本发明涉及一种改性水性富锌涂料的制备方法，属于金属防腐技术。
背景技术：
无机富锌涂料是由球状或片状锌粉与基料中的硅酸盐发生反应，通过化学键在涂层内部形成结构稳定的无机硅酸锌络合物，最终在需要被保护的金属表面形成一层保护膜。无机富锌涂料具有绿色环保、带漆焊接不受影响、耐候性能突出和防腐蚀性能优异等特点，已成为钢铁结构大气防腐和海洋重防腐领域中广泛使用的涂料。但无机富锌涂料也具有缺点，如涂层脆性大，机械性能差，在外力作用下会出现大面积剥落等。
近年来，随着有机-无机复合材料的发展，越来越多的研究将有机成膜物质如硅丙乳液、硅烷偶联剂、苯丙乳液等加入到无机富锌涂料中。这种改性后涂料可以兼具有机材料与无机材料优点，能更有效提高富锌涂层的机械性能和耐腐蚀性能。且伴随着有机乳液的加入，还能降低富锌涂料对施工条件的要求。但是这些技术仍存在涂层防水、防氯离子渗透能力弱，韧性与强度不协调，进而影响涂层防腐性能等缺陷。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种改性水性富锌涂料的制备方法。本发明以高模数硅酸钾为无机粘结剂，复配甲基硅酸钾和乳化沥青等有机成膜物质，制备新型有机-无机复合富锌涂料。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种改性水性富锌涂料的制备方法，包括下述步骤：
(1)按所述重量份数取各原料组分；
硅酸钾20～40份、甲基硅酸钾10～20份、乳化沥青10～20份、钠基膨润土0.5～1份、磷酸三丁酯0.2～0.5份、聚丙烯酸钠0.2～0.5份、水28.6～38.6份；
(2)在搅拌池中加入水和钠基膨润土，搅拌均匀；然后加入硅酸钾和甲基硅酸钾，搅拌均匀；再加入乳化沥青，搅拌均匀；最后加入磷酸三丁酯和聚丙烯酸钠，搅拌均匀，得到水性粘结剂基料；
(3)向水性粘结剂基料中加入鳞片状锌粉，鳞片状锌粉和水性粘结剂基料的重量比为0.3～1.2∶1；搅拌均匀，得到水性无机富锌涂料。
本发明中，所述鳞片状锌粉的粒径为200～500目；硅酸钾的SiO2∶K2O摩尔比为5.0～5.5，固含量20％～30％；甲基硅酸钾的固含量20～40％；乳化沥青的pH＝10～12，固含量20～40％。
本发明中，加入水和钠基膨润土后，控制搅拌速度为2000rpm，搅拌时间为10min；加入硅酸钾和甲基硅酸钾后，控制搅拌速度为500～800rpm，搅拌时间为10～20min；加入乳化沥青后，控制搅拌速度为500～1000rpm，搅拌时间为5～10min；向水性粘结剂基料中加入鳞片状锌粉后，控制搅拌速度为500～1000rpm，搅拌时间为10～30min；在添加各原料组分的过程中，保持搅拌。
本发明中，在加入乳化沥青时，控制加入速度为50～200ml/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
1、使用甲基硅酸钾作为其中一种有机成膜物质，其性能、结构与硅酸钾类似，既可以水解，与硅酸钾一道生成聚硅氧烷富锌结构，形成致密防护膜，保护腐蚀介质与钢铁基板接触，且由于甲基硅酸钾带有甲基有机基团，能提高聚硅氧烷结构韧性和成膜性能，对提高富锌涂层综合性能有利。
2、沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂混合物，是一种优异的防水、防潮、防腐的有机胶凝材料。而乳化沥青是由沥青、乳化剂、稳定剂和水等组分所组成稳定乳液，能与水性富锌材料均匀混合，且由于沥青自身优异的防腐性能，能显著增强水性富锌涂层防腐性能。
3、甲基硅酸钾和沥青较纯丙、硅丙、苯丙等乳液有更好疏水、防水性能，能阻止水分渗透到涂层中，从而能降低水作用下聚硅氧烷结构发生解聚和电化学腐蚀，能延长富锌涂层防腐寿命。
具体实施方式
本发明制备获得的改性水性富锌涂料包括鳞片状锌粉和水性粘结剂基料，其重量比为0.3～1.2∶1；其中，水性粘结剂基料包括如下重量份数的组分：硅酸钾20～40份、甲基硅酸钾10～20份、乳化沥青10～20份、钠基膨润土0.5～1份、磷酸三丁酯0.2～0.5份、聚丙烯酸钠0.2～0.5份、水28.6～38.6份；所述鳞片状锌粉的粒径为200～500目；硅酸钾的SiO2∶K2O摩尔比为5.0～5.5，固含量20％～30％；甲基硅酸钾的固含量20～40％；乳化沥青的pH＝10～12，固含量20～40％。
该改性水性富锌涂料的制备方法，包括下述步骤：
(1)按所述配比取各原料组分；
(2)在搅拌池中加入水和钠基膨润土，搅拌均匀；然后加入硅酸钾和甲基硅酸钾，搅拌均匀；再加入乳化沥青，搅拌均匀；最后加入磷酸三丁酯和聚丙烯酸钠，搅拌均匀，得到水性粘结剂基料；
(3)向水性粘结剂基料中加入鳞片状锌粉，搅拌均匀，得到水性无机富锌涂料。
制备过程中的搅拌时间和搅拌速度可根据实际进行调整，在添加各原料组分的过程中，保持搅拌。本发明提供的实施例中：加入水和钠基膨润土后，控制搅拌速度为2000rpm，搅拌时间为10min；加入硅酸钾和甲基硅酸钾后，控制搅拌速度为500～800rpm，搅拌时间为10～20min；加入乳化沥青后，控制搅拌速度为500～1000rpm，搅拌时间为5～10min；向水性粘结剂基料中加入鳞片状锌粉后，控制搅拌速度为500～1000rpm，搅拌时间为10～30min；在加入乳化沥青时，控制加入速度为50～200ml/min。
本发明所述改性水性富锌涂料的使用方法说明：金属基材通过喷砂除去铁锈，达到Sa 2.5级，涂料采用喷涂或刷涂施工。
下面结合具体实施例对本发明的实现进行详细描述。
实施例1
一种改性水性富锌涂料
配方：包括鳞片状锌粉(粒径200目)和水性粘结剂基料，重量比为0.64:1。其中，水性粘结剂基料包括如下重量份数的组分：硅酸钾(SiO2∶K2O摩尔比为5.0，固含量20％)40份，甲基硅酸钾(固含量40％)10份，乳化沥青(pH＝10，固含量20％)20份，钠基膨润土0.5份，磷酸三丁酯0.2份，聚丙烯酸钠0.2份，水29.1份。
制备过程：往搅拌池中加入水和钠基膨润土，搅拌10min(转速2000rpm)后，加入硅酸钾和甲基硅酸钾，搅拌10min(转速800rpm)，缓慢加入乳化沥青(200ml/min)，继续搅拌5min(转速1000rpm)后加入磷酸三丁酯和聚丙烯酸钠，搅拌均匀得到水性粘结剂基料，再加入鳞片状锌粉，搅拌30min(转速500rpm)后得水性无机富锌涂料。
采用标准HG/T 3668-2009《富锌底漆》测试改性水性富锌涂料性能，见表1。
实施例2
一种改性水性富锌涂料
配方：包括鳞片状锌粉(粒径500目)和水性粘结剂基料，重量比为0.8:1，其中，水性粘结剂基料包括如下重量份数的组分：硅酸钾(SiO2∶K2O摩尔比为5.5，固含量30％)35份，甲基硅酸钾(固含量20％)20份，乳化沥青(pH＝12，固含量40％)10份，钠基膨润土1份，磷酸三丁酯0.5份，聚丙烯酸钠0.5份，水33份。
制备过程：往搅拌池中加入水和钠基膨润土，搅拌10min(转速2000rpm)后，加入硅酸钾和甲基硅酸钾，搅拌20min(转速500rpm)，缓慢加入乳化沥青(50ml/min)，继续搅拌10min(转速500rpm)后加入磷酸三丁酯和聚丙烯酸钠，搅拌均匀得到水性粘结剂基料，再加入鳞片状锌粉，搅拌10min(转速1000rpm)后得水性无机富锌涂料。
采用标准HG/T 3668-2009《富锌底漆》测试改性水性富锌涂料性能，见表1。
实施例3
一种改性水性富锌涂料
配方：包括鳞片状锌粉(粒径400目)和水性粘结剂基料，重量比为0.9:1，其中，水性粘结剂基料包括如下重量份数的组分：硅酸钾(SiO2∶K2O摩尔比为5.2，固含量30％)20份，甲基硅酸钾(固含量25％)20份，乳化沥青(pH＝11，固含量30％)20份，钠基膨润土0.8份，磷酸三丁酯0.3份，聚丙烯酸钠0.3份，水38.6份。
制备过程：往搅拌池中加入水和钠基膨润土，搅拌10min(转速2000rpm)后，加入硅酸钾和甲基硅酸钾，搅拌15min(转速600rpm)，缓慢加入乳化沥青(100ml/min)，继续搅拌8min(转速800rpm)后加入磷酸三丁酯和聚丙烯酸钠，搅拌均匀得到水性粘结剂基料，再加入鳞片状锌粉，搅拌20min(转速800rpm)后得水性无机富锌涂料。
采用标准HG/T 3668-2009《富锌底漆》测试改性水性富锌涂料性能，见表1。
实施例4
一种改性水性富锌涂料
配方：包括鳞片状锌粉(粒径325目)和水性粘结剂基料，重量比为1:1，其中，水性粘结剂基料包括如下重量份数的组分：硅酸钾(SiO2∶K2O摩尔比为5.2，固含量25％)40份，甲基硅酸钾(固含量30％)15份，乳化沥青(pH＝11，固含量28％)15份，钠基膨润土0.8份，磷酸三丁酯0.3份，聚丙烯酸钠0.3份，水28.6份。
制备过程：往搅拌池中加入水和钠基膨润土，搅拌10min(转速2000rpm)后，加入硅酸钾和甲基硅酸钾，搅拌15min(转速600rpm)，缓慢加入乳化沥青(100ml/min)，继续搅拌8min(转速800rpm)后加入磷酸三丁酯和聚丙烯酸钠，搅拌均匀得到水性粘结剂基料，再加入鳞片状锌粉，搅拌20min(转速800rpm)后得水性无机富锌涂料。
采用标准HG/T 3668-2009《富锌底漆》测试改性水性富锌涂料性能，见表1。
实施例5
一种改性水性富锌涂料
配方：包括鳞片状锌粉(粒径325目)和水性粘结剂基料，重量比为0.44:1，其中，水性粘结剂基料包括如下重量份数的组分：硅酸钾(SiO2∶K2O摩尔比为5.2，固含量25％)40份，甲基硅酸钾(固含量30％)15份，乳化沥青(pH＝11，固含量28％)15份，钠基膨润土0.8份，磷酸三丁酯0.3份，聚丙烯酸钠0.3份，水28.6份。
制备过程：往搅拌池中加入水和钠基膨润土，搅拌10min(转速2000rpm)后，加入硅酸钾和甲基硅酸钾，搅拌15min(转速600rpm)，缓慢加入乳化沥青(100ml/min)，继续搅拌8min(转速800rpm)后加入磷酸三丁酯和聚丙烯酸钠，搅拌均匀得到水性粘结剂基料，再加入鳞片状锌粉，搅拌20min(转速800rpm)后得水性无机富锌涂料。
采用标准HG/T 3668-2009《富锌底漆》测试改性水性富锌涂料性能，见表1。
实施例6
一种改性水性富锌涂料
配方：包括鳞片状锌粉(粒径325目)和水性粘结剂基料，重量比为0.30:1，其中，水性粘结剂基料包括如下重量份数的组分：硅酸钾(SiO2∶K2O摩尔比为5.2，固含量25％)40份，甲基硅酸钾(固含量30％)15份，乳化沥青(pH＝11，固含量28％)15份，钠基膨润土0.8份，磷酸三丁酯0.3份，聚丙烯酸钠0.3份，水28.6份。
制备过程：往搅拌池中加入水和钠基膨润土，搅拌10min(转速2000rpm)后，加入硅酸钾和甲基硅酸钾，搅拌15min(转速600rpm)，缓慢加入乳化沥青(100ml/min)，继续搅拌8min(转速800rpm)后加入磷酸三丁酯和聚丙烯酸钠，搅拌均匀得到水性粘结剂基料，再加入鳞片状锌粉，搅拌20min(转速800rpm)后得水性无机富锌涂料。
采用标准HG/T 3668-2009《富锌底漆》测试改性水性富锌涂料性能，见表1。
实施例7
一种改性水性富锌涂料
配方：包括鳞片状锌粉(粒径325目)和水性粘结剂基料，重量比为1.2:1，其中，水性粘结剂基料包括如下重量份数的组分：硅酸钾(SiO2∶K2O摩尔比为5.2，固含量25％)40份，甲基硅酸钾(固含量30％)15份，乳化沥青(pH＝11，固含量28％)15份，钠基膨润土0.8份，磷酸三丁酯0.3份，聚丙烯酸钠0.3份，水28.6份。
制备过程：往搅拌池中加入水和钠基膨润土，搅拌10min(转速2000rpm)后，加入硅酸钾和甲基硅酸钾，搅拌15min(转速600rpm)，缓慢加入乳化沥青(100ml/min)，继续搅拌8min(转速800rpm)后加入磷酸三丁酯和聚丙烯酸钠，搅拌均匀得到水性粘结剂基料，再加入鳞片状锌粉，搅拌20min(转速800rpm)后得水性无机富锌涂料。
采用标准HG/T 3668-2009《富锌底漆》测试改性水性富锌涂料性能，见表1。
表1.改性水性富锌涂料性能
对比实施方式
以下对比例，均以上述7个案例中的综合性能最好的案例—实施例4作为基础进行设置。
对比例1
将实施例4中“硅酸钾(摩尔比为5.2，固含量25％)40份，甲基硅酸钾(固含量30％)15份，乳化沥青(pH＝11，固含量28％)15份”更换为“硅酸钾(摩尔比为5.2，固含量25％)55份，甲基硅酸钾(固含量30％)0份，乳化沥青(pH＝11，固含量28％)15份”。其余等同于实施例4，涂料性能见表2。
对比例2
将实施例4中“硅酸钾(摩尔比为5.2，固含量25％)40份，甲基硅酸钾(固含量30％)15份，乳化沥青(pH＝11，固含量28％)15份”更换为“硅酸钾(摩尔比为5.2，固含量25％)55份，甲基硅酸钾(固含量30％)15份，乳化沥青(pH＝11，固含量28％)0份”。其余等同于实施例4，涂料性能见表2。
对比例3
将实施例4中“硅酸钾(摩尔比为5.2，固含量25％)40份，甲基硅酸钾(固含量30％)15份，乳化沥青(pH＝11，固含量28％)15份”更换为“硅酸钾(摩尔比为5.2，固含量25％)70份，甲基硅酸钾(固含量30％)0份，乳化沥青(pH＝11，固含量28％)0份”。其余等同于实施例4，涂料性能见表2。
对比例4
将实施例4中“硅酸钾(摩尔比为5.2，固含量25％)40份，甲基硅酸钾(固含量30％)15份，乳化沥青(pH＝11，固含量28％)15份”更换为“硅酸钾(摩尔比为5.2，固含量25％)50份，甲基硅酸钾(固含量30％)5份，乳化沥青(pH＝11，固含量28％)15份”。其余等同于实施例4，涂料性能见表2。
对比例5
将实施例4中“硅酸钾(摩尔比为5.2，固含量25％)40份，甲基硅酸钾(固含量30％)15份，乳化沥青(pH＝11，固含量28％)15份”更换为“硅酸钾(摩尔比为5.2，固含量25％)50份，甲基硅酸钾(固含量30％)15份，乳化沥青(pH＝11，固含量28％)5份”。其余等同于实施例4，涂料性能见表2。
对比例6
将实施例4中“硅酸钾(摩尔比为5.2，固含量25％)40份，甲基硅酸钾(固含量30％)15份，乳化沥青(pH＝11，固含量28％)15份”更换为“硅酸钾(摩尔比为5.2，固含量25％)10份，甲基硅酸钾(固含量30％)25份，乳化沥青(pH＝11，固含量28％)35份”。其余等同于实施例4，涂料性能见表2。
对比例7
将实施例4中“硅酸钾(摩尔比为5.2，固含量25％)40份，甲基硅酸钾(固含量30％)15份，乳化沥青(pH＝11，固含量28％)15份”更换为“硅酸钾(摩尔比为5.2，固含量25％)10份，甲基硅酸钾(固含量30％)35份，乳化沥青(pH＝11，固含量28％)25份”。其余等同于实施例4，涂料性能见表3。
对比例8
将实施例4中“硅酸钾(摩尔比为5.2，固含量25％)40份”更换为“硅酸钾(摩尔比为6.0，固含量25％)40份”。其余等同于实施例4，涂料性能见表3。
对比例9
将实施例4中“硅酸钾(摩尔比为5.2，固含量25％)40份”更换为“硅酸钾(摩尔比为4.0，固含量25％)40份”。其余等同于实施例4，涂料性能见表3。
对比例10
将实施例4中“包括鳞片状锌粉(粒径325目)和水性粘结剂基料，重量比为1:1”更换为“包括鳞片状锌粉(粒径325目)和水性粘结剂基料，重量比为0.2:1”。其余等同于实施例4，涂料性能见表3。
对比例11
将实施例4中“包括鳞片状锌粉(粒径325目)和水性粘结剂基料，重量比为1:1”更换为“包括鳞片状锌粉(粒径325目)和水性粘结剂基料，重量比为1.5:1”。其余等同于实施例4，涂料性能见表3。
对比例12
将实施例4中“乳化沥青pH＝11”更换为“乳化沥青pH＝6”。其余等同于实施例4，涂料性能见表3。
表2.改性水性富锌涂料性能
表3.改性水性富锌涂料性能
1、从对比例1～3可以看出，涂料中不添加甲基硅酸钾或乳化沥青，涂料耐冲击性能、附着力和耐盐雾性能要明显降低，而从对比例4～7可以看出，硅酸钾、甲基硅酸钾及乳化沥青相互之间配比对涂层性能影响大，尤其是当硅酸钾重量比较低时(对比例6～7)，涂层耐盐雾性能明显降低，说明硅酸钾与Zn粉反应生成硅酸锌才是涂层防腐性能的主要来源。
2、对比例8当硅酸钾模数偏高时，涂层表干、实干时间短，但涂层耐冲击性、附着力发生下降，而对比例9当硅酸钾模数偏低时，涂层表干、实干时间又发生延长。
3、对比例10～11，说明Zn粉含量偏低或偏高，既影响涂层质量，更对涂层防腐性能有不利影响，对比例12说明乳化沥青pH＝6，呈酸性，在碱性硅酸钾溶液中容易发生破乳，不能用来制备水性富锌涂料。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。