CN106118149B - 一种水性无机富锌涂料及其制备方法 - Google Patents

一种水性无机富锌涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水性无机富锌涂料及其制备方法。该水性无机富锌涂料包括甲组份和乙组分，甲组份和乙组分的重量比为3:7；甲组份包括硅酸盐水溶液80重量份，硅烷偶联剂4重量份，硅丙乳液15重量份，防沉剂1重量份其中所述防沉剂由锌掺杂的凹凸棒土和银锌二氧化钛组成；乙组分由锌粉组成。制备该涂料时先依次称取甲组分中的各成分，高速搅拌均匀过滤后与乙组份分开包装既得产品。该涂料所形成的漆膜致密性好，柔韧性和耐冲击性好，采用双组份包装，延长了储存稳定性，且降低了施工困难，制备该涂料的方法简单可控，能耗低，易于工业化生产。

Description

一种水性无机富锌涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于涂料领域，具体涉及一种水性无机富锌涂料及其制备方法。
背景技术
水性无机富锌涂料以其优异的防腐性能在各个发达国家得到了快速发展和应用。国内在水性无机富锌涂料的研究起步于20世纪80年代，天津化工研究院开始研究水性无机富锌涂料。到90年代已经有了一定发展，如天津的LW.1型无机涂料、重庆三峡的E06-l、武汉现代的E777.1等。1994年，上海星桥科技咨询有限公司成功研制出QSZ.1型高模数水性无机富锌涂料，并于1996年成功应用于徐浦大桥的钢梁主体结构上。中国船舶工业集团研究所研究并开发的E06.99型水性无机富锌涂料应用非常的广泛，这得益于其优异的耐腐蚀性能以及快速固化成膜的涂装施工性能。
富锌涂料根据成膜物质的不同，一般分为有机富锌涂料与无机富锌涂料两大类。有机富锌涂料是以合成树脂如环氧、聚酯树脂等为成膜物质，以高含量锌粉为颜填料的防锈涂料，产品基本定型，并得到广泛的应用；无机富锌涂料是以无机聚合物(如硅酸盐、磷酸盐、重铅酸盐等)为成膜基液，锌粉与之反应，在金属表面形成锌铁络合物，从而形成坚实的防护涂膜。近年来，随着人们环境保护意识的增强，对含挥发性有机溶剂的限制越来越严格，水性涂料、无溶剂涂料等成为涂料行业发展的主流，得到人们越来越多的重视。目前国内水性无机富锌涂料的基液主要是硅酸盐系列，包括硅酸钠、硅酸钾等品种。无机富锌涂料在导静电性、耐候性、耐热性、耐溶剂性、防锈性等方面都优于有机富锌涂料，尤其当作为单一涂层时，具有更好的耐久性和耐候性。所以，无机富锌涂料被广泛用于海洋和工业环境中钢结构的长效防护，如船舶钢甲板、海上钢结构、贮罐、桥梁、电视塔、化工厂等国际上发展了醇溶型自固化无机富锌漆，其基料是正硅酸乙酯在少量盐酸的催化下，水解缩聚得到的聚硅酸乙酯，特点是干燥快、施工适应性好，是目前应用最广泛的无机富锌漆。后来，美国的NA5A首先开发出了不含VOC，且防腐蚀性能优良的水性无机硅酸钾防腐蚀涂料。现在，大阪涂料公司开发的ZIES215水性无机富锌底漆也做到了VOC零含量，且防锈性优异，耐油品及溶剂浸泡，耐温达400℃。
但是，水性无机富锌涂料在施工困难、以及漆膜的物理机械性能等方面仍存在不足。主要表现在：(1)微观多孔，屏蔽性能差。一般的水性无机富锌涂料中锌粉的含量高达70～80％，已经远远超过了填料的临界体积浓度(CPVC)，此时无机硅酸盐粘结剂的量己不足以填充锌粉颗粒之间的空隙，造成涂层易多孔。如果在底漆上再涂覆其他面漆，会使面漆生成气泡的概率增大。(2)涂料的适用期差短。在配置涂料时，锌粉加入量大，而锌是一种重金属，涂料配置后易于发生沉淀结饼，使涂料失效，给涂料的高质量、高效率施工带来困难。(3)施工条件苛刻。涂层固化时，由于无机硅酸盐、锌粉、金属基材之间形成了一层致密的络合结构，涂料和基材的结合处是一种以化学键结合的锌.硅酸盐聚合物，所以金属基材表面处理必须达到GB8923.88Sa2.5级以上。(4)涂层的脆性差。由于水性无机富锌涂层由无机硅酸盐和锌粉制成，呈脆性，涂层易开裂，其涂层的柔韧性和耐冲击性等机械性能较差。中国专利(CN 201510354462.8)在水性无机富锌涂料的制备中通过引进有机水性硅丙乳液解决了机械性能的不足，在耐水性和附着及柔韧性能上都得到较大改善；通过引进硅烷偶联剂以及采分次滴加搅拌方式使油漆的储存稳定性得到提高。
所以，水性无机富锌涂料是一种优点和缺点同样明显的水性涂料，这严重影响了它的进一步推广应用。其施工与固化受环境影响较大，想要进一步缩短其固化成膜的时间，在不影响其防腐蚀性能的同时又能降低施工要求，还需进行更深入的开发和研究。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中的不足，本申请拟制备高模数硅酸钾溶液，并采用硅丙乳液以及硅烷偶联剂对其改性，获得具有优良防腐性能和机械性能的水性无机富锌涂料，提高漆膜涂膜性的同时改善涂料的附着力，降低施工难度。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种水性无机富锌涂料，包括甲组份和乙组分，甲组份和乙组分的重量比为3:7；
所述甲组份包括如下重量份数的组分：
硅酸盐水溶液70-80重量份，
硅烷偶联剂1-5重量份，
硅丙乳液10-15重量份，
磷酸锌1-10重量份，
防沉剂1-5重量份，其中所述防沉剂由锌掺杂的凹凸棒土和银锌二氧化钛组成；
所述乙组分由锌粉组成。
优选地，所述硅酸盐水溶液中硅酸盐的质量分数或质量百分比浓度为70-80wt％。。
优选地，所述硅酸盐水溶液为硅酸钾水溶液、硅酸钠水溶液或硅酸锂水溶液的一种或几种。
优选地，所述硅烷偶联剂包括γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(即KH560)、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷。
本发明利用硅烷偶联剂的连接桥作用，在无机高聚物中引入硅丙乳液进行改性，利用硅丙乳液兼具有机硅树脂和丙烯酸乳液的优点，涂膜固化后具有优异的耐水性、耐候性和机械性能。而同时，硅丙乳液和硅酸盐溶液的化学结构和极性都相差不大，不容易发生相分离，可以很好地进行复配，复配后获得的溶液能较好的发挥二者的优点，弥补水性无机富锌涂层机械性能差的缺陷，而且不影响其防腐性能。
优选地，所述硅丙乳液中的固含量为45wt％。
优选地，所述锌粉的目数为800目，纯度大于98wt％。
优选地，所述防沉剂中锌掺杂的凹凸棒土和银锌二氧化钛的重量比为1：0.2-1，其中锌掺杂的凹凸棒土的锌掺杂质量分数为5-20wt％，银锌二氧化钛中银锌的掺杂总量为3-6wt％。
本发明进一步提出了上述水性无机富锌涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照权利要求1所述配方量称量硅酸盐水溶液、硅烷偶联剂、硅丙乳液、磷酸锌和防沉剂，依次放入搅拌分散多功能机中高速搅拌均匀，得到甲组分；
(2)将步骤(1)搅拌均匀的甲组分静置消泡后，再按配方量加入锌粉，继续以100rpm/min搅拌均匀30min后80目过滤，包装即得到产品。
优选地，在步骤(1)中，高速搅拌的速率为1000r/min，搅拌时间为30min。
水性无机富锌涂料的基料主要由硅酸盐水溶液构成，其中Si—O键与固体成分(锌粉)、钢铁表面的铁元素等生成硅酸盐聚合物。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，起到了保护钢铁的作用。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明制备的水性无机富锌涂料干膜锌含85％以上，采用双组份包装，储存稳定性不低于6个月，所形成的漆膜附着力和硬度等机械性能优异，耐中性盐雾试验1000h以上，所形成的漆膜致密性好，柔韧性和耐冲击性好；
(2)本发明制备方法工艺简单，其中甲组分的配制只需一次性加入搅拌即可完成、能耗低，易实现工业化生产；
(3)本发明创造性的引入了磷酸锌，磷酸锌热稳定性好、能显著改善涂料的耐腐蚀性能，但是其难溶于水、比重大，易发生沉降，将磷酸锌溶解在硅丙乳液中，可以均匀分散在甲组分的浆料中，同时磷酸锌的加入可以提高漆膜的致密性，涂料的耐腐蚀性可显著提高10％以上；
(4)本发明由锌掺杂的凹凸棒土和银锌二氧化钛组成的防沉剂，在该防沉剂内掺杂锌，在提高涂料干膜锌含量的同时，也可以防止沉淀结饼，增加涂料的储存稳定性，降低施工困难度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步解释说明。
实施例1
先称取80kg 70wt％的硅酸钾水溶液、3kgγ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(即KH560)、10kg固含量为45％的硅丙乳液、5kg磷酸锌、1kg防沉剂，其中防沉剂中锌掺杂的凹凸棒土和银锌二氧化钛的质量比为1：0.2，加入至搅拌分散多功能机中，以1000rpm/min高速搅拌30min，静置一段时间消泡后，再称取233kg锌粉，继续以100rpm/min搅拌均匀30min后80目过滤，包装即得到产品。。
实施例2
先称取75kg 75wt％的硅酸钾水溶液、5kg硅烷偶联剂KH560、13kg硅丙乳液、2kg磷酸锌、5kg防沉剂，其中防沉剂中锌掺杂的凹凸棒土和银锌二氧化钛的质量比为1：1，加入至搅拌分散多功能机中，以1000rpm/min高速搅拌30min，静置一段时间消泡后，再称取233kg锌粉，继续以100rpm/min搅拌均匀30min后80目过滤，包装即得到产品。。
实施例3
先称取70kg 80wt％的硅酸钾水溶液、5kg甲基三甲氧基硅烷、15kg硅丙乳液、8kg磷酸锌、2kg防沉剂，其中防沉剂中锌掺杂的凹凸棒土和银锌二氧化钛的质量比为1：0.5，加入至搅拌分散多功能机中，以1000rpm/min高速搅拌30min，静置一段时间消泡后，再称取233kg锌粉，继续以100rpm/min搅拌均匀30min后80目过滤，包装即得到产品。。
对比例1
基本实验条件同实施例1，所不同之处在于所制备的涂料中不添加磷酸锌。
对比例2
基本实验条件同实施例1，所不同之处在于不添加防沉剂。
用120#的线棒或喷涂方式分别将实施例1-3和对比例1-2所制备的涂料直接涂覆在马口铁上。应注意的是，在制备用于测试抗冲击性和附着力的涂层试样时，马口铁先用20#砂纸打磨，然后用丙酮擦拭。所有涂层在室温下干燥1周后进行性能测试。实施例1-3和对比例1-2所制备涂料的主要性能检测结果见表1。
表1实施例2-4所制备涂料的主要性能
以上实施例只是对本发明的技术构思起到说明示例作用，并不能以此限制本发明的保护范围，本领域技术人员在不脱离本发明技术方案的精神和范围内，进行修改和等同替换，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种水性无机富锌涂料，其特征在于：所述涂料由甲组份和乙组分组成，甲组份和乙组分的重量比为3:7；
所述甲组份包括如下重量份数的组分：
硅酸盐水溶液 70-80重量份，所述硅酸盐水溶液中硅酸盐的质量分数70-80 wt%，
硅烷偶联剂1-5重量份，
硅丙乳液10-15重量份，所述硅丙乳液中的固含量为45 wt%，
磷酸锌 1-10重量份，
防沉剂 1-5重量份，其中所述防沉剂由锌掺杂的凹凸棒土和银锌二氧化钛组成；
所述乙组分由锌粉组成，所述锌粉的目数为800目，纯度大于98 wt%；
所述防沉剂中锌掺杂的凹凸棒土和银锌二氧化钛的重量比为1：0.2-1，其中锌掺杂的凹凸棒土的锌掺杂质量分数为5-20 wt%，银锌二氧化钛中银锌的掺杂总量为3-6 wt%。
2.根据权利要求1所述的水性无机富锌涂料，其特征在于：所述硅酸盐水溶液为硅酸钾水溶液、硅酸钠水溶液或硅酸锂水溶液的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的水性无机富锌涂料，其特征在于：所述硅烷偶联剂包括γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的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）按照权利要求1所述配方量称量硅酸盐水溶液、硅烷偶联剂、硅丙乳液、磷酸锌和防沉剂，依次放入搅拌分散多功能机中高速搅拌均匀，得到甲组分；
（2）将步骤（1）搅拌均匀的甲组分静置消泡后，再按配方量加入锌粉，继续以100 rpm/min搅拌均匀30 min后80目过滤，包装即得到产品。
5.根据权利要求4所述的水性无机富锌涂料的制备方法，其特征在于：在步骤（1）中，高速搅拌的速率为1000 r/min，搅拌时间为30 min。
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