專利名稱：環(huán)保型無機耐蝕耐磨復合涂料及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及用于鋼鐵結(jié)構(gòu)件防腐使用的一種水性雙組份無機涂料及其制備方法。
背景技術(shù)：
在防止和延緩鋼鐵銹蝕的諸多措施中，最便利最經(jīng)濟最有效的方法就是采用表面涂層保護。無機富鋅涂料是以無機聚合物(如硅酸鹽、磷酸鹽、重鉻酸鹽等)為成膜基液 (粘合劑)，鋅粉為顏料的重防腐涂料。富鋅涂料施涂于鋼鐵表面形成富鋅涂層后，主要的防腐機理是犧牲陽極保護(鋅的電化學活性(標準電極電位-O. 763V)較鐵(-0.449V)活潑，鋅為陽極失去電子而犧牲，鐵為陰極得到電子而被保護)和物理屏蔽作用來阻止鋼鐵的腐蝕。富鋅涂料常常是作為底漆，涂覆于經(jīng)過處理的鋼鐵表面，成膜后其上再涂覆一層面漆以阻止介質(zhì)滲入以達到更好的重防腐效果。我國上世紀80年代中期開始水性無機硅酸鋅涂料的研究和應用，90年代以來我國在水性無機硅酸鋅涂料的研究開發(fā)和生產(chǎn)上取得了顯著的進步，研究開發(fā)了不同種類的水性無機硅酸鋅涂料，并成功用于徐浦大橋主橋鋼梁主體結(jié)構(gòu)等超大型工程的防腐處理。其中中國專利CN1254736A號公開的一種防腐涂料主要成分是硅酸鉀、硅酸鋰、SiO2XaSiO3以及Zn粉。該涂料在基液的制備過程中，為了提高模數(shù)要向硅酸鉀基液中加入硅酸鋰和粒徑在I. 5-120 μ m的沉淀SiO2顆粒，由于加入固體的 SiO2顆粒，基液的均勻性趨于不穩(wěn)定，加入硅酸鋰則增加涂料的成本。中國專利CN1182105 號公開的一種水性無機雙組分富鋅涂料是采用含鋰、鈉、鉀離子的混合型硅溶膠進行攪拌， 并在攬祥形成的游潤穩(wěn)定時加入一定量的娃酸裡，以提聞基液的pH值和提聞基液的穩(wěn)定性。中國專利CN1182105號公開的高摩爾比硅酸鉀粘合劑的合成方法及水性防腐涂料組合物中，則向硅酸鉀基液中加入了 O. 5-3%的有機高分子乳液以改善基液粘度和厚涂性。前兩個專利都含有成本較高的硅酸鋰，而后者則含有有害環(huán)境的有機組分。此外，目前市場上的同類無機富鋅底漆防腐涂層存在著柔韌性差、耐水性差、耐擦傷性能差等問題；與之配套的有機面漆則引起環(huán)境污染、耐候性差。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的在于(I)提供一種工藝簡單、成本低廉的硅酸鉀基液。該基液的制備工藝步驟和數(shù)值選擇是經(jīng)過數(shù)年大量實驗得出的，工藝的可靠性和重現(xiàn)性好。與現(xiàn)有基液制備技術(shù)相比，其特點表現(xiàn)在基液的制備過程中硅酸鉀基液直接由硅溶膠中的SiO2與KOH直接反應，無需加入任何催化劑或SiO2顆粒，制備步驟簡單，基液的穩(wěn)定性好，貯藏期可長達5年之久而不沉淀或發(fā)生凝膠，較目前6個月的貯藏期期限大大提高；而且由于粘結(jié)基液中不含硅酸鋰，因此成本低；(2)提供一種水性雙組份無機富鋅防腐底漆和無機富鋁面漆，克服了現(xiàn)有配套的有機面漆引起的環(huán)境污染和耐候性差的問題；(3) 通過ZnO顆粒和聚乙烯-醋酸乙烯酯固體可分散聚合物、Al2O3顆粒的加入改散了涂層的柔韌性、耐水性和抗擦傷性。該涂料以水為溶劑和稀釋劑，零V0C、無污染、阻燃，符合環(huán)保的規(guī)定；制成的涂料基液穩(wěn)定性好，可室溫噴涂或刷涂，干燥迅速，大大縮短施工周期；耐蝕性、耐揮發(fā)性油和耐有機溶劑性能優(yōu)異；不受切割、焊接損傷，施工時無可燃揮發(fā)物的危害；連續(xù)耐溫溫度為400°C，瞬時耐溫溫度可達800°C，耐熱性優(yōu)異；電阻率低，可防靜電；抗輻射、 耐紫外線、耐鹽霧，抗老化性能好，具有長效的防銹、防腐效果；具有一定的防污性。因此，本發(fā)明提供一種水性無機雙組分涂料的制備方法，該涂料通過將制備好的組分A與組分B以I : 2-4的重量比混合而制成，其中組分A為粘結(jié)基液，組分B為顏料， 其特征為所述組分A的制備過程包括下述步驟I)在2-4mol/L的KOH溶液中緩慢加入硅溶膠，加入溫度控制在60_85°C，攪拌速度200-400轉(zhuǎn)/分，2)硅溶膠滴加完畢后，降低溫度至40°C左右，緩慢加入溶液總重量比為1-10%的硅烷偶聯(lián)劑CH3Si(OCH3)3,3)硅烷偶聯(lián)劑加完后，繼續(xù)常溫攪拌1-2小時，使溶液充分均勻，4)添加與基液相同重量的去尚子水，使基液的無機固含量重量百分比為 18-22%,5)所制備基液的模數(shù)在4. 7-5. 2，pH值在10_11。在上述基液的基礎上可加入溶液總重量比為1-10%的苯丙乳液。上述制備的基液無需加入SiO2和硅酸鋰即可獲得模數(shù)> 4. 7的高模數(shù)基液。依此基液為粘結(jié)劑，制備如下不同組分及性能的涂料I. 一種水性雙組分無機硅酸鋅涂料，其組分A與組分B的重量比為I : 2-4，其特征為組分B為Zn粉，Zn粉中金屬Zn質(zhì)量含量> 95% ；Zn粉平均粒徑為1_4μ m ;組分A 為按照權(quán)利要求I或2所述方法制備的粘結(jié)基液。制備的涂層具有優(yōu)異的耐蝕性。見附圖
Ia02. 一種水性雙組分無機硅酸鋅涂料，其組分A與組分B的重量比為I : 2-4，其特征為組分B由Zn粉、ZnO粉和聚乙烯-醋酸乙烯酯可再分散聚合物(也稱為可溶性乳膠)組成，其中Zn粉質(zhì)量含量為90-95%，ZnO粉質(zhì)量含量為1_5%，可溶性乳膠質(zhì)量含量為1-5% ;組分A為按照權(quán)利要求I或2所述方法制備的粘結(jié)基液。制備的涂層具有良好的柔韌性和耐水性。3. 一種水性雙組分無機硅酸鋅涂料，其組分A與組分B的重量比為I : 2-4，其特征為組分B由Zn粉和Al2O3粉組成，其中Zn粉質(zhì)量含量為90-98% ；A1203粉質(zhì)量含量為 2-10%, Zn粉、Al2O3粉的平均粒徑為1-4 μ m ;組分A為按照權(quán)利要求I或2所述方法制備的粘結(jié)基液。制備的涂層具有良好的耐磨性。見附圖lb。4. 一種水性雙組分無機硅酸鋅涂料，其組分A與組分B的重量比為I : 2-4，其特征為組分B為片狀Al，其中片狀Al中金屬Al質(zhì)量含量> 95% ;片狀Al平均厚度為 1-4 μ m ;組分A為按照權(quán)利要求I或2所述方法制備的粘結(jié)基液。制備的涂層具有良好的耐腐蝕性和環(huán)保性，見附圖2。雖然現(xiàn)有技術(shù)公開了制備高模數(shù)硅酸鉀基液，也公開了方法為加入硅溶膠、硅烷偶聯(lián)劑、苯丙乳液的制備方法，但其中具體的成分含量的選擇，尤其是幾種成分含量的組合是現(xiàn)有技術(shù)中沒有明確的，本發(fā)明所提供的成分含量是經(jīng)過大量試驗所得出，并且通過實驗室和實際應用表明效果很好。例如貴州某公司一室外管道，工作溫度100-200°C，原用涂料腐蝕剝落嚴重。2006年10月改用本發(fā)明涂料I于該管道外表面，現(xiàn)已5年之久其耐蝕性和耐熱性都滿足了使用要求。2008年涂料I應用于冷卻水循環(huán)管路，其耐蝕性也大大優(yōu)于其原用耐腐蝕油漆。


(正文內(nèi)容)圖I涂層的表面形貌(a Zn涂層；b Ζη+Α1203復合涂層)圖2無機硅酸鋅底漆和片層無機硅酸鋁面漆(涂層截面形貌)具體實施方式
(正文內(nèi)容)實例一I.以制備500ml、模數(shù)為4. 8的組分A基液(硅酸鉀基液)為例制備基液原料4mol/L的KOH溶液；固含量30%的硅溶膠；硅烷偶聯(lián)劑；去離子水。制備取200ml濃度為4mol/L的KOH溶液倒入量杯中，將300g硅溶膠緩慢加入到 KOH溶液中，加入溫度控制在65°C，攪拌速度400轉(zhuǎn)/min。硅溶膠滴加完畢后，降低溫度至 40°C左右，緩慢加入Iwt. %溶液重量硅烷偶聯(lián)劑。硅烷偶聯(lián)劑加完后，繼續(xù)常溫攪拌1-2小時，使溶液充分均勻。添加500ml的去離子水，使無機物固含量為20%左右。所制備基液的模數(shù)在4. 8，pH值在11。此為組分A。2.制備一種水性雙組分無機硅酸鋅涂料組分B為Zn粉，金屬Zn含量> 95%；Zn 粉平均粒徑約為1-4 μ m。組分A與組分B的重量比為I : 2. 5。將組分B加入到組分A中攪拌均勻后即可施涂。Zn粉粒度越細，耐蝕性越好，但成本增加。實例二I.以制備500ml、模數(shù)為5的A基液(含苯丙的硅酸鉀基液)為例制備基液原料3mol/L的KOH溶液；固含量28%的硅溶膠；硅烷偶聯(lián)劑；去離子水；苯丙乳液。制備取200ml濃度為3mol/L的KOH溶液倒入量杯中，將300g硅溶膠緩慢加入到 KOH溶液中，加入溫度控制在80°C，攪拌速度300轉(zhuǎn)/min。硅溶膠滴加完畢后，降低溫度至 40°C左右，緩慢加入3wt. %總?cè)芤褐亓康墓柰榕悸?lián)劑。硅烷偶聯(lián)劑加完后，繼續(xù)常溫攪拌 1-2小時，使溶液充分均勻。添加500ml的去離子水，使固含量為20%左右。加入2wt. %溶液重量的苯丙溶液。所制備基液的模數(shù)在5. 0，pH值在10. 5。2.制備一種水性雙組分無機硅酸鋁涂料將組分B加入到組分A中，組分B為片狀Al，金屬Al含量彡95% ;A1片平均厚度為3 μ m.。組分A與組分B的重量比為I : 3。 此涂料作為面漆涂覆在無機硅酸鋅底漆上，片狀鋁可以屏蔽腐蝕介質(zhì)的滲入，使涂層具有良好的耐腐蝕性和環(huán)保性。實例三I.以制備500ml、模數(shù)為5. 2的A基液(硅酸鉀基液)為例制備基液原料2mol/L的KOH溶液；固含量30%的硅溶膠；硅烷偶聯(lián)劑；去離子水。制備取200ml濃度為2mol/L的KOH溶液倒入量杯中，將300g硅溶膠緩慢加入到 KOH溶液中，加入溫度控制在70°C，攪拌速度200轉(zhuǎn)/min。硅溶膠滴加完畢后，降低溫度至 40°C左右，緩慢加入2wt. %溶液重量硅烷偶聯(lián)劑。硅烷偶聯(lián)劑加完后，繼續(xù)常溫攪拌1-2小時，使溶液充分均勻。添加500ml的去離子水，使固含量為20%左右。所制備基液的模數(shù)為
5.2，pH值在10。此為組分A。2.制備一種水性無機硅酸鋅/Al2O3顆粒復合耐磨涂料組分B為97wt. % Zn粉-3wt. % Al2O3粉；Zn粉平均粒徑約為3 μ m。將Zn粉與Al2O3粉混合均勻后，再將組分B 加入到組分A(粘結(jié)基液)中制備涂料組分A與組分B的重量比為I : 2.7。將組分B加入到組分A中攪拌均勻后即可施涂，含有Al2O3顆粒的底漆耐磨性較不含Al2O3顆粒底漆的耐磨性提高3倍。實例四I.以制備500ml、模數(shù)為5的A基液(硅酸鉀基液)為例制備基液原料3mol/L的KOH溶液；固含量30%的硅溶膠；硅烷偶聯(lián)劑；去離子水。制備取200ml濃度為3mol/L的KOH溶液倒入量杯中，將300g硅溶膠緩慢加入到 KOH溶液中，加入溫度控制在85°C，攪拌速度200轉(zhuǎn)/min。硅溶膠滴加完畢后，降低溫度至 40°C左右，緩慢加入2wt. %溶液重量硅烷偶聯(lián)劑。硅烷偶聯(lián)劑加完后，繼續(xù)常溫攪拌1-2小時，使溶液充分均勻。添加500ml的去離子水，使固含量為20%左右。所制備基液的模數(shù)在 5，pH值在10. 5ο此為組分A。2.將組分B (Zn粉)加入到組分A (粘結(jié)基液)中制備涂料組分B由Zn粉、ZnO 粉和可溶性乳膠組成，Zn粉質(zhì)量含量96%，Zn粉平均粒徑為3 μ m，ZnO粉質(zhì)量含量2%，可溶性乳膠質(zhì)量含量2%;組分A與組分B的重量比為I : 3。將組分B加入到組分A中攪拌均勻后即可施涂。添加有ZnO粉和可溶性乳膠后涂層的耐水性提高3-5倍，柔韌性提高了一倍。
權(quán)利要求
1.一種水性無機雙組分涂料的制備方法，該涂料通過將制備好的組分A與組分B以 I 2-4的重量比混合而制成，其中組分A為粘結(jié)基液，組分B為顏料，其特征為所述組分A 的制備過程包括下述步驟1)在2-4mol/L的KOH溶液中緩慢加入硅溶膠，加入溫度控制在60-85°C，攪拌速度 200-400 轉(zhuǎn) / 分，2)硅溶膠滴加完畢后，降低溫度至40°C左右，緩慢加入溶液總重量比為1-10%的硅烷偶聯(lián)劑 CH3Si(OCH3)3,3)硅烷偶聯(lián)劑加完后，繼續(xù)常溫攪拌1-2小時，使溶液充分均勻，4)添加與基液相同重量的去尚子水，使基液的無機固含量重量百分比為18-22%,5)所制備基液的模數(shù)在4.7-5. 2，pH值在10-11。
2.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征為在步驟4)后加入溶液總重量比為1-10% 的苯丙乳液。
3.一種水性雙組分無機硅酸鋅涂料，其組分A與組分B的重量比為I : 2-4，其特征為 組分B為Zn粉，Zn粉中金屬Zn質(zhì)量含量> 95% ；Zn粉平均粒徑為1_4 μ m ;組分A為按照權(quán)利要求I或2所述方法制備的粘結(jié)基液。
4.一種水性雙組分無機硅酸鋅涂料，其組分A與組分B的重量比為I : 2-4，其特征為 組分B由Zn粉、ZnO粉和聚乙烯-醋酸乙烯酯可再分散聚合物組成，其中Zn粉質(zhì)量含量為 90-95%，ZnO粉質(zhì)量含量為1_5%，聚乙烯-醋酸乙烯酯可再分散聚合物質(zhì)量含量為1_5%; 組分A為按照權(quán)利要求I或2所述方法制備的粘結(jié)基液。
5.一種水性雙組分無機硅酸鋅涂料，其組分A與組分B的重量比為I : 2-4，其特征為 組分B由Zn粉和Al2O3粉組成，其中Zn粉質(zhì)量含量為90-98% ;A1203粉質(zhì)量含量為2-10%， Zn粉、Al2O3粉的平均粒徑為1-4 μ m ;組分A為按照權(quán)利要求I或2所述方法制備的粘結(jié)基液。
6.一種水性雙組分無機硅酸鋅涂料，其組分A與組分B的重量比為I : 2-4，其特征為 組分B為片狀Al，其中片狀Al中金屬Al質(zhì)量含量彡95%;片狀Al平均厚度為分A為按照權(quán)利要求I或2所述方法制備的粘結(jié)基液。
全文摘要
本發(fā)明提供一種水性雙組份無機耐蝕耐磨復合涂料及其制備方法。組分A是粘結(jié)基液，其制備方法為在2-4mol/L的KOH溶液中緩慢加入硅溶膠、1-10％溶液重量百分比硅烷偶聯(lián)劑、去離子水，加入時攪拌并保持溫度恒定。制備的基液模數(shù)為4.7-5.2。組分B為平均粒徑1-4μm的Zn粉或復合粉(Zn、ZnO、Al2O3)或片狀Al。組分A與組分B的重量比為1∶2-4。該涂料為硅酸鉀水性涂料，成本低、無環(huán)境污染、阻燃、可室溫噴涂或刷涂，干燥迅速，施工周期短。涂料基液穩(wěn)定性好，與鋼基體結(jié)合力高，涂層耐蝕性和耐磨性優(yōu)異。片狀面漆耐紫外線、抗老化性能好。用于各種鋼鐵結(jié)構(gòu)的腐蝕防護。
文檔編號C09D1/04GK102604452SQ20121010324
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者任英, 李國華, 王亦工, 裴嵩峰, 陳華輝, 馬峰 申請人:中國礦業(yè)大學(北京)