专利名称：环保型无机耐蚀耐磨复合涂料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及用于钢铁结构件防腐使用的一种水性双组份无机涂料及其制备方法。
背景技术：
在防止和延缓钢铁锈蚀的诸多措施中，最便利最经济最有效的方法就是采用表面涂层保护。无机富锌涂料是以无机聚合物(如硅酸盐、磷酸盐、重铬酸盐等)为成膜基液 (粘合剂)，锌粉为颜料的重防腐涂料。富锌涂料施涂于钢铁表面形成富锌涂层后，主要的防腐机理是牺牲阳极保护(锌的电化学活性(标准电极电位-O. 763V)较铁(-0.449V)活泼，锌为阳极失去电子而牺牲，铁为阴极得到电子而被保护)和物理屏蔽作用来阻止钢铁的腐蚀。富锌涂料常常是作为底漆，涂覆于经过处理的钢铁表面，成膜后其上再涂覆一层面漆以阻止介质渗入以达到更好的重防腐效果。我国上世纪80年代中期开始水性无机硅酸锌涂料的研究和应用，90年代以来我国在水性无机硅酸锌涂料的研究开发和生产上取得了显著的进步，研究开发了不同种类的水性无机硅酸锌涂料，并成功用于徐浦大桥主桥钢梁主体结构等超大型工程的防腐处理。其中中国专利CN1254736A号公开的一种防腐涂料主要成分是硅酸钾、硅酸锂、SiO2XaSiO3以及Zn粉。该涂料在基液的制备过程中，为了提高模数要向硅酸钾基液中加入硅酸锂和粒径在I. 5-120 μ m的沉淀SiO2颗粒，由于加入固体的 SiO2颗粒，基液的均匀性趋于不稳定，加入硅酸锂则增加涂料的成本。中国专利CN1182105 号公开的一种水性无机双组分富锌涂料是采用含锂、钠、钾离子的混合型硅溶胶进行搅拌， 并在揽祥形成的游润稳定时加入一定量的娃酸裡，以提闻基液的pH值和提闻基液的稳定性。中国专利CN1182105号公开的高摩尔比硅酸钾粘合剂的合成方法及水性防腐涂料组合物中，则向硅酸钾基液中加入了 O. 5-3%的有机高分子乳液以改善基液粘度和厚涂性。前两个专利都含有成本较高的硅酸锂，而后者则含有有害环境的有机组分。此外，目前市场上的同类无机富锌底漆防腐涂层存在着柔韧性差、耐水性差、耐擦伤性能差等问题；与之配套的有机面漆则引起环境污染、耐候性差。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于(I)提供一种工艺简单、成本低廉的硅酸钾基液。该基液的制备工艺步骤和数值选择是经过数年大量实验得出的，工艺的可靠性和重现性好。与现有基液制备技术相比，其特点表现在基液的制备过程中硅酸钾基液直接由硅溶胶中的SiO2与KOH直接反应，无需加入任何催化剂或SiO2颗粒，制备步骤简单，基液的稳定性好，贮藏期可长达5年之久而不沉淀或发生凝胶，较目前6个月的贮藏期期限大大提高；而且由于粘结基液中不含硅酸锂，因此成本低；(2)提供一种水性双组份无机富锌防腐底漆和无机富铝面漆，克服了现有配套的有机面漆引起的环境污染和耐候性差的问题；(3) 通过ZnO颗粒和聚乙烯-醋酸乙烯酯固体可分散聚合物、Al2O3颗粒的加入改散了涂层的柔韧性、耐水性和抗擦伤性。该涂料以水为溶剂和稀释剂，零V0C、无污染、阻燃，符合环保的规定；制成的涂料基液稳定性好，可室温喷涂或刷涂，干燥迅速，大大缩短施工周期；耐蚀性、耐挥发性油和耐有机溶剂性能优异；不受切割、焊接损伤，施工时无可燃挥发物的危害；连续耐温温度为400°C，瞬时耐温温度可达800°C，耐热性优异；电阻率低，可防静电；抗辐射、 耐紫外线、耐盐雾，抗老化性能好，具有长效的防锈、防腐效果；具有一定的防污性。因此，本发明提供一种水性无机双组分涂料的制备方法，该涂料通过将制备好的组分A与组分B以I : 2-4的重量比混合而制成，其中组分A为粘结基液，组分B为颜料， 其特征为所述组分A的制备过程包括下述步骤I)在2-4mol/L的KOH溶液中缓慢加入硅溶胶，加入温度控制在60_85°C，搅拌速度200-400转/分，2)硅溶胶滴加完毕后，降低温度至40°C左右，缓慢加入溶液总重量比为1-10%的硅烷偶联剂CH3Si(OCH3)3,3)硅烷偶联剂加完后，继续常温搅拌1-2小时，使溶液充分均匀，4)添加与基液相同重量的去尚子水，使基液的无机固含量重量百分比为 18-22%,5)所制备基液的模数在4. 7-5. 2，pH值在10_11。在上述基液的基础上可加入溶液总重量比为1-10%的苯丙乳液。上述制备的基液无需加入SiO2和硅酸锂即可获得模数> 4. 7的高模数基液。依此基液为粘结剂，制备如下不同组分及性能的涂料I. 一种水性双组分无机硅酸锌涂料，其组分A与组分B的重量比为I : 2-4，其特征为组分B为Zn粉，Zn粉中金属Zn质量含量> 95% ；Zn粉平均粒径为1_4μ m ;组分A 为按照权利要求I或2所述方法制备的粘结基液。制备的涂层具有优异的耐蚀性。见附图
Ia02. 一种水性双组分无机硅酸锌涂料，其组分A与组分B的重量比为I : 2-4，其特征为组分B由Zn粉、ZnO粉和聚乙烯-醋酸乙烯酯可再分散聚合物(也称为可溶性乳胶)组成，其中Zn粉质量含量为90-95%，ZnO粉质量含量为1_5%，可溶性乳胶质量含量为1-5% ;组分A为按照权利要求I或2所述方法制备的粘结基液。制备的涂层具有良好的柔韧性和耐水性。3. 一种水性双组分无机硅酸锌涂料，其组分A与组分B的重量比为I : 2-4，其特征为组分B由Zn粉和Al2O3粉组成，其中Zn粉质量含量为90-98% ；A1203粉质量含量为 2-10%, Zn粉、Al2O3粉的平均粒径为1-4 μ m ;组分A为按照权利要求I或2所述方法制备的粘结基液。制备的涂层具有良好的耐磨性。见附图lb。4. 一种水性双组分无机硅酸锌涂料，其组分A与组分B的重量比为I : 2-4，其特征为组分B为片状Al，其中片状Al中金属Al质量含量> 95% ;片状Al平均厚度为 1-4 μ m ;组分A为按照权利要求I或2所述方法制备的粘结基液。制备的涂层具有良好的耐腐蚀性和环保性，见附图2。虽然现有技术公开了制备高模数硅酸钾基液，也公开了方法为加入硅溶胶、硅烷偶联剂、苯丙乳液的制备方法，但其中具体的成分含量的选择，尤其是几种成分含量的组合是现有技术中没有明确的，本发明所提供的成分含量是经过大量试验所得出，并且通过实验室和实际应用表明效果很好。例如贵州某公司一室外管道，工作温度100-200°C，原用涂料腐蚀剥落严重。2006年10月改用本发明涂料I于该管道外表面，现已5年之久其耐蚀性和耐热性都满足了使用要求。2008年涂料I应用于冷却水循环管路，其耐蚀性也大大优于其原用耐腐蚀油漆。
(正文内容)图I涂层的表面形貌(a Zn涂层；b Ζη+Α1203复合涂层)图2无机硅酸锌底漆和片层无机硅酸铝面漆(涂层截面形貌)具体实施方式
(正文内容)实例一I.以制备500ml、模数为4. 8的组分A基液(硅酸钾基液)为例制备基液原料4mol/L的KOH溶液；固含量30%的硅溶胶；硅烷偶联剂；去离子水。制备取200ml浓度为4mol/L的KOH溶液倒入量杯中，将300g硅溶胶缓慢加入到 KOH溶液中，加入温度控制在65°C，搅拌速度400转/min。硅溶胶滴加完毕后，降低温度至 40°C左右，缓慢加入Iwt. %溶液重量硅烷偶联剂。硅烷偶联剂加完后，继续常温搅拌1-2小时，使溶液充分均匀。添加500ml的去离子水，使无机物固含量为20%左右。所制备基液的模数在4. 8，pH值在11。此为组分A。2.制备一种水性双组分无机硅酸锌涂料组分B为Zn粉，金属Zn含量> 95%；Zn 粉平均粒径约为1-4 μ m。组分A与组分B的重量比为I : 2. 5。将组分B加入到组分A中搅拌均匀后即可施涂。Zn粉粒度越细，耐蚀性越好，但成本增加。实例二I.以制备500ml、模数为5的A基液(含苯丙的硅酸钾基液)为例制备基液原料3mol/L的KOH溶液；固含量28%的硅溶胶；硅烷偶联剂；去离子水；苯丙乳液。制备取200ml浓度为3mol/L的KOH溶液倒入量杯中，将300g硅溶胶缓慢加入到 KOH溶液中，加入温度控制在80°C，搅拌速度300转/min。硅溶胶滴加完毕后，降低温度至 40°C左右，缓慢加入3wt. %总溶液重量的硅烷偶联剂。硅烷偶联剂加完后，继续常温搅拌 1-2小时，使溶液充分均匀。添加500ml的去离子水，使固含量为20%左右。加入2wt. %溶液重量的苯丙溶液。所制备基液的模数在5. 0，pH值在10. 5。2.制备一种水性双组分无机硅酸铝涂料将组分B加入到组分A中，组分B为片状Al，金属Al含量彡95% ;A1片平均厚度为3 μ m.。组分A与组分B的重量比为I : 3。 此涂料作为面漆涂覆在无机硅酸锌底漆上，片状铝可以屏蔽腐蚀介质的渗入，使涂层具有良好的耐腐蚀性和环保性。实例三I.以制备500ml、模数为5. 2的A基液(硅酸钾基液)为例制备基液原料2mol/L的KOH溶液；固含量30%的硅溶胶；硅烷偶联剂；去离子水。制备取200ml浓度为2mol/L的KOH溶液倒入量杯中，将300g硅溶胶缓慢加入到 KOH溶液中，加入温度控制在70°C，搅拌速度200转/min。硅溶胶滴加完毕后，降低温度至 40°C左右，缓慢加入2wt. %溶液重量硅烷偶联剂。硅烷偶联剂加完后，继续常温搅拌1-2小时，使溶液充分均匀。添加500ml的去离子水，使固含量为20%左右。所制备基液的模数为
5.2，pH值在10。此为组分A。2.制备一种水性无机硅酸锌/Al2O3颗粒复合耐磨涂料组分B为97wt. % Zn粉-3wt. % Al2O3粉；Zn粉平均粒径约为3 μ m。将Zn粉与Al2O3粉混合均匀后，再将组分B 加入到组分A(粘结基液)中制备涂料组分A与组分B的重量比为I : 2.7。将组分B加入到组分A中搅拌均匀后即可施涂，含有Al2O3颗粒的底漆耐磨性较不含Al2O3颗粒底漆的耐磨性提高3倍。实例四I.以制备500ml、模数为5的A基液(硅酸钾基液)为例制备基液原料3mol/L的KOH溶液；固含量30%的硅溶胶；硅烷偶联剂；去离子水。制备取200ml浓度为3mol/L的KOH溶液倒入量杯中，将300g硅溶胶缓慢加入到 KOH溶液中，加入温度控制在85°C，搅拌速度200转/min。硅溶胶滴加完毕后，降低温度至 40°C左右，缓慢加入2wt. %溶液重量硅烷偶联剂。硅烷偶联剂加完后，继续常温搅拌1-2小时，使溶液充分均匀。添加500ml的去离子水，使固含量为20%左右。所制备基液的模数在 5，pH值在10. 5ο此为组分A。2.将组分B (Zn粉)加入到组分A (粘结基液)中制备涂料组分B由Zn粉、ZnO 粉和可溶性乳胶组成，Zn粉质量含量96%，Zn粉平均粒径为3 μ m，ZnO粉质量含量2%，可溶性乳胶质量含量2%;组分A与组分B的重量比为I : 3。将组分B加入到组分A中搅拌均匀后即可施涂。添加有ZnO粉和可溶性乳胶后涂层的耐水性提高3-5倍，柔韧性提高了一倍。
权利要求
1.一种水性无机双组分涂料的制备方法，该涂料通过将制备好的组分A与组分B以 I 2-4的重量比混合而制成，其中组分A为粘结基液，组分B为颜料，其特征为所述组分A 的制备过程包括下述步骤1)在2-4mol/L的KOH溶液中缓慢加入硅溶胶，加入温度控制在60-85°C，搅拌速度 200-400 转 / 分，2)硅溶胶滴加完毕后，降低温度至40°C左右，缓慢加入溶液总重量比为1-10%的硅烷偶联剂 CH3Si(OCH3)3,3)硅烷偶联剂加完后，继续常温搅拌1-2小时，使溶液充分均匀，4)添加与基液相同重量的去尚子水，使基液的无机固含量重量百分比为18-22%,5)所制备基液的模数在4.7-5. 2，pH值在10-11。
2.如权利要求I所述的制备方法，其特征为在步骤4)后加入溶液总重量比为1-10% 的苯丙乳液。
3.一种水性双组分无机硅酸锌涂料，其组分A与组分B的重量比为I : 2-4，其特征为 组分B为Zn粉，Zn粉中金属Zn质量含量> 95% ；Zn粉平均粒径为1_4 μ m ;组分A为按照权利要求I或2所述方法制备的粘结基液。
4.一种水性双组分无机硅酸锌涂料，其组分A与组分B的重量比为I : 2-4，其特征为 组分B由Zn粉、ZnO粉和聚乙烯-醋酸乙烯酯可再分散聚合物组成，其中Zn粉质量含量为 90-95%，ZnO粉质量含量为1_5%，聚乙烯-醋酸乙烯酯可再分散聚合物质量含量为1_5%; 组分A为按照权利要求I或2所述方法制备的粘结基液。
5.一种水性双组分无机硅酸锌涂料，其组分A与组分B的重量比为I : 2-4，其特征为 组分B由Zn粉和Al2O3粉组成，其中Zn粉质量含量为90-98% ;A1203粉质量含量为2-10%， Zn粉、Al2O3粉的平均粒径为1-4 μ m ;组分A为按照权利要求I或2所述方法制备的粘结基液。
6.一种水性双组分无机硅酸锌涂料，其组分A与组分B的重量比为I : 2-4，其特征为 组分B为片状Al，其中片状Al中金属Al质量含量彡95%;片状Al平均厚度为分A为按照权利要求I或2所述方法制备的粘结基液。
全文摘要
本发明提供一种水性双组份无机耐蚀耐磨复合涂料及其制备方法。组分A是粘结基液，其制备方法为在2-4mol/L的KOH溶液中缓慢加入硅溶胶、1-10％溶液重量百分比硅烷偶联剂、去离子水，加入时搅拌并保持温度恒定。制备的基液模数为4.7-5.2。组分B为平均粒径1-4μm的Zn粉或复合粉(Zn、ZnO、Al2O3)或片状Al。组分A与组分B的重量比为1∶2-4。该涂料为硅酸钾水性涂料，成本低、无环境污染、阻燃、可室温喷涂或刷涂，干燥迅速，施工周期短。涂料基液稳定性好，与钢基体结合力高，涂层耐蚀性和耐磨性优异。片状面漆耐紫外线、抗老化性能好。用于各种钢铁结构的腐蚀防护。
文档编号C09D1/04GK102604452SQ20121010324
公开日2012年7月25日 申请日期2012年4月10日 优先权日2012年4月10日
发明者任英, 李国华, 王亦工, 裴嵩峰, 陈华辉, 马峰 申请人:中国矿业大学(北京)