定转速、温度，反应时间多少可以视转速和温度而定。反应完全进行后，得到透明，略带色的粘稠溶液。

下一步是滴入CH₃Si(OCH₃)₃，用量最小约是初始硅酸钾的1％，多至20％也可以，但是价格是一个必须考虑的因素。加入时一定要缓慢滴入，使其充分水解。制得的溶液继续保持旋涡，大约1.5小时，要保证有足够的时间使其水解。再加入余量的水和硅灰石(CaSiO₃)，充分混合搅拌，本发明的组份1即制成，再以适当比例混合组份2，作为防腐成分的锌粉，本发明即可完成。

由上述工艺过程制造的涂料含有水，SiO₂，K₂O以及一甲基三甲氧基硅烷的水解产物CH₃Si(OH)₃，溶液是以水基的形式存在，干燥挥发很快。锌的加入量，可以由涂膜干燥后的固体含量推算出来，即仅与固体含量有关。为达到最佳防腐效果，必须使锌颗粒与钢铁表面紧密接触，因此要保证一定的含锌量。

在本发明中，典型的SiO₂与K₂O的摩尔比是4.8～6.0，无机物固体含量大约是18％～26％。

应该指出，尽管对应某一特定的摩尔比，组份也有一个变化的范围，因为胶体的水量是变化的。摩尔比越高，涂层的抗水性越好，但制造时间越长，因为要溶解更多的SiO₂，需要小心的控制过程，加入水量要严格，旋涡要保持。

下面是一个实例详细描述整个过程。制造2.5公斤组份1溶液，SiO₂与K₂O的摩尔比约是5.6，固体含量25.7％。

1：称量出1,000g起始硅酸钾溶液，其中SiO₂与K₂O的摩尔比3.2∶1，固体含量35％。

2：称量出184g SD-410沉淀二氧化硅。

3：称量出20g模数5.9的硅酸锂水溶液。

4：称量出70g CH₃Si(OCH₃)₃。

5：称量出20g硅灰石(CaSiO₃)。

6：称量出1210g去离子水。

7：将硅酸钾溶液倒入反应器，开始搅拌，转速1,500rpm，形成旋涡。同时，保持溶液温度35℃。

8：将硅酸锂溶液缓慢加入反应器，转速可以适当增加，但不能使溶液溢出。

9：提高温度至70℃，保持旋涡，逐渐加入沉淀二氧化硅到旋涡中，适当加入去离子水，防止凝结，但是要严格控制水量，不使PH值降低过多。

10：提高转速，保持温度，使反应充分进行，大约一小时。得到透明，粘稠溶液为止。

11：缓慢滴入400g水，调整转速，保持旋涡。

12：加入CH₃Si(OCH₃)₃，为使其完全水解，必须尽可能缓慢，一般持续30分钟。

13：加入余量的水，保持温度，持续1.5小时。转速可稍增加。得到无色，透明溶液为止。

14；加入硅灰石，充分搅拌30分钟。

15：将得到溶液倒出，罐装，溶液表面可能有少量白色漂浮物，24小时后其自行消失。

16：反应器底部可能有少许沉淀，其数量多少与所加原料的杂质和不溶物的含量有关。

按上述操作所制得的溶液可能稍小于2.5公斤。但如果加入填料和颜料之后，可以得到比2.5公斤更多的涂料。

下面再举一个实例详细描述整个过程。制造2.5公斤组份1溶液，SiO₂与K₂O的摩尔比约是4.8，固体含量25.7％。

2：称量出123g SD-410沉淀二氧化硅。

3：称量出20g模数5.9的硅酸锂水溶液。

4：称量出35g CH₃Si(OCH₃)₃。

5：称量出20g硅灰石(CaSiO₃)。

6：称量出1300g去离子水。

10：提高转速，保持温度，使反应充分进行，大约45分钟。得到透明，粘稠溶液为止。

11：缓慢滴入350g水，调整转速，保持旋涡。

14；加入硅灰石，充分搅拌30分钟。

Claims

1、一种无机双组分水基锌硅涂料，该涂料包括组分1和组分2，其特征在于，组分1是按下述步骤制备的：

1)选取硅酸钾溶液，保持温度35℃-70℃，搅拌所述硅酸钾溶液，在其旋涡稳定的条件下顺序加入总重量比为0.2-2％的硅酸锂、总重量比为5-35％的沉淀SiO₂继续搅拌，得到透明粘稠的溶液；

2)在1-1.5小时内滴入重量比为所述硅酸钾溶液1％-20％的CH₃Si(OCH₃)₃，使其水解；

3)加入总重量比为61.0-86.7％的水和总重量比为0.1-2％的CaSiO₃；

组分2为锌粉，其含有金属锌量为95-98％，平均粒度为4μm；其中，组分1与组分2的重量比为1∶2～4。

2、如权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述硅酸钾溶液中，SiO₂与K₂O的摩尔比大于等于3.2。

3、如权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述沉淀SiO₂颗粒直径在1.5μm-120μm之间。

4、一种制备无机双组分水基锌硅涂料的方法，包括：

-制备组分1：

-将组分2加入组分1中，其中组分2为锌粉，其含有金属锌量为95-98％，平均粒度为4μm。

5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述硅酸钾溶液中，SiO₂与K₂O的摩尔比大于等于3.2。

6、如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述SiO₂颗粒直径在1.5μm-120μm之间。