本發(fā)明涉及一種改性水性富鋅涂料的制備方法，屬于金屬防腐技術(shù)。
背景技術(shù)：
無機(jī)富鋅涂料是由球狀或片狀鋅粉與基料中的硅酸鹽發(fā)生反應(yīng)，通過化學(xué)鍵在涂層內(nèi)部形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的無機(jī)硅酸鋅絡(luò)合物，最終在需要被保護(hù)的金屬表面形成一層保護(hù)膜。無機(jī)富鋅涂料具有綠色環(huán)保、帶漆焊接不受影響、耐候性能突出和防腐蝕性能優(yōu)異等特點(diǎn)，已成為鋼鐵結(jié)構(gòu)大氣防腐和海洋重防腐領(lǐng)域中廣泛使用的涂料。但無機(jī)富鋅涂料也具有缺點(diǎn)，如涂層脆性大，機(jī)械性能差，在外力作用下會(huì)出現(xiàn)大面積剝落等。
近年來，隨著有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料的發(fā)展，越來越多的研究將有機(jī)成膜物質(zhì)如硅丙乳液、硅烷偶聯(lián)劑、苯丙乳液等加入到無機(jī)富鋅涂料中。這種改性后涂料可以兼具有機(jī)材料與無機(jī)材料優(yōu)點(diǎn)，能更有效提高富鋅涂層的機(jī)械性能和耐腐蝕性能。且伴隨著有機(jī)乳液的加入，還能降低富鋅涂料對(duì)施工條件的要求。但是這些技術(shù)仍存在涂層防水、防氯離子滲透能力弱，韌性與強(qiáng)度不協(xié)調(diào)，進(jìn)而影響涂層防腐性能等缺陷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種改性水性富鋅涂料的制備方法。本發(fā)明以高模數(shù)硅酸鉀為無機(jī)粘結(jié)劑，復(fù)配甲基硅酸鉀和乳化瀝青等有機(jī)成膜物質(zhì)，制備新型有機(jī)-無機(jī)復(fù)合富鋅涂料。
為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是：
提供一種改性水性富鋅涂料的制備方法，包括下述步驟：
(1)按所述重量份數(shù)取各原料組分；
硅酸鉀20～40份、甲基硅酸鉀10～20份、乳化瀝青10～20份、鈉基膨潤土0.5～1份、磷酸三丁酯0.2～0.5份、聚丙烯酸鈉0.2～0.5份、水28.6～38.6份；
(2)在攪拌池中加入水和鈉基膨潤土，攪拌均勻；然后加入硅酸鉀和甲基硅酸鉀，攪拌均勻；再加入乳化瀝青，攪拌均勻；最后加入磷酸三丁酯和聚丙烯酸鈉，攪拌均勻，得到水性粘結(jié)劑基料；
(3)向水性粘結(jié)劑基料中加入鱗片狀鋅粉，鱗片狀鋅粉和水性粘結(jié)劑基料的重量比為0.3～1.2∶1；攪拌均勻，得到水性無機(jī)富鋅涂料。
本發(fā)明中，所述鱗片狀鋅粉的粒徑為200～500目；硅酸鉀的SiO2∶K2O摩爾比為5.0～5.5，固含量20％～30％；甲基硅酸鉀的固含量20～40％；乳化瀝青的pH＝10～12，固含量20～40％。
本發(fā)明中，加入水和鈉基膨潤土后，控制攪拌速度為2000rpm，攪拌時(shí)間為10min；加入硅酸鉀和甲基硅酸鉀后，控制攪拌速度為500～800rpm，攪拌時(shí)間為10～20min；加入乳化瀝青后，控制攪拌速度為500～1000rpm，攪拌時(shí)間為5～10min；向水性粘結(jié)劑基料中加入鱗片狀鋅粉后，控制攪拌速度為500～1000rpm，攪拌時(shí)間為10～30min；在添加各原料組分的過程中，保持?jǐn)嚢琛?/p>
本發(fā)明中，在加入乳化瀝青時(shí)，控制加入速度為50～200ml/min。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括：
1、使用甲基硅酸鉀作為其中一種有機(jī)成膜物質(zhì)，其性能、結(jié)構(gòu)與硅酸鉀類似，既可以水解，與硅酸鉀一道生成聚硅氧烷富鋅結(jié)構(gòu)，形成致密防護(hù)膜，保護(hù)腐蝕介質(zhì)與鋼鐵基板接觸，且由于甲基硅酸鉀帶有甲基有機(jī)基團(tuán)，能提高聚硅氧烷結(jié)構(gòu)韌性和成膜性能，對(duì)提高富鋅涂層綜合性能有利。
2、瀝青是由不同分子量的碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘傺苌锝M成的黑褐色復(fù)雜混合物，是一種優(yōu)異的防水、防潮、防腐的有機(jī)膠凝材料。而乳化瀝青是由瀝青、乳化劑、穩(wěn)定劑和水等組分所組成穩(wěn)定乳液，能與水性富鋅材料均勻混合，且由于瀝青自身優(yōu)異的防腐性能，能顯著增強(qiáng)水性富鋅涂層防腐性能。
3、甲基硅酸鉀和瀝青較純丙、硅丙、苯丙等乳液有更好疏水、防水性能，能阻止水分滲透到涂層中，從而能降低水作用下聚硅氧烷結(jié)構(gòu)發(fā)生解聚和電化學(xué)腐蝕，能延長富鋅涂層防腐壽命。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明制備獲得的改性水性富鋅涂料包括鱗片狀鋅粉和水性粘結(jié)劑基料，其重量比為0.3～1.2∶1；其中，水性粘結(jié)劑基料包括如下重量份數(shù)的組分：硅酸鉀20～40份、甲基硅酸鉀10～20份、乳化瀝青10～20份、鈉基膨潤土0.5～1份、磷酸三丁酯0.2～0.5份、聚丙烯酸鈉0.2～0.5份、水28.6～38.6份；所述鱗片狀鋅粉的粒徑為200～500目；硅酸鉀的SiO2∶K2O摩爾比為5.0～5.5，固含量20％～30％；甲基硅酸鉀的固含量20～40％；乳化瀝青的pH＝10～12，固含量20～40％。
該改性水性富鋅涂料的制備方法，包括下述步驟：
(1)按所述配比取各原料組分；
(2)在攪拌池中加入水和鈉基膨潤土，攪拌均勻；然后加入硅酸鉀和甲基硅酸鉀，攪拌均勻；再加入乳化瀝青，攪拌均勻；最后加入磷酸三丁酯和聚丙烯酸鈉，攪拌均勻，得到水性粘結(jié)劑基料；
(3)向水性粘結(jié)劑基料中加入鱗片狀鋅粉，攪拌均勻，得到水性無機(jī)富鋅涂料。
制備過程中的攪拌時(shí)間和攪拌速度可根據(jù)實(shí)際進(jìn)行調(diào)整，在添加各原料組分的過程中，保持?jǐn)嚢琛１景l(fā)明提供的實(shí)施例中：加入水和鈉基膨潤土后，控制攪拌速度為2000rpm，攪拌時(shí)間為10min；加入硅酸鉀和甲基硅酸鉀后，控制攪拌速度為500～800rpm，攪拌時(shí)間為10～20min；加入乳化瀝青后，控制攪拌速度為500～1000rpm，攪拌時(shí)間為5～10min；向水性粘結(jié)劑基料中加入鱗片狀鋅粉后，控制攪拌速度為500～1000rpm，攪拌時(shí)間為10～30min；在加入乳化瀝青時(shí)，控制加入速度為50～200ml/min。
本發(fā)明所述改性水性富鋅涂料的使用方法說明：金屬基材通過噴砂除去鐵銹，達(dá)到Sa 2.5級(jí)，涂料采用噴涂或刷涂施工。
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)描述。
實(shí)施例1
一種改性水性富鋅涂料
配方：包括鱗片狀鋅粉(粒徑200目)和水性粘結(jié)劑基料，重量比為0.64:1。其中，水性粘結(jié)劑基料包括如下重量份數(shù)的組分：硅酸鉀(SiO2∶K2O摩爾比為5.0，固含量20％)40份，甲基硅酸鉀(固含量40％)10份，乳化瀝青(pH＝10，固含量20％)20份，鈉基膨潤土0.5份，磷酸三丁酯0.2份，聚丙烯酸鈉0.2份，水29.1份。
制備過程：往攪拌池中加入水和鈉基膨潤土，攪拌10min(轉(zhuǎn)速2000rpm)后，加入硅酸鉀和甲基硅酸鉀，攪拌10min(轉(zhuǎn)速800rpm)，緩慢加入乳化瀝青(200ml/min)，繼續(xù)攪拌5min(轉(zhuǎn)速1000rpm)后加入磷酸三丁酯和聚丙烯酸鈉，攪拌均勻得到水性粘結(jié)劑基料，再加入鱗片狀鋅粉，攪拌30min(轉(zhuǎn)速500rpm)后得水性無機(jī)富鋅涂料。
采用標(biāo)準(zhǔn)HG/T 3668-2009《富鋅底漆》測試改性水性富鋅涂料性能，見表1。
實(shí)施例2
一種改性水性富鋅涂料
配方：包括鱗片狀鋅粉(粒徑500目)和水性粘結(jié)劑基料，重量比為0.8:1，其中，水性粘結(jié)劑基料包括如下重量份數(shù)的組分：硅酸鉀(SiO2∶K2O摩爾比為5.5，固含量30％)35份，甲基硅酸鉀(固含量20％)20份，乳化瀝青(pH＝12，固含量40％)10份，鈉基膨潤土1份，磷酸三丁酯0.5份，聚丙烯酸鈉0.5份，水33份。
制備過程：往攪拌池中加入水和鈉基膨潤土，攪拌10min(轉(zhuǎn)速2000rpm)后，加入硅酸鉀和甲基硅酸鉀，攪拌20min(轉(zhuǎn)速500rpm)，緩慢加入乳化瀝青(50ml/min)，繼續(xù)攪拌10min(轉(zhuǎn)速500rpm)后加入磷酸三丁酯和聚丙烯酸鈉，攪拌均勻得到水性粘結(jié)劑基料，再加入鱗片狀鋅粉，攪拌10min(轉(zhuǎn)速1000rpm)后得水性無機(jī)富鋅涂料。
采用標(biāo)準(zhǔn)HG/T 3668-2009《富鋅底漆》測試改性水性富鋅涂料性能，見表1。
實(shí)施例3
一種改性水性富鋅涂料
配方：包括鱗片狀鋅粉(粒徑400目)和水性粘結(jié)劑基料，重量比為0.9:1，其中，水性粘結(jié)劑基料包括如下重量份數(shù)的組分：硅酸鉀(SiO2∶K2O摩爾比為5.2，固含量30％)20份，甲基硅酸鉀(固含量25％)20份，乳化瀝青(pH＝11，固含量30％)20份，鈉基膨潤土0.8份，磷酸三丁酯0.3份，聚丙烯酸鈉0.3份，水38.6份。
制備過程：往攪拌池中加入水和鈉基膨潤土，攪拌10min(轉(zhuǎn)速2000rpm)后，加入硅酸鉀和甲基硅酸鉀，攪拌15min(轉(zhuǎn)速600rpm)，緩慢加入乳化瀝青(100ml/min)，繼續(xù)攪拌8min(轉(zhuǎn)速800rpm)后加入磷酸三丁酯和聚丙烯酸鈉，攪拌均勻得到水性粘結(jié)劑基料，再加入鱗片狀鋅粉，攪拌20min(轉(zhuǎn)速800rpm)后得水性無機(jī)富鋅涂料。
采用標(biāo)準(zhǔn)HG/T 3668-2009《富鋅底漆》測試改性水性富鋅涂料性能，見表1。
實(shí)施例4
一種改性水性富鋅涂料
配方：包括鱗片狀鋅粉(粒徑325目)和水性粘結(jié)劑基料，重量比為1:1，其中，水性粘結(jié)劑基料包括如下重量份數(shù)的組分：硅酸鉀(SiO2∶K2O摩爾比為5.2，固含量25％)40份，甲基硅酸鉀(固含量30％)15份，乳化瀝青(pH＝11，固含量28％)15份，鈉基膨潤土0.8份，磷酸三丁酯0.3份，聚丙烯酸鈉0.3份，水28.6份。
制備過程：往攪拌池中加入水和鈉基膨潤土，攪拌10min(轉(zhuǎn)速2000rpm)后，加入硅酸鉀和甲基硅酸鉀，攪拌15min(轉(zhuǎn)速600rpm)，緩慢加入乳化瀝青(100ml/min)，繼續(xù)攪拌8min(轉(zhuǎn)速800rpm)后加入磷酸三丁酯和聚丙烯酸鈉，攪拌均勻得到水性粘結(jié)劑基料，再加入鱗片狀鋅粉，攪拌20min(轉(zhuǎn)速800rpm)后得水性無機(jī)富鋅涂料。
采用標(biāo)準(zhǔn)HG/T 3668-2009《富鋅底漆》測試改性水性富鋅涂料性能，見表1。
實(shí)施例5
一種改性水性富鋅涂料
配方：包括鱗片狀鋅粉(粒徑325目)和水性粘結(jié)劑基料，重量比為0.44:1，其中，水性粘結(jié)劑基料包括如下重量份數(shù)的組分：硅酸鉀(SiO2∶K2O摩爾比為5.2，固含量25％)40份，甲基硅酸鉀(固含量30％)15份，乳化瀝青(pH＝11，固含量28％)15份，鈉基膨潤土0.8份，磷酸三丁酯0.3份，聚丙烯酸鈉0.3份，水28.6份。
制備過程：往攪拌池中加入水和鈉基膨潤土，攪拌10min(轉(zhuǎn)速2000rpm)后，加入硅酸鉀和甲基硅酸鉀，攪拌15min(轉(zhuǎn)速600rpm)，緩慢加入乳化瀝青(100ml/min)，繼續(xù)攪拌8min(轉(zhuǎn)速800rpm)后加入磷酸三丁酯和聚丙烯酸鈉，攪拌均勻得到水性粘結(jié)劑基料，再加入鱗片狀鋅粉，攪拌20min(轉(zhuǎn)速800rpm)后得水性無機(jī)富鋅涂料。
采用標(biāo)準(zhǔn)HG/T 3668-2009《富鋅底漆》測試改性水性富鋅涂料性能，見表1。
實(shí)施例6
一種改性水性富鋅涂料
配方：包括鱗片狀鋅粉(粒徑325目)和水性粘結(jié)劑基料，重量比為0.30:1，其中，水性粘結(jié)劑基料包括如下重量份數(shù)的組分：硅酸鉀(SiO2∶K2O摩爾比為5.2，固含量25％)40份，甲基硅酸鉀(固含量30％)15份，乳化瀝青(pH＝11，固含量28％)15份，鈉基膨潤土0.8份，磷酸三丁酯0.3份，聚丙烯酸鈉0.3份，水28.6份。
制備過程：往攪拌池中加入水和鈉基膨潤土，攪拌10min(轉(zhuǎn)速2000rpm)后，加入硅酸鉀和甲基硅酸鉀，攪拌15min(轉(zhuǎn)速600rpm)，緩慢加入乳化瀝青(100ml/min)，繼續(xù)攪拌8min(轉(zhuǎn)速800rpm)后加入磷酸三丁酯和聚丙烯酸鈉，攪拌均勻得到水性粘結(jié)劑基料，再加入鱗片狀鋅粉，攪拌20min(轉(zhuǎn)速800rpm)后得水性無機(jī)富鋅涂料。
采用標(biāo)準(zhǔn)HG/T 3668-2009《富鋅底漆》測試改性水性富鋅涂料性能，見表1。
實(shí)施例7
一種改性水性富鋅涂料
配方：包括鱗片狀鋅粉(粒徑325目)和水性粘結(jié)劑基料，重量比為1.2:1，其中，水性粘結(jié)劑基料包括如下重量份數(shù)的組分：硅酸鉀(SiO2∶K2O摩爾比為5.2，固含量25％)40份，甲基硅酸鉀(固含量30％)15份，乳化瀝青(pH＝11，固含量28％)15份，鈉基膨潤土0.8份，磷酸三丁酯0.3份，聚丙烯酸鈉0.3份，水28.6份。
制備過程：往攪拌池中加入水和鈉基膨潤土，攪拌10min(轉(zhuǎn)速2000rpm)后，加入硅酸鉀和甲基硅酸鉀，攪拌15min(轉(zhuǎn)速600rpm)，緩慢加入乳化瀝青(100ml/min)，繼續(xù)攪拌8min(轉(zhuǎn)速800rpm)后加入磷酸三丁酯和聚丙烯酸鈉，攪拌均勻得到水性粘結(jié)劑基料，再加入鱗片狀鋅粉，攪拌20min(轉(zhuǎn)速800rpm)后得水性無機(jī)富鋅涂料。
采用標(biāo)準(zhǔn)HG/T 3668-2009《富鋅底漆》測試改性水性富鋅涂料性能，見表1。
表1.改性水性富鋅涂料性能
對(duì)比實(shí)施方式
以下對(duì)比例，均以上述7個(gè)案例中的綜合性能最好的案例—實(shí)施例4作為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)置。
對(duì)比例1
將實(shí)施例4中“硅酸鉀(摩爾比為5.2，固含量25％)40份，甲基硅酸鉀(固含量30％)15份，乳化瀝青(pH＝11，固含量28％)15份”更換為“硅酸鉀(摩爾比為5.2，固含量25％)55份，甲基硅酸鉀(固含量30％)0份，乳化瀝青(pH＝11，固含量28％)15份”。其余等同于實(shí)施例4，涂料性能見表2。
對(duì)比例2
將實(shí)施例4中“硅酸鉀(摩爾比為5.2，固含量25％)40份，甲基硅酸鉀(固含量30％)15份，乳化瀝青(pH＝11，固含量28％)15份”更換為“硅酸鉀(摩爾比為5.2，固含量25％)55份，甲基硅酸鉀(固含量30％)15份，乳化瀝青(pH＝11，固含量28％)0份”。其余等同于實(shí)施例4，涂料性能見表2。
對(duì)比例3
將實(shí)施例4中“硅酸鉀(摩爾比為5.2，固含量25％)40份，甲基硅酸鉀(固含量30％)15份，乳化瀝青(pH＝11，固含量28％)15份”更換為“硅酸鉀(摩爾比為5.2，固含量25％)70份，甲基硅酸鉀(固含量30％)0份，乳化瀝青(pH＝11，固含量28％)0份”。其余等同于實(shí)施例4，涂料性能見表2。
對(duì)比例4
將實(shí)施例4中“硅酸鉀(摩爾比為5.2，固含量25％)40份，甲基硅酸鉀(固含量30％)15份，乳化瀝青(pH＝11，固含量28％)15份”更換為“硅酸鉀(摩爾比為5.2，固含量25％)50份，甲基硅酸鉀(固含量30％)5份，乳化瀝青(pH＝11，固含量28％)15份”。其余等同于實(shí)施例4，涂料性能見表2。
對(duì)比例5
將實(shí)施例4中“硅酸鉀(摩爾比為5.2，固含量25％)40份，甲基硅酸鉀(固含量30％)15份，乳化瀝青(pH＝11，固含量28％)15份”更換為“硅酸鉀(摩爾比為5.2，固含量25％)50份，甲基硅酸鉀(固含量30％)15份，乳化瀝青(pH＝11，固含量28％)5份”。其余等同于實(shí)施例4，涂料性能見表2。
對(duì)比例6
將實(shí)施例4中“硅酸鉀(摩爾比為5.2，固含量25％)40份，甲基硅酸鉀(固含量30％)15份，乳化瀝青(pH＝11，固含量28％)15份”更換為“硅酸鉀(摩爾比為5.2，固含量25％)10份，甲基硅酸鉀(固含量30％)25份，乳化瀝青(pH＝11，固含量28％)35份”。其余等同于實(shí)施例4，涂料性能見表2。
對(duì)比例7
將實(shí)施例4中“硅酸鉀(摩爾比為5.2，固含量25％)40份，甲基硅酸鉀(固含量30％)15份，乳化瀝青(pH＝11，固含量28％)15份”更換為“硅酸鉀(摩爾比為5.2，固含量25％)10份，甲基硅酸鉀(固含量30％)35份，乳化瀝青(pH＝11，固含量28％)25份”。其余等同于實(shí)施例4，涂料性能見表3。
對(duì)比例8
將實(shí)施例4中“硅酸鉀(摩爾比為5.2，固含量25％)40份”更換為“硅酸鉀(摩爾比為6.0，固含量25％)40份”。其余等同于實(shí)施例4，涂料性能見表3。
對(duì)比例9
將實(shí)施例4中“硅酸鉀(摩爾比為5.2，固含量25％)40份”更換為“硅酸鉀(摩爾比為4.0，固含量25％)40份”。其余等同于實(shí)施例4，涂料性能見表3。
對(duì)比例10
將實(shí)施例4中“包括鱗片狀鋅粉(粒徑325目)和水性粘結(jié)劑基料，重量比為1:1”更換為“包括鱗片狀鋅粉(粒徑325目)和水性粘結(jié)劑基料，重量比為0.2:1”。其余等同于實(shí)施例4，涂料性能見表3。
對(duì)比例11
將實(shí)施例4中“包括鱗片狀鋅粉(粒徑325目)和水性粘結(jié)劑基料，重量比為1:1”更換為“包括鱗片狀鋅粉(粒徑325目)和水性粘結(jié)劑基料，重量比為1.5:1”。其余等同于實(shí)施例4，涂料性能見表3。
對(duì)比例12
將實(shí)施例4中“乳化瀝青pH＝11”更換為“乳化瀝青pH＝6”。其余等同于實(shí)施例4，涂料性能見表3。
表2.改性水性富鋅涂料性能
表3.改性水性富鋅涂料性能
1、從對(duì)比例1～3可以看出，涂料中不添加甲基硅酸鉀或乳化瀝青，涂料耐沖擊性能、附著力和耐鹽霧性能要明顯降低，而從對(duì)比例4～7可以看出，硅酸鉀、甲基硅酸鉀及乳化瀝青相互之間配比對(duì)涂層性能影響大，尤其是當(dāng)硅酸鉀重量比較低時(shí)(對(duì)比例6～7)，涂層耐鹽霧性能明顯降低，說明硅酸鉀與Zn粉反應(yīng)生成硅酸鋅才是涂層防腐性能的主要來源。
2、對(duì)比例8當(dāng)硅酸鉀模數(shù)偏高時(shí)，涂層表干、實(shí)干時(shí)間短，但涂層耐沖擊性、附著力發(fā)生下降，而對(duì)比例9當(dāng)硅酸鉀模數(shù)偏低時(shí)，涂層表干、實(shí)干時(shí)間又發(fā)生延長。
3、對(duì)比例10～11，說明Zn粉含量偏低或偏高，既影響涂層質(zhì)量，更對(duì)涂層防腐性能有不利影響，對(duì)比例12說明乳化瀝青pH＝6，呈酸性，在堿性硅酸鉀溶液中容易發(fā)生破乳，不能用來制備水性富鋅涂料。
最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個(gè)具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。