一种水性无机陶瓷涂料,其制备方法及使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及水性涂料的技术领域，特别是水性无机陶瓷涂料，其制备方法及使用 方法。
【背景技术】
[0002] 水性无机陶瓷涂料以超细高活性锌粉为主要防锈颜料，对钢材基层有阴极保护作 用，耐盐雾和耐湿热性能优异，广泛用于作强腐蚀环境中的钢结构长效防锈漆。本产品以 水为稀释剂，VOC含量为零，无毒无味，储存、运输及施工过程安全无污染，抗紫外线能力强。 主要用于暴露在海洋大气、高温和各种环境的各种钢铁构件的长效防腐。包括船舶、集装 箱、各类码头设备、海洋平台、大型建筑的钢铁构件，特别适合于储油罐的罐底板从内壁防 腐，油轮、溶剂舱内外防腐，用作强腐蚀环境中的钢结构长效防腐。美国国家航空航天总署 (NASA)报告，在各类富锌处理中，耐腐蚀性最佳的为水性无机陶瓷材料，它在海洋大气条件 下的使用寿命至少为25年
[0003] CN103305041A公开了一种改性水性无机陶瓷涂料及其制备，由复合粉末与水性无 机粘结剂按重量比（65-75) : (35-25)混合而成，复合粉末包括：金属锌粉40-70份；复合铁 钛粉3-15份；防锈剂0-15份；水性无机粘结剂为硅酸锂粘结剂，包括：硅酸锂10-25份；硅 溶胶60-75份；改性粘合剂10-15份；其他助剂0. 6-3份，所述改性粘合剂为有机氟和/或 有机硅改性的丙烯酸乳液。该涂料工艺复杂，生产过程使用较多的有机组分及重金属成分， 易造成环境污染，此外，还存在附着力一般、实干时间过长等缺陷，影响产品的大规模使用。
[0004] CN102898913A公开了一种水性无机富锌漆，由A组分和B组分按4:1的重量配比 混合制成，其中，A组分包括：500目球型/片状型锌粉30-32%、800目球型/片状型锌粉 30-32%、1250目球型/片状型锌粉30-32%、纳米二氧化铈6-8%、800目滑石粉2-4%，B 组分包括：硅酸钾38-50 %、硅酸锂10-20 %、钛酸钾晶须8-10 %、水性自干有机硅改性丙烯 酸树脂5-12 %、消泡剂0. 2-0. 5 %、润湿剂0. 5-1%、水12-20 %。该涂料存在生产工艺复杂， 漆膜硬度低、耐磨性能不足、实干时间过长等缺陷，影响产品的综合性能及大规模使用。
【发明内容】
[0005] 为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中水性无机富锌漆生产工艺复 杂、不环保，漆膜硬度低，耐磨性能不足，实干时间过长等的问题，进而提供一种水性无机陶 瓷涂料，完全不含有机溶剂、多环芳烃，是真正水性的无机材料，耐高温，耐磨，耐腐蚀性能 好、耐候性强，能保护生态环境无毒害。
[0006] 本发明进而提供上述水性无机陶瓷涂料的制备方法及使用方法。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0008] 一种水性无机陶瓷涂料，包括下述组分：
[0009] 基础液：所述基础液为可溶性硅酸盐的水溶液；
[0010] 填料：所述填料为纳米锌粉、纳米氧化物与填料辅料的混合物，所述填料辅料为碳 化硅、氮化硼、碳化钛、氮化钛中的一种或其中几种的混合物，所述纳米氧化物和填料辅料 占填料总重量的0-40%;
[0011] 所述基础液与填料重量份比为I: (1. 5-3. 5)。
[0012] 所述的基础液中可溶性硅酸盐的浓度为20wt% -50wt%。
[0013] 所述的可溶性硅酸盐为硅酸锂、硅酸钠、硅酸钾中的一种或多种的混合物。
[0014] 所述锌粉的纯度大于99%。
[0015] 所述纳米氧化物为纳米氧化铝、氧化锆或氧化铬中的一种或其中几种的混合物。
[0016] 一种所述的水性无机陶瓷涂料的制备方法，包括下述步骤：
[0017] Sl:基础液的制备
[0018] Sll:将固体强碱化合物溶于50~80°C热水中形成强碱溶液；
[0019]S12:将粒径< 20ym的硅砂缓慢加入到所述强碱溶液中，持续搅拌直至形成透明 溶液；
[0020]S2:填料的制备
[0021] 将纳米锌粉、纳米氧化物与填料辅料混合均匀；
[0022] 所述基础液和填料分别包装放置。
[0023] 进一步地，所述步骤Sl为：
[0024]Sl:基础液的制备
[0025]Sll:将固体氢氧化锂LiOH、氢氧化钠NaOH、氢氧化钾KOH分别溶于50~80°C热 水中，形成LiOH溶液、NaOH溶液和KOH溶液；
[0026]S12:将粒径< 20ym的硅砂缓慢加入到LiOH溶液、NaOH溶液和KOH溶液中，持续 搅拌直至分别形成透明硅酸锂Li2SiO3、硅酸钠Na2SiO3、硅酸钾K2SiO3溶液；
[0027]S13:以上硅酸锂Li2SiO3、硅酸钠Na2SiO3、硅酸钾1(如03溶液混合，形成基础液。
[0028] 一种所述的水性无机陶瓷涂料的使用方法，包括下述步骤：
[0029] 将填料添加到所述基础液中，搅拌均匀后喷涂在目标物的表面，固化成膜。
[0030] 本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0031] (1)本发明的水性无机陶瓷涂料包括基础液和填料，所述基础液为可溶性硅酸盐 的水溶液，所述填料为纳米锌粉、纳米氧化物与填料辅料的混合物，所述填料辅料为碳化 硅、氮化硼、碳化钛、氮化钛中的一种或其中几种的混合物，所述纳米氧化物占填料总重量 的0-40% ;所述基础液与填料重量份比为I: (1. 5-3. 5)。本发明的水性无机陶瓷涂料完全 不含有机溶剂、多环芳烃，是真正水性的无机材料，保护生态环境无毒害。
[0032] (2)本发明的水性无机陶瓷涂料涂装于钢铁基材的水性无机陶瓷涂料，其成膜过 程包括水分蒸发过程和固化成膜过程。蒸发过程中，包围着锌粉颗粒的硅溶胶粒子发生聚 合反应，形成Si-O键的立体网状结构，反应产物硅酸锌聚合物即为涂层中的主要成膜物 质，大量的锌粉分散在以小分子状态存在的硅酸盐溶液中，锌粉在其中不仅是颜料，同时又 是涂料的固化剂，成膜时硅酸盐中大量存在的-OH基团不仅与锌起交联反应，而且亦与钢 铁底材发生键合作用，形成硅酸锌铁的络合物Fe2 (SiO3) 3 ?ZnSiO3，使基体表面的铁原子也 成为漆膜无机大分子结构的一个组成部分，从而使漆膜牢固地附着在钢铁表面，所述水性 无机陶瓷涂料通过化学键与钢铁表面结合。
【具体实施方式】
[0033] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的实施方式作 进一步地详细描述。
[0034] 本发明可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。 相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明的构思充分传达给 本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。
[0035] 一种水性无机陶瓷涂料，包括下述组分：
[0036] 基础液：所述基础液为可溶性硅酸盐的水溶液；所述的基础液中可溶性硅酸盐的 浓度为20wt% -50wt%。所述的可溶性硅酸盐为硅酸锂、硅酸钠、硅酸钾中的一种或多种的 混合物。
[0037] 填料：所述填料为纳米锌粉、纳米氧化物与填料辅料的混合物，所述填料辅料为碳 化硅SiC、氮化硼BN、碳化钛TiC、氮化钛TiN中的一种或其中几种的混合物，所述纳米氧化 物占填料总重量的0-40 %;所述纳米锌粉为纯度大于99 %的高纯度锌粉，所述纳米氧化物 为纳米氧化铝Al2O3、氧化错（ZrO2)、氧化络（Cr2O3)
[0038] 所述基础液与填料重量份比为I: (1. 5-3. 5)。
[0039] 一种所述的水性无机陶瓷涂料的制备方法，
[0040] Sl:基础液的制备
[0041] Sll:将固体强碱化合物溶于50~80°C热水中形成强碱溶液；
[0042]S12:将粒径< 20ym的硅砂缓慢加入到所述强碱溶液中，持续搅拌直至形成透明 溶液；
[0043]S2 :填料的制备
[0044] 将纳米锌粉、纳米氧化物与填料辅料混合均匀；
[0045] 所述基础液和填料分别包装放置。
[0046] 具体地，所述步骤S1为：
[0047]Sl:基础液的制备
[0048] Sll:将固体氢氧化锂LiOH、氢氧化钠NaOH、氢氧化钾KOH分别溶于50~80°C热 水中，形成LiOH溶液、NaOH溶液和KOH溶液；
[0049]S12:将粒径< 20ym的硅砂缓慢加入到LiOH溶液、NaOH溶液和KOH溶液中，持续 搅拌直至分别形成透明硅酸锂Li2SiO3、硅酸钠Na2SiO3、硅酸钾K2SiO3溶液；
[0050] S13 :以上硅酸锂Li2SiO3、硅酸钠Na2SiO3、硅酸钾1(如03溶液混合，形成基础液。
[0051] 一种所述的水性无机陶瓷涂料的使用方法，包括下述步骤：
[0052] 将待喷涂物体表面清洗干净，使其粗糙度在40-75ym，
[0053] 将填料添加到所述基础液中，搅拌均匀后喷涂在目标物的表面，固化成膜，喷涂厚 度为 50-200ym。
[0054] 主要性能指标测试结果及测试采用的标准如下：
[0055]
[0056] 实施例I
[0057] -种水性无机陶瓷涂料，包括下述组分：
[0058] 基础液：所述基础液为硅酸锂的水溶液；所述的基础液中硅酸锂的浓度为 20wt%。
[0059] 填料：所述填料为纳米锌粉、纳米氧化错Al2O3与填料辅料的混合物，所述填料辅 料为碳化硅SiC，所述纳米氧