本发明涉及水性环保防腐材料技术领域，具体说是一种水性无机富锌防腐涂料及其制备方法。
背景技术：
以钢结构材料为代表的金属结构材料由于自身质量轻、延性好、抗震、抗弯等特点，已成为大空间建筑最主要的结构形式，也还成为石油化工输油管道、储罐运输等最主要的结构形式。
但是，在户外气候、日昼温差、作用下，金属结构材料的力学性能会迅速降低，随着钢结构建筑物的迅速发展，钢结构防腐保护技术问题更加突出，所以必须对钢结构进行表面防腐防锈保护，以防止五金构件的机械性能，如屈服点，抗拉及弹性模量等下降。
在国民经济中，腐蚀造成了大量的资源和能源浪费，全世界每年因腐蚀造成的经济损失为火灾、风灾和地震造成损失的总和。研究表明：采用正确的防护措施，可以使腐蚀损失减少25～40％。我国2015年因腐蚀造成的损失高达3万亿元人民币，按此测算，若采取正确的防护措施，我国每年至少可减少7500～12000亿人民币的腐蚀损失。防腐蚀技术有很多，目前为止，采用涂料依然是最经济、最常用、最有效的防腐蚀保护手段。防腐涂料作为最有效、最经济、应用最普遍的防腐方法，受到了国内外广泛关注和重视。
随着建筑、交通、石化、电力等行业的发展，防腐涂料的市场需求规模已超越建筑涂料而位居第一位，这些领域又对防腐涂料的品种和性能、配套和施工提出了更高、更新的要求，进而推动了传统溶剂型品种的改进提高和高性能品种的开发和应用。
传统溶剂型涂料，含有大量挥发性有机化合物vocs，vocs是挥发性有机化合物，对人体健康有巨大影响，同时，voc还是形成pm2.5的重要来源，是形成雾霾的主要原因，并且易燃易爆，浪费石油资源。
现有的钢结构防腐涂料主要采用溶剂型（醇溶型）无机富锌涂料，如公布号为cn103146234a的中国发明专利申请公开了一种溶剂型无机富锌防锈防滑涂料，由甲、乙、丙三组分组成，该产品vocs很高，施工和清洗也会用到大量稀释剂，不环保，不健康，也不安全，在涂料的生产，运输以及施工过程中均有较大的安全隐患。
当前，世界各国制定的环保法规都对涂料中挥发性有机物（vocs）有严格限制，控制vocs的排放和污染的产生，已成为世界性的环保课题，也是我国发展循环经济的必然要求。而水性涂料以其节能环保、健康安全、不燃不爆、挥发性有机物极少等优点，越来越受到消费者喜爱。研发出真正水性环保，vocs含量极低，无毒无味，储存、运输及施工过程安全无污染，是亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明实施例要解决的技术问题在于，提供一种水性无机富锌防腐涂料，安全环保，无vocs，能在被涂覆基材表面形成有效防护，且装饰性强、能耗低、使用寿命长。
本发明实施例进一步所要解决的技术问题在于，提供一种水性无机富锌防腐涂料的制备方法，其工艺简单，易于实施，以便能高效、节能地制备出安全环保，无vocs，能在被涂覆基材表面形成有效防护，且装饰性强、能耗低、使用寿命长的水性无机富锌防腐涂料。
为解决上述技术问题，本发明实施例采用的技术方案是：提供一种水性无机富锌防腐涂料，由预先制备好的组分a与组分b以1：2～4的质量比混匀制成，其中：
所述组分a为水性碱金属硅酸盐溶液，组分a以质量百分比计包括：水性硅酸钠15%～25％、水性硅酸钾15%～25％、水性硅酸锂15%～25％、水性纳米硅溶胶15%～25％及去离子水15%～25％；
组分b为干粉混合物，组分b以质量百分比计包括：锌粉85~90％、石英砂粉6~10％及填料3~5％。
进一步地，所述水性硅酸钠溶液是模数为2.4～3.2，浓度为25%～36％的水性硅酸钠溶液。
进一步地，所述水性硅酸钾溶液是模数为2.4～4.8，浓度为25%～30％的水性硅酸钾溶液。
进一步地，所述水性硅酸锂是模数为2.4～3.6，浓度为20％～25％的水性硅酸锂溶液。
进一步地，所述水性纳米硅溶胶为水性碱性钠型硅溶胶，比重为1.15～1.21，ph为8.5～10.0，二氧化硅含量为25%～30％，na2o质量百分比含量小于0.3％，硅溶胶粒子粒径范围为10～20nm。
进一步地，所述去离子水为去除杂质的自来水。
进一步地，所述锌粉为金属锌质量百分比含量大于95％，细度为325目～625目的球形锌粉；所述石英砂粉为粒径80～120微米的金刚砂、石英砂和刚玉粉三者中的至少一种；所述填料为硅微粉、高岭土和硅灰石粉三者中的至少一种。
另一方面，本发明还提供一种水性无机富锌防腐涂料的制备方法，包含以下步骤：
分别制备组分a和组分b；
将组分a与组分b以预定的质量比混匀制成水性无机富锌防腐涂料；
其中，所述组分a的制备过程如下：按照组分a的各成分的质量百分比，把水性硅酸钠、水性硅酸钾、水性硅酸锂依次滴加到有加热水套的反应釜中，在400～600rpm的转速下持续搅拌并加热到温度50℃～70℃，将水性纳米硅溶胶溶液与去离子水混合并搅拌均匀，然后将其缓慢滴加至反应釜，滴加完毕后将搅拌机转速提高到800～1000rpm，直到搅拌轴周围形成漩涡，保持温度在50℃～70℃，直到溶液完全透明，然后降温冷却到常温，用90～100目的滤网过滤后出料，即得水性无机富锌防腐涂料的组分a。
进一步地，所述组分b的制备过程如下：按照组分b各成分的质量百分比含量依次将锌粉、石英砂粉及填料加入干粉搅拌器中，在300～500rpm的转速下搅拌分散20～30min，即得到干粉混合物。
进一步地，所述组分a和组分b进行混合时，将组分b逐渐加入搅拌中的组分a里，边搅边加添加，避免粉体结块沉底，直到两者混合均匀，然后，用40～80目滤网过滤后，即得到水性无机富锌防腐涂料。
采用上述技术方案，本发明实施例至少具有以下有益效果：
1.本发明采用组分a和组分b的二组分体系，在使用时将组分b（干粉混合物）加到组分a（水性碱金属硅酸盐溶液）中，搅匀后用滤网过滤后即可喷涂施工。本发明产品本身不含任何有机物，vocs为零，且生产工艺简单方便，不需加压等复杂工艺，环保节能，使用安全。
2.本发明采用了水性碱金属硅酸盐与水性纳米硅溶胶反应生成的溶胶，里面含有大量的活性硅酸，可以与钢结构表面的铁以及涂料里的锌粉发生化学反应，最后形成硅酸锌铁结构，充分发挥了配方中的活性硅酸和锌粉与钢材表面的活性铁反应，产生化学键结合，使涂层与基材的附着力相当优异，最终漆膜对基材的附着力可达15mpa以上。
3.本发明水性无机富锌防腐涂料的漆膜锌粉含量高，阴极保护作用优异。锌的电位比铁低，可以作为牺牲阳极保护铁不被腐蚀，在涂料中添加金刚砂粒料，能够增加涂膜表面粗糙度，增加防滑抗移效果。
4.本发明水性无机富锌防腐涂料的配方中含有大量的活性硅酸，硅酸盐结构使漆膜耐温性极佳，漆膜长期耐温450℃，短时耐温1200℃。
5.本发明水性无机富锌防腐涂料可广泛应用于金属钢构、石油化工、矿山电力、机车船舶、路桥隧道、工程机械等领域范围的钢结构材质，对基材形成具有封闭性强、防腐蚀、耐磨刮、耐酸碱、抗冲击的有效保护的同时，对钢结构基材具有极佳的附着力，漆膜阴极保护作用强，抗滑移系数满足钢结构的要求，对发展环保产业、节约能源、保护环境、实现污染物的低排放，促进人与自然和谐发展等循环经济要求，具有重要意义。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，以下的示意性实施例及说明仅用来解释本发明，并不作为对本发明的限定，而且，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
本发明实施例提供一种水性无机富锌防腐涂料，通过制备好的组分a与组分b以1：2～4的质量比混合而制成，优选地，组分a与组分b的质量比为1：3。对于组分a与组分b的具体成分及配方分别描述如下。
所述组分a为水性碱金属硅酸盐溶液，其以质量百分比计包含以下成分：
水性硅酸钠15%～25％；
水性硅酸钾15%～25％；
水性硅酸锂15%～25％；
水性纳米硅溶胶15%～25％；及
去离子水15%～25％；
所述组分b为干粉混合物，其以质量百分比计包含以下成分：
锌粉85-90％；
石英砂粉6-10％；及
填料3-5％。
在具体实施时，所述水性硅酸钠溶液为模数为2.4～3.2，浓度为25%～36％的水性硅酸钠溶液，进一步的，优先选用模数3.2，浓度30％的水性硅酸钠溶液。该水性硅酸钠耐腐蚀性强，耐高温性好，协同其他组分可实现产品标准状态下，涂层持续抗高温能力达到400℃，瞬间抗热达到1200℃。
在一个实施例中，所述水性硅酸钾溶液为模数为2.4～4.8，浓度为25%～30％的水性硅酸钾溶液。而在另一个实施例中，所述水性硅酸锂为模数为2.4～3.6，浓度为20％～25％的水性硅酸锂溶液。
在一个实施例中，所述水性纳米硅溶胶优先采用水性碱性钠型硅溶胶，其比重为1.15～1.21，ph为8.5～10.0，二氧化硅含量为25%～30％，na2o质量百分比含量小于0.3％，硅溶胶粒子粒径范围为10～20nm。该水性纳米硅溶胶里的纳米活性硅酸可与钢结构基材上的铁与锌粉发生化学反应，提高涂层与基材的附着力，以及涂层的硬度。尤其是其细小粒径的高渗透性，可进入钢构基材的细微空隙，尤其在被涂覆后能与基材形成一体，形成一层特有的陶瓷状釉质封闭效果，一旦成膜就不会被溶解，协同其他组分，能有效提高涂膜对基材的附着力、耐温性、硬度、封闭性、防腐蚀、耐磨刮、耐酸碱、抗冲击，耐化学品性。
在一个实施例中，所述去离子水可以为去除杂质的自来水。
在具体实施时，所述组分a（水性碱金属硅酸盐溶液）可参考采用以下几个配方，表中的百分比均为质量百分比：
需要先按照以上组分a的各配方需预先配制好组分a（水性碱金属硅酸盐溶液）备用。
在一个实施例中，所述组分b的成分锌粉为金属锌质量百分比含量大于95％，细度为325目～625目的球形锌粉，该锌粉协同其组分a的水性碱金属硅酸盐溶液，能与钢材表面的活性铁反应，产生化学键结合，使涂层与基材的附着力相当优异；锌的电位比铁低，可以作为牺牲阳极保护铁不被腐蚀活性硅酸与锌粉和钢材表面的活性铁反应，产生化学键结合，使涂层与基材的附着力相当优异；锌的电位比铁低，可以作为牺牲阳极保护铁不被腐蚀。
在一个实施例中，所述石英砂粉为粒径80～120微米的金刚砂，石英砂，刚玉粉的一种或其组合。该石英砂粉具有极佳的耐高温性，尤其协同其他组分，不仅能够在钢结构形成具有优异的装饰性能和防腐性能的防护层，尤其能够在异型钢结构比如高强螺栓连接面，使漆膜表面粗糙度加大，阻碍并抵挡上下涂层之间的滑动，抗滑移系数也能满足标准要求。
在一个实施例中，所述填料为硅微粉，高岭土，硅灰石粉中的一种或其组合。
具体实施时，所述组分b（干粉混合物）可参考采用以下几个配方，表中的百分比均为质量百分比：
组分b也是需要相应的配方预先配制好备用。
另一方面，为更好地获得上述水性无机富锌防腐涂料，本发明还提供一种上述水性无机富锌防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
分别制备组分a和组分b；
将组分a与组分b以预定的质量比混匀制成水性无机富锌防腐涂料。
其中，所述组分a的制备过程如下：按照组分a的各成分的质量百分比，把水性硅酸钠、水性硅酸钾、水性硅酸锂依次滴加到有加热水套的反应釜中，在400～600rpm的转速下持续搅拌加热到温度50℃～70℃，将水性硅溶胶溶液与去离子水混合并搅拌均匀，然后将其缓慢滴加于反应釜，滴加完毕后将搅拌机转速提高到800～1000rpm，直到搅拌轴周围形成漩涡，保持温度在50℃～70℃，直到溶液完全透明，然后降温冷却到常温，用90~100目的滤网过滤后出料，即得水性无机富锌防腐涂料的组分a（水性碱金属硅酸盐溶液）。
在一个可选实施例中，所述组分b的制备过程如下：按照组分b各成分的质量百分比含量依次将锌粉、石英砂粉、填料加入干粉搅拌器中，在300～500rpm的转速下搅拌分散20～30min，即得到干粉混合物。
在实际使用过程中，将所述组分a和组分b进行混合时，是将组分b（干粉混合物）逐渐加入搅拌中的组分a（水性碱金属硅酸盐溶液）里，边搅边加添加，避免粉体结块沉底，直到两者混合均匀，然后，用40-80目滤网过滤后，即得到水性无机富锌防腐涂料。一般地，是在施工现场才进行所述混合步骤，以便混合好后即马上进行喷涂作业。在不同的工作环境或技术要求时，组分a和组分b的质量比可以是1：2、1：3或1：4等不同的比值，均可达到良好的防腐效果。
本发明的水性无机富锌防腐涂料具有以下有益效果：
1.绿色环保，产品标准状态下，vocs含量为0，远低于hj2537-2014《环境标志产品技术要求水性涂料》要求的80g/l，无毒无味，储存、运输及施工过程安全无污染，属于真正意义上的环保涂料产品。符合国家绿色建筑要求。
2.防腐性能突出，产品标准状态下，防腐性能突出，涂层使用寿命可达到iso12944标准的要求：c3～c4腐蚀环境条件下，涂层使用寿命达到设计寿命的要求的最大的环保化。钢铁构件防腐蚀性规范对保证建筑物内人的生命安全和财产安全是极为重要的，产品标准状态下，符合gb50300-2013《建筑工程施工质量验收统一标准》、gb50212－2014《建筑防腐蚀工程施工规范》、gb50224－2010《建筑防腐蚀工程施工质量验收规范》、jg/t224-2007《建筑用钢结构防腐涂料》、jt/t695-2007《混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术条件》、gb50204-2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》、db11/t1315-2015《绿色建筑工程验收规范》等标准；
3.抗滑移系数优异，初始抗滑移系数大于0.55，半年后的抗滑移系数大于0.45，符合tb/t1527-2001《铁路钢桥保护涂装及涂料供货技术条件》标准，以及jt/t722-2008《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》标准；
4.耐高温性能显著，本发明产品配方中含有大量的活性硅酸，可以与钢结构表面的铁和锌粉发生化学反应，漆膜附着力高，漆膜长期耐温450℃，短时耐温1200℃。
5.施工性好，本发明产品具有在有尖锐边缘高收缩性的特性，使用过程中无挥发物，可广泛适用于高强钢构连接面的防腐，不仅具有很高的抗滑移系数，而且耐腐蚀性强，对于钢构件表面的切割、电焊缝等尖锐边缘圆角部位、点寒风、铆钉接缝、跳焊部位等表面施工时，不仅生产效率高，涂层附着力好，还能有效控制膜厚，是节能环保的好办法，可以实现在各种形状材质表面以滚涂、淋涂、喷涂、刮涂、刷涂、浸涂的施工。
6.抗沾污性好，产品标准状态下，涂膜的抗沾污、抗化学品性好，膜层具有独特的致密度，保证了良好的耐化学品性。有效实现对被涂覆材质形成具有封闭性强、防腐蚀、耐磨刮、耐酸碱、抗冲击，阻燃防火的有效保护等性能都能胜出一筹，尤其可抵抗空气中的污染，如：酸雨、烟雾、粉尘、海边的盐碱等物质侵蚀。
7.防止基材变形，本发明产品标准状态下，能有效防止基材变形和破裂。在户外自然环境中，五金钢构制品要受到紫外线、可见光、氧气和化学物质和微生物的侵蚀，由于昼夜的温差变化，户外基材会发生热胀冷缩等形变，本发明产品具有保持基材尺寸及外形稳定性和耐久性的特点，本发明产品形成的涂料膜层对基材有相当程度的保护性，可以有效延长基材的使用寿命，并且能长久的保持。
8.本发明的水性无机富锌防腐涂料，以水为基质，水资源丰富，尤其制备方法工艺简单，能耗低，包装、贮存和运输方便，从而降低产业化成本，而且制造过程中无废水，废气，废渣产生，安全环保，利于工业化生产。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。