专利名称：一种水性室温自固化无机富锌涂料的制作方法
技术领域：
本发明涉及富锌防腐涂料，特别是涉及水性室温自固化无机富锌涂料及其制备方 法。
背景技术：
涂料是一种材料，这种材料可以用不同的施工工艺涂覆在物件表面，形成粘附牢 固、具有一定强度、连续的固态薄膜，这样形成的膜通称涂膜，又称漆膜或涂层，主要起到装 饰或保护作用。钢铁长期暴露于空气中表面易生锈，进而降低钢铁的力学性能，影响钢铁作 为力学构件的使用寿命，因此往往需要在钢铁表面涂覆防腐蚀涂料，使钢铁与空气进行隔 绝，起到保护作用。防腐蚀涂料主要包括有机和无机两大类，其中有机树脂涂料主要包括环 氧树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂、氯醚树脂、聚氨酯树脂等涂料；无机涂料主要包括硅酸酯和 硅酸盐等涂料。其中硅酸盐涂料具有优异的耐候性、长效防腐蚀性、卓越的附着力、与生俱 来的环保性能(水性体系)以及突出的耐酸碱性能，成为重防腐蚀涂料的不可或缺的体系， 它的涂膜坚硬耐磨，抗化学品腐蚀性能优异，可耐高温达400°C。它既可用作单一长效保护 涂层，也可用作高性能涂料体系的底漆(即水性无机富锌涂料)。被广泛用于船舶钢甲板、 海上钢结构、储罐、化学工厂、桥梁、电视塔和集装箱等。传统硅酸盐生产存在工艺复杂、造价昂贵的缺点，且硅酸盐树脂储存不稳定易凝 胶，这些问题极大的限制了水性无机富锌涂料的推广应用。例如中国高科集团股份有限公 司开发的水性硅酸锂无机富锌涂料，其以硅酸锂为粘结剂，具有极佳的阴极保护防腐功效， 其缺点在于硅酸锂价格昂贵且热应变性能不佳；公开号为CN12M736的中国发明专利号 公开了一种高模数的硅酸钾无机富锌涂料，其以低模数的硅酸钾溶液为基料，在温度高达 70°C下反应制备，须增加加热装置及温控设备，使制备成本增加；同时使用单一的锌粉会导 致涂层在气温偏高时大面积脱落。现有的技术使水性无机富锌涂料的推广受阻。
发明内容
本发明是为了解决以上技术问题，而提供的一种工艺简单、生产成本大大缩减而 储存稳定性提高的水性无机富锌涂料。本发明目的通过如下技术方案实现一种水性室温自固化无机富锌涂料，由基料和粉料组成，所述基料通过如下方式 制备(1)以重量份数计，将40-70份模数为2. 5-3. 7、固含量在25_30%的碱金属硅酸盐 溶液中倒入带有搅拌装置的容器中，加入5-10份水，300-500r/min低速搅拌10-60min，使 硅酸盐溶液混合均勻；(2)将20-30份粒径为7-20nm固含量为25_32%的硅溶胶滴加入步骤(1)所得溶 液中，提高搅拌转速至1000-1500r/min，当溶液由白色变成半透明粘稠溶液时，加入5_10 份水，控制溶液PH值为10-12;
(3)向步骤⑵所得溶液中滴加1-10份的硅烷偶联剂，在1000-1500r/min的搅拌
转速下反应1. 5-3. Oh ；所述硅烷偶联剂为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、氨丙基 三甲氧基硅烷和氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种；(4)向步骤(3)所得溶液中加入0. 5-2份稳定剂，在1000-1500r/min转速下搅拌 30-60min，然后取100-300目滤网将沉淀滤去，得到透明基料；所述稳定剂为TEG0-1300型、 TEGO-1400型、TEG0-1500N型、型、6 型和DM-042型稳定剂中的一种或多种；以重量份数计，所述粉料由60-100份的球状超微细锌粉、0-20份的片状锌粉、 0-20份的颜填料、0-1份的分散剂混合均勻组成；所述球状超微细锌粉为粒径> 500目的活 性锌粉；基料与粉料以1 1.5-3. 5的比例混合均勻。为进一步实现本发明的目的，所述碱金属硅酸盐溶液为硅酸锂、硅酸钾和硅酸钠 的一种或多种。所述硅溶胶粒径在7-20nm之间。所述颜填料为改性三聚磷酸铝、磷铁粉、云母氧化铁中的一种或多种。所述聚羧酸盐分散剂为SPED-800型和/或GY-D06型分散剂。稳定剂为水性化的齐聚硅氧烷或烷氧基化合物，可以是Degussa公司的 TEG0-1300、Degussa 公司的 TEGO-1400, Degussa 公司的 TEG0-1500N、Silok 公司的 628H、 Silok公司的629、德邦化工公司的DM-042中的一种或多种。无机富锌涂料可以是江苏科创金属材料公司、优美科富虹锌业有限公司或长沙威 凌锌材料有限公司生产的锌粉。分散剂可以是扬州斯培德化工有限公司的SPED-800、中化化工科学技术研究总院 的GY-D06中的一种。本发明提供的水性自固化无机富锌涂料包括基料和粉料两个组分，基料组分不仅 能与粉料中的锌粉发生交联反应，形成硅酸锌的网状结构聚合物；同时能与金属基材表面 形成硅酸锌铁络合物，使基材表面的铁原子也成为涂层无机大分子结构的组成部分，从而 形成牢固的化学键使涂层与基材之间具有优良的附着力。开发高硅碱比(即模数)的基料，可大大缩短涂膜表干和实干时间。涂膜表干20 分钟后即可耐一定压力的水洗；实干后富含Si-O-Si键的涂膜具有非常好的耐热性，可长 时间耐400°C左右的高温，瞬间耐高温可达到800°C ；基料中添加的硅烷偶联剂在水解后可 以增加涂料在金属基材上的润湿能力，加强Si-OH与金属基材的键合；同时偶联剂的疏水 烷基链段的引入，提高了水分在涂层上的接触角并直接提高了最终的耐水性；在基料中添 加的稳定剂，因具有特殊的分子结构，加大了 SiO2聚集体表面的空间位阻，能够有效的防止 基料在储存或受热过程中的进一步缩合而凝胶，大大延长了基料的储存时间，同时也可以 进一步提升涂料对基材的附着力。粉料组分中的超微细锌粉作为牺牲阳极，起保护钢铁基材的作用；粉料中的片状 锌粉具有多重防腐机制，能通过物理阻隔形成“迷宫式”有效的防止水汽渗透导致腐蚀的产 生，改性三聚磷酸铝具有“双重防锈”机理，解聚反应形成三聚磷酸根离子(P3Oltl5-)，它比磷 化处理用的PO43-离子，对!^3+离子以及各种金属离子有更强的螯合力，在被涂物表面形成 卓越的钝化膜，对钢铁等金属物体的腐蚀具有极强的抑制作用，在干膜锌粉含量较低时，配合使用可以达到更佳的防腐效果，磷铁粉则由于其优异的导电性能，在部分取代锌粉的同 时，不影响其阴极保护能力，相反可以减小漆膜共聚力，提高涂料的机械性能；聚羧酸盐分 散剂则能确定粉料充分分散于基料中。本发明具有如下优点及有益效果(1)本发明采用低模数的硅酸盐溶液，以添加小粒径的硅溶胶在常温下改性提高 模数，克服了传统的以沉淀二氧化硅较高温度下反应提高模数所带来的生产成本提高的问 题。(2)通过添加稳定剂提高硅酸盐胶体的静电位阻效应提高了基料组分的稳定性。(3)通过硅酸盐溶液间的复配，极大改善了涂料的最终成膜性能，显著提高了涂层 的早期耐水性和附着力。(4)添加片状锌粉，启用屏蔽、阴极保护以及自愈等多重防腐机制，改善了涂料的 施工性，同时大大提高了涂料的防腐蚀性能。
具体实施例方式为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是 应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的 限制。实施例1一种水性室温自固化无机富锌涂料，包括基料和粉料；其中，基料由如下步骤制 备1)取18. 78kg的模数为3. 6、以重量百分比计的固含量在的硅酸钾溶液倒入 带有搅拌装置的容器中，加入2. 58kg的水，开启低速搅拌400r/min持续10分钟使硅酸钾 溶液混合均勻。2)提高转速至1500r/min，称取5. 61kg的粒径7nm的固含约为30%的硅溶胶，缓 慢滴加入容器中，保持稳定的涡流约30min，此时溶液由白色变成半透明粘稠溶液。3)边搅拌边加入2. 22kg的水，使得到的溶液粘度适中，此时pH在约11。4)缓慢滴加总量为0. 3kg的甲基三甲氧基硅烷，在稳定的涡流下持续反应2. 5h， 使其在溶液中充分水解。5)加入0. 51kg的Degussa公司生产的水性聚硅氧烷TEG0-1300作为硅酸盐溶液 的稳定剂，持续搅拌30min后取300目滤网将极少量的沉淀滤去，即得到透明度较高的基料 组分。粉料70kg的由江苏科创金属材料公司所生产的600目超微细锌粉。将制得的基料与粉料以1 2. 33的比例混合均勻即可。混合后熟化30min的涂料，测得最终性能如下表1 表 权利要求
1.一种水性室温自固化无机富锌涂料，由基料和粉料组成，其特征在于所述基料通 过如下方式制备(1)以重量份数计，将40-70份模数为2.5-3. 7、固含量在25-30%的碱金属硅酸盐溶液 中倒入带有搅拌装置的容器中，加入5-10份水，300-500r/min低速搅拌10-60min，使硅酸 盐溶液混合均勻；(2)提高搅拌转速至1000-1500r/min，将20-30份粒径为7_20nm固含量为25-32%的 硅溶胶滴加入步骤(1)所得溶液中，当溶液由白色变成半透明粘稠溶液时，加入5-10份水， 控制溶液PH值为10-12 ；(3)向步骤(2)所得溶液中滴加1-10份的硅烷偶联剂，在1000-1500r/min的搅拌转速 下反应1. 5-3. Oh ；所述硅烷偶联剂为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲 氧基硅烷和氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种；(4)向步骤⑶所得溶液中加入0.5-2份稳定剂，在1000-1500r/min转速下搅拌 30-60min，然后取100-300目滤网将沉淀滤去，得到透明基料；所述稳定剂为TEG0-1300型、 TEGO-1400型、TEG0-1500N型、型、6 型和DM-042型稳定剂中的一种或多种；以重量份数计，所述粉料由60-100份的球状超微细锌粉、0-20份的片状锌粉、0-20份 的颜填料和0-1份的分散剂混合均勻组成；所述球状超微细锌粉为粒径> 500目的活性锌 粉；基料与粉料以1 1. 5-3. 5的比例混合均勻。
2.根据权利要求1所述的无机富锌涂料，其特征在于所述碱金属硅酸盐溶液为硅酸 锂、硅酸钾和硅酸钠的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的无机富锌涂料，其特征在于所述硅溶胶粒径在7-20nm之间。
4.根据权利要求1所述的无机富锌涂料，其特征在于所述颜填料为改性三聚磷酸铝、 磷铁粉、云母氧化铁中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的无机富锌涂料，其特征在于聚羧酸盐分散剂为SPED-800型和 /或GY-D06型分散剂。
全文摘要
本发明公开了一种水性室温自固化无机富锌涂料，该涂料是将制备好的基料和粉料以1∶1.5-3.5的质量比混合均匀而制成。其中基料制备包括将模数为2.5-3.7碱金属硅酸盐溶液加入5-10份水，低速搅拌；然后加入粒径为7-20nm固含量为25-32％的硅溶胶滴，滴加1-10份的硅烷偶联剂，以及加入0.5-2份稳定剂，将沉淀滤去，得到透明基料。本发明所述的无机富锌涂料干燥速度极快，早期耐水性好，干燥后20分钟即可耐一定压力的水洗，采用多重防腐机制，耐盐雾腐蚀性能好，可耐400℃高温，同时大大改善了传统的水性无机富锌涂料的施工性，防腐蚀年限可达15年以上。涂料在常温常压下制备，生产成本低，符合环保要求。
文档编号C09D7/12GK102146225SQ201110056809
公开日2011年8月10日 申请日期2011年3月9日 优先权日2011年3月9日
发明者彭刚阳, 王代民, 瞿金清 申请人:华南理工大学, 广东嘉宝莉化工集团有限公司