水基无机硅磷树脂富锌防锈涂料的制造及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及化学工程中一类水基无机硅磷树脂富锌防锈涂料的制造及其应用
【背景技术】
[0002] 目前国内钢铁防锈涂料的低档品种主要为高分子树脂类粘合剂中加入无机矿物 铁丹等添加剂，经研磨成微米级粘稠的液体而成。由于高聚物的粘合力强，成膜韧性好，能 适应于目前大多数用户钢铁防锈的需要。但是它们的致命的缺点是防锈效果差，寿命短，一 般2~3年要重刷一次防锈涂料。高档钢铁器材的防锈多采用环氧富锌涂料，使防锈效果 延长到3~5年。这类防锈涂料具有对钢铁的粘合力强，成膜韧性好等优点，但由于环氧树 脂的耐光老化性能差，3~5年后就会出现龟裂、剥离、脱落而失去防锈效果。近年来市场出 现水基无机富锌防锈涂料，以无机硅酸盐做成膜粘合剂，与钢铁器材表面以化学键结合，牢 度比较好，防锈效果可延长到几十年。但简单的小分子硅酸盐无粘结力，而把小分子的无机 盐合成大分子量的无机硅树脂，其聚合为快速自聚，聚合反应工艺条件要求十分苛刻，产品 性质量和性能极不稳定，极易生成水不溶的硅凝胶而导致聚合反应失败。因此水基无机富 锌涂料一直未能成为钢铁防锈涂料市场的主打产品。
[0003] 本发明的目的提供一种以无机硅酸盐和磷酸经缩聚反应，严格调控树脂聚合反应 速度和产物的分子量，制造出质量可控、性能稳定的纳米级硅磷树脂成膜粘结剂剂，再与电 化学防锈剂锌粉结合，做成高档长效水基无机富锌防锈涂料。
[0004] 发明详沭
[0005] 1.本发明的目的是提供一类纳米级尺寸可控的水基大分子硅磷树脂化合物，作为 涂料成膜剂I，其树脂结构和合成反应的示意式如下。
[0007] 式中Si (0M)4 :硅酸盐
[0008] M :Na，K，Li 等盐；
[0009] Si(0M)4 : Hd = 10 : (2 ~5)
[0010] Hd :缩聚引发剂，磷酸水溶液5~10%
[0011] Na : Si = 1 : (10 ~15);
[0012] m = 15 ~20 ;
[0013] 含固量：20~30%
[0014] 工业硅酸盐价廉易得但规格、组成不稳定，通常选用10份的硅酸钠水溶液（模数 2. 5~5. 0,密度1. 3~1. 5)，加入质量比5~10份水稀释，在强力搅拌下缓慢加入1. 5~ 2. 5份磷酸水溶液（5~10% )，即发生缩聚反应，生成硅磷树脂化合物I，作为本涂料的基 体成膜剂和粘结剂。硅酸钠的目数低于2.5,涂料的粘度差，大于5涂料的溶解度差。本发 明选用3~4模数，密度1. 45的水玻璃；硅酸钠缩聚反应的引发剂为磷酸。引发剂用量是 控制硅树脂缩聚度、分子尺寸和产物性能的关键因素；引发剂量太低时生成产物分子量太 小，做成涂料的防水性差；引发剂用量太多，易诱发反应快速缩聚生成水不溶硅凝胶物而导 致反应失败；引发剂磷酸同时还可与硅树脂的羟基结合，生成硅磷树脂；磷酸中多余的羟 基可与钢铁表面的铁原子结合形成磷化膜，增加树脂膜与钢铁结合的牢度、密度和韧性强 度，提高护膜的防锈能力。
[0015] 2.硅磷树脂富锌防锈涂料的制造在合成的硅磷树脂中加入电化学防锈剂锌粉，即 做成无机硅磷树脂富锌防锈涂料。硅树脂分子中的剩余的硅羟基，可与钢铁器材表面的铁 原子成化学键结合，因此防锈护膜的牢度高；磷酸分子也可与硅酸分子成化学键结合，生成 硅磷树脂；磷酸的羟基还可钢铁器材表面的铁原子键合，生成紧密的磷化膜；锌原子可与 硅酸、磷酸结合生成树脂的成膜交联剂，增加树脂护膜的强度；大量的锌粉分散在硅磷树脂 成膜剂之间作电化学防锈剂。其防锈涂料的结构组成示意式II如下：
[0017] (式中Me为碱金属原子，Zn为锌粉颗粒）
[0018] 合成的硅磷树脂产品外观为透明微有乳白色的粘稠液体，室温下储藏一年性能稳 定不变。
[0019] 3.本发明涂料中的防锈剂选用无定形颗粒锌粉或扁平片状锌片，在涂料中作为电 化学防锈剂和树脂的交联固化剂。涂料中含锌量在50~70%，锌粉的纯度95~98%，粒 度400~600目。粒度太大易引起涂料分层沉淀；粒度太细，因锌粉的表面活性太大而易生 成锌的氧化物，降低锌的防锈效果。过量的锌粉分布在涂料护膜之间，形成在钢铁表面导电 性良好、强度高的富锌防锈保护膜。片状锌片（300~400目）可改进护膜的导电性，增强 防锈性能，同时可减低金属锌的用量到50%，由此可降低涂料的价格。
[0020] 4.由于硅磷树脂膜的硬度高，易脆裂，在树脂中加入1~5%的CMC或白乳胶，可 改进护膜的抗冲击韧性和弯曲性。
[0021] 5.硅磷树脂富锌防锈涂料可单独涂在钢铁表面作防锈涂料，也可作为底漆加涂氯 化橡胶、氯化浙青、聚氨脂等防锈面漆，增强防锈效果。
[0022] 实施举例
[0023] 1.本发明的主体内容之一是提供质量可控、性能稳定的纳米级硅磷树脂制造方法 描述如下：取50份工业硅酸钠水溶液（模数3. 5~4. 0,密度1. 37~1. 40)，加25份水，在 室温和强力搅拌下，缓慢加入10份工业磷酸（5% )水溶液，加液完毕后再搅拌1~2小时 即缩聚反应完成，得硅磷树脂I，含固量20~25%，作为本涂料的基体成膜剂和粘结剂。
[0024] 2.取100份合成的硅磷树脂I，强力搅拌下加入30~50份500目锌粉（质量比）， 室温5~40°C涂刷或喷涂在清洁的防锈测试铁板表面，表干30-60分钟，连续涂刷2次，实 干8小时后再在上面喷涂氯化橡胶等面漆即成。涂刷或喷涂涂料前要求对钢铁器件表面处 理要清洁、除去浮锈即可。做成的防锈铁片样品性能经国家海洋涂料检测中心鉴定，结果见 表1.和表2。
[0025] 3.取100份权利1合成的硅磷树脂I，强力搅拌下加入1~3份羧甲基纤维素钠 (CMC)或白乳胶，强力搅拌下加入30~50份500目锌粉（质量比），熟化10分钟后，室温 5~40°C涂刷或喷涂刷在清洁并除去表面浮锈后的钢铁防锈器材表面，表干30-60分钟，连 续涂刷2次即成防锈底漆；实干8小时后再在上面喷涂氯化橡胶等面漆即成。
[0026] 4. 100份硅磷树脂I，强力搅拌下加入30份300目片状锌粉，熟化10分钟后，加水 调制成涂刷或喷涂稠度适中的涂料，室温5~40°C涂刷在清洁的防锈测试铁板表面，表干 30~60分钟，连续涂刷2次即成。实干8小时后再在上面喷涂氯化橡胶等面漆即成。
[0027] 表1无机富锌涂料涂层物理结果
[0029] 表2无机硅磷脂防锈涂料与有机环氧富锌涂料的主要特性比较
[0030]
【主权项】
1. 本发明要求权利之一是涉及一种无机硅磷树脂富锌涂料的成膜剂合成方法，其特征 是取50份液体硅酸钠（模数3. 5~4. 0,密度1. 37~1. 45)，加25~50份水，在室温和强 力搅拌下，缓慢加入10~25份工业磷酸的水溶液（5~10% )，发生聚合反应，生成防锈涂 料硅磷树脂成膜粘合剂I(含固量20~30% )。2. 本发明要求无机硅磷树脂富锌涂料制造方法权利之二，其特征在于取100份权利1 合成的硅磷树脂I，强力搅拌下加入30~50份500目锌粉（质量比），涂刷或喷涂在清洁 的钢铁器材表面，表干30-60分钟，连续涂刷2次即成防锈底漆；实干8小时后再在上面喷 涂氯化橡胶等面漆即成。3. 本发明要求无机硅磷树脂富锌涂料制造方法要求权利之三，其特征在于取100份权 利1合成的硅磷树脂I，强力搅拌下加入1~3份羧甲基纤维素钠（CMC)或白乳胶，强力搅 拌下加入30~50份500目锌粉（质量比），熟化10分钟后，涂刷在清洁的防锈测试铁板表 面，表干30-60分钟，连续涂刷2次即成防锈底漆；实干8小时后再在上面喷涂氯化橡胶等 面漆即成。4. 本发明要求无机硅磷树脂富锌涂料制造方法要求权利之四，其特征在于取100份权 利1合成的硅磷树脂I，强力搅拌下加入20份300目片状锌粉（质量比），涂刷或喷涂在清 洁的防锈测试铁板表面，表干30-60分钟，连续涂刷2次即成防锈底漆；实干8小时后再在 上面喷涂氯化橡胶等面漆即成。
【专利摘要】本发明提供一种水性无机硅磷树脂富锌防锈涂料的制备方法及应用；将无机硅酸盐在室温下与磷酸作用发生缩聚反应，生成无机硅磷树脂，作为防锈涂料的基体粘结剂，再加入电化学防锈剂锌粉即作成无机富锌防锈涂料，涂刷或喷涂在清洁的钢铁器材表面，在室温自固化，涂料的活性基团与钢铁表面的铁原子以化学键结合，形成保护钢铁的防锈膜。如在面上加涂一层氯化橡胶或聚氨脂面漆，可得到优异的长效钢铁防锈涂料。与市场通用的环氧富锌防锈涂料比，具有抗老化、耐高温、长寿命、环保无污染等特性。
【IPC分类】C09D1/04, C09D5/10, C23C22/23, C09D1/02
【公开号】CN105315729
【申请号】CN201410234658
【发明人】王敬尊, 王霆, 王雷
【申请人】王敬尊, 王霆
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2014年5月30日