富含微胶囊结构改性锌粉的水性环氧富锌涂料及其制备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种双组份水性环氧富锌底漆，尤其是涉及一种聚硅烷改性锌粉，及 利用制备的富含微胶囊结构改性锌粉的水性环氧富锌涂料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 由于锌属于活泼金属，易与水发生析氢反应，所以目前市面水性环氧富锌底漆均 采用锌粉与含水组分分开储存的方法，广泛采用锌粉在另一不含水组份中单独包装的形 式，这主要包括以下三种解决途径：
[0003] 1.采用三组分包装，即由水性环氧树脂乳液和亲水性的固化剂为基料，以锌粉为 填料，三组份分别独立包装。这种途径避免了锌粉与含水组份在储存过程中的接触，仅在施 工过程中短暂接触，水分挥发后锌粉发挥防腐蚀作用。该解决方案有效避免了锌粉与水的 反应，但存在施工不方便，现场锌粉分散不充分等问题，锌粉的分散粒径难以达到在涂料生 产过程中采用大功率高速分散机分散的均匀效果。
[0004] 2.采用两组份包装，将锌粉加在聚酰胺体系中作为主剂，环氧乳液单独包装作为 固化剂，聚酰胺体系不含水而含有极性有机溶剂，锌粉可长时间稳定存在，与环氧乳液混合 后形成富含极性亲水溶剂的有机混合物，可以用水稀释，并有效解决了锌粉与水长时间接 触的问题。
[0005] 3.采用两组份包装，锌粉加在可以自乳化的改性环氧树脂体系中作为主剂，该主 剂不含水但含有极性有机溶剂稀释，以水性聚酰胺作为固化剂，两者混合后形成亲水的混 合物，加水稀释。
[0006] 综上，方案1中解决方案存在现场锌粉分散不充分的弊端，而第2、3种解决方案由 于采用较大比例的亲水极性有机溶剂，因而其挥发性有机物含量（VOC)仍然较高。另外，第 3种解决方案中由于改性的环氧树脂分子结构中含有大量的极性改性基团，因而其成膜物 体系的防腐蚀性能尤其是耐水性能较差。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的问题是具有明显斥水效应、能够稳定存在于水中的聚硅烷改性锌 粉。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种聚硅烷改性锌粉，其特征在 于：所述聚硅烷改性锌粉为将聚硅烷对锌粉进行喷雾包覆形成的具有微囊结构的改性锌 粉。
[0009] 优选的，所述聚硅烷的用量占聚硅烷改性锌粉质量的0. 5% -1%。
[0010] 所述聚硅烷改性锌粉，是将可水解的多官能团聚硅烷与有机溶剂混合，在旋转炉 中喷雾改性锌粉，真空状态下脱去有机溶剂，即得聚硅烷改性锌粉。该锌粉被聚硅烷以均匀 完整的状态包覆，形成具有微胶囊结构的改性锌粉，其外侧链具有很低的表面能，在水性体 系中有明显的斥水效应，可形成严密的防水层，使之稳定存在于水中。
[0011] 优选的，所述有机溶剂为异丙醇；其中，聚硅烷与异丙醇以1 :1〇〇〇比例混合。
[0012] 进一步，所述锌粉的全锌含量多99%，其中金属锌含量多96%，平均粒度6-9微 米，吸油量5-7g/100g。
[0013] 该聚硅烷改性锌粉采用多官能团可水解的聚硅烷为处理剂，其多官能团可与锌粉 表面的分子作用形成共价键，形成获得良好的界面结合，聚硅烷逐渐被吸附在锌粉粒子表 面，在真空状态下排除溶剂后形成包膜，形成聚硅烷微胶囊结构，使该聚硅烷处理剂的一端 与锌粉呈均匀完整的包覆状态。同时，其外侧链具有很低的表面能，在水性体系中的亲水性 大大下降，具有明显的斥水效应，可形成严密的防水层，使之稳定存在于水中。采用该处理 剂改性的锌粉组分可明显改善锌粉在该水性体系中的稳定性。
[0014] 本发明的另一目的在于提供一种利用上述聚硅烷改性锌粉制备的富含微胶囊结 构改性锌粉的水性环氧富锌涂料，其特征在于：由包括如下质量百分比的组分制成：
[0015] 主剂：
[0016] 环氧乳液 10-30% 聚硅烷改性锌粉 40-60% 去离子水 3-10% 主剂助剂 3-6%
[0017] 固化剂：
[0018] 环氧树脂胺加成物一 8-15%
[0019] 环氧树脂胺加成物一 2-5%
[0020] 去离子水 2-6%
[0021] 其中：
[0022] 优选的，所述环氧乳液为一种基于固体双酚A型环氧树脂的非离子型水性分散 液，其固体含量54-56%，环氧当量450-550g/eq，粘度7000-17000cp。这种树脂制成的水性 涂料具有传统环氧树脂涂料所具有的优异性能，且VOC较低，与很多水稀释型胺固化剂有 很好的相容性。另外，这种环氧树脂分散溶液还具有快干及与颜填料相容性好的优点。
[0023] 对于聚硅烷改性锌粉，在钢铁涂料中，锌粉是一种具有很好防锈性能的活性颜料， 其电极电位是-〇. 7628V，而铁的电极电位是-0. 409V，当水分侵入涂膜后，锌粉与钢铁组成 微电池，由于锌的电极电位比铁低，腐蚀电流由从锌流向铁，钢铁受到阴极保护，同时锌粉 被腐蚀而产生的锌盐可填充涂膜的孔隙，封闭涂层的损伤部位，保护下层的锌粒，延缓其腐 蚀，进而保护钢铁表面。锌粉含量的增加虽可改善漆膜的耐盐水性和耐盐雾性，但是漆膜的 附着力及其他物理机械性能会逐渐下降，当达到某一临界点时，树脂不足以包覆所有的锌 粉，不能形成连续致密的涂膜，导致漆膜的各项性能发生变化。
[0024] 而本发明中的聚硅烷改性锌粉能将锌粉稳定存在于体系中，对于该水性环氧富锌 底漆的储存稳定性等综合性能起决定性作用。采用该聚硅烷处理剂改性的锌粉组分可明显 改善锌粉在该水性体系中的稳定性，同时可明显改善锌粉在环氧乳液中的分散性能，进而 在改善漆膜耐水性及耐冲击性等综合性能。
[0025] 同时，聚硅烷处理剂与锌粉的比例关系也对该水性环氧富锌底漆的综合性能产 生影响。发明人经过大量的试验发现，当以重量分数计，在10-30%环氧乳液条件下，加入 40-60%的聚硅烷改性锌粉，且聚硅烷占聚硅烷改性锌粉的重量比为0. 5-1. 0%时，该体系 的综合性能可达到最佳。
[0026] 所述主剂助剂为防沉剂、成膜助剂中的一种或多种。
[0027] 进一步，所述防沉剂为膨润土和亲水性气相法二氧化硅，两者质量比为 1:1-1:1. 5〇
[0028] 优选的，所述防沉剂为改性蒙脱石和亲水性气相法二氧化硅。更优选的，所述亲水 性气相法二氧化硅的比表面及为200m 2/g。
[0029] 防沉剂可防止锌粉在储存过程中发生硬沉淀，进而影响施工性能。加入改性蒙脱 石粉后，通过其薄片边缘的氢键相互连接而形成网状结构，使体系的黏度增大，减缓锌粉的 沉降速度。该改性蒙脱石粉用量过小，不能有效阻止锌粉沉降；若其用量过大，则会造成水 性环氧富锌底漆的触变性太强，影响施工。所以通过加入适量的亲水性气相510 2来解决这 一问题，因为气相SiO2的分子结构中含有多个氢键，在涂料体系中极易形成三维的网状结 构，这样不仅可以有效减缓锌粉沉降，并且为涂料提供了良好的流平性与抗流挂性。
[0030] 进一步，所述成膜助剂为丙二醇苯醚，是一种无色透明液体，不溶于水，闪点 115°C，沸点242. 7°C，溶剂能力强，可以有效地聚结乳液粒子。
[0031] 所述环氧树脂胺加成物一的粘度在25°C下为10000-15000mPa. s，固体含量 多60%，活泼氢当量为284 ;具有优异的耐腐蚀性和抗湿性。
[0032] 所述环氧树脂胺加成物二的粘度在25°C下为10000-20000mPa. s，固体含量 多60%，活泼氢当量为225 ;具有反应速度快的性能。
[0033] 环氧树脂胺加成物固化剂对漆膜的耐腐蚀性有很大影响。通过对固化剂进行改 性，引入亲水性的柔性链段，从而使其能稳定地分散在水中，再通过扩链反应，引入环氧树 脂分子链段，以提高固化剂与环氧树脂的相容性，使固化剂具有自乳化的功能。同时本发明 固化剂含有稳定的苯环，可赋予漆膜优良的耐腐蚀性及耐水性。环氧树脂胺加成物一为一 种耐腐蚀性和抗湿性优异的固化剂，环氧树脂胺加成物二为一种活泼氢当量较低，反应速 度较快的固化剂，二者优势互补，赋予该水性环氧富锌涂料既具有较宽范围的温度适应性， 又具有优异的防腐蚀性能。
[0034] 此外，本发明还提供给了一种制备所述的水性环氧富锌涂料的方法，包括如下步 骤：
[0035] (1)将环氧乳液、去离子水、主剂助剂按比例预混，在搅拌状态下加入聚硅烷改性 锌粉于上述混合物中；
[0036] (2)在不低于1500rpm的转速下，高速分散混合物30min以上，至细度不高于40微 米，得主剂；
[0037] (3)将环氧树脂胺加成物一与环氧树脂胺加成物二按比例混合均匀，用去离子水 稀释得固化剂；
[0038] (4)按比例混合主剂与固化剂，得到水性环氧富锌涂料。
[0039] 本发明具有的优点和积极效果是：1、发明人通过大量实验，引入了合适的聚硅烷 锌粉处理液，并确定了合适的配比及喷雾改性工艺改性锌粉，形成斥水效应的具有微胶囊 结构的改性锌粉，形成严密的防水层，实现了锌粉在水性体系中的长时间稳定存在。
[0040] 2、本发明的水性环氧富锌涂料中，聚硅烷改性锌粉、环氧乳液、去离子水、主剂助 剂、环氧树脂胺加成物一和环氧树脂胺加成物二比例科学合理，通过本发明制备得到的水 性环氧富锌涂料可在室温状态下稳定存在6个月以上，其VOC含量低于200g/l，既具有良好 的低温固化性能又具有很好的防腐蚀性能。解决了目前市面上水性环氧富锌涂料由于锌粉 必须储存于富含极性溶剂的体系中所导致的普遍VOC含量较高，以及由于体系中含有大量 亲水改性基团所导致的该水性环氧富锌涂料漆膜耐水性和防腐性能差的弊端，具有良好的 市场前景。
[0041 ] 3、本发明制备得到的一种富含微胶囊结构改性锌粉的水性环氧富锌涂料形成的 涂膜还具有其他如效果实验例所示的良好性能。
【具体实施方式】
[0042] 下面实施例对本发明做进一步具体说明。
[0043] 下述实施例1-5中，所用原料的来源及相关信息如下：
[0044] 聚硅烷：选购自道康宁公司（Dow Corning)Z_6172Silane〇
[