本發(fā)明涉及一種用于鋼結(jié)構(gòu)防腐的水性防腐涂料及制備方法，尤其涉及一種含有改性氮化硅納米粉體的、用于金屬表面防腐的水性有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合防腐涂料及制備方法。

背景技術(shù)：

很難想象如果現(xiàn)代社會(huì)沒(méi)有金屬和涂料，我們的日常生活會(huì)是何種模樣。目前金屬腐蝕造成的損失占行業(yè)總產(chǎn)值的6-8％。而通過(guò)應(yīng)用得當(dāng)?shù)姆栏夹g(shù)，30-40％的腐蝕損失是可以避免發(fā)生和挽回的。在防腐措施中，涂覆防腐涂料又是最廣泛的措施。

氮化硅作為一種新型陶瓷納米材料，其具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和電絕緣性、密度大、膨脹系數(shù)小、硬度大、化學(xué)性能穩(wěn)定以及比表面積大等優(yōu)點(diǎn)。氮化硅在材料中表現(xiàn)出和電絕緣性好等特點(diǎn)。單純的氮化硅納米粉體在涂料體系中的分散性差、易團(tuán)聚，無(wú)法發(fā)揮出氮化硅的優(yōu)良性能。同時(shí)，傳統(tǒng)的有機(jī)涂膜，其機(jī)械性能、穩(wěn)定性能也都存在提高空間。涂料的防護(hù)機(jī)理主要是通過(guò)物理屏蔽、緩蝕作用和電化學(xué)保護(hù)作用實(shí)現(xiàn)防腐蝕作用。將改性氮化硅粉體應(yīng)用在涂料中，通過(guò)改性引入新的目的基團(tuán)，參與成膜反應(yīng)，與涂膜成為一個(gè)整體，提高涂膜的耐水性和耐候性；提高漆膜的物理機(jī)械強(qiáng)度，使漆膜的耐磨性、硬度和耐久性得到提高；其化學(xué)穩(wěn)定性和電絕緣性，則賦予了涂膜熱穩(wěn)定性，提高了防腐蝕性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明首要目的在于提供一種含有氮化硅的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合防腐涂料。

本發(fā)明再一目的在于提供一種含有氮化硅的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合防腐涂料的制備方法。

本發(fā)明所提供的技術(shù)方案具體如下：

一種改性氮化硅納米粉體漿料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將氮化硅粉體分散在甲苯中，得到分散液i；將硅烷偶聯(lián)劑分散在甲苯中，配制成質(zhì)量濃度為10-30％的溶液ii；

(2)在50-70℃恒溫水浴和800-1200r/min機(jī)械攪拌條件下，緩慢向分散液i中滴加溶液ii，滴加完畢后，保溫反應(yīng)4-8小時(shí)；其中，滴加入分散液i的硅烷偶聯(lián)劑為氮化硅質(zhì)量的0.5-3％；

(3)反應(yīng)結(jié)束后，抽濾，洗滌，60-90℃真空干燥2-4h，得到改性氮化硅粉體；將改性氮化硅粉體配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30-70％的水分散液，磨研磨至細(xì)度要求，即得到改性氮化硅納米粉體漿料。

所述的硅烷偶聯(lián)劑為氨丙基三甲氧基硅烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷中的一種或幾種。

所述的分散液i通過(guò)以下方式得到：向甲苯中加入氮化硅粉體，先利用高速分散機(jī)分散15-30min，再超聲分散20-40min，即成。

步驟(2)的滴加速度控制在1-5ml/min。

一種含有氮化硅的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合防腐涂料，由以下質(zhì)量百分比的原料制備而成：改性氮化硅納米粉體漿料1-10％，填料5-20％，分散劑0.05-1.5％，潤(rùn)濕流平劑0.05-1.5％，消泡劑0.05-1.5％，殺菌劑0.05-1％，水1-10％，乳液35-65％，固化劑10-20％；

所述的改性氮化硅納米粉體漿料由上述制備方法制備而成。

所述的填料通過(guò)以下方式制備得到：將云母氧化鐵、云母粉、玻璃鱗片、滑石粉、重質(zhì)碳酸鈣中的一種或幾種配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60-80％的水分散漿料，錐形磨研磨至細(xì)度要求，即成。

所述的乳液為環(huán)氧乳液、環(huán)氧-硅丙乳液、有機(jī)硅改性環(huán)氧乳液中的一種或幾種。

上述含有氮化硅的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合防腐涂料在防腐領(lǐng)域的應(yīng)用。

本發(fā)明的原理如下：

本發(fā)明通過(guò)將化學(xué)改性后的氮化硅納米粉體加入涂料中，與涂膜成為一個(gè)整體，提高涂膜的耐水性和耐候性、耐磨性和硬度、熱穩(wěn)定性和防腐蝕性能。這是因?yàn)榄h(huán)氧樹(shù)脂本身是交聯(lián)度很高的熱固性樹(shù)脂，其裂縫擴(kuò)展屬于典型的脆性擴(kuò)展，其耐沖擊能力較差，柔韌性一般，比較脆，耐熱性也較差，固化過(guò)程易產(chǎn)生裂紋，改性氮化硅納米粉體漿料參與成膜后，則可以有效地均勻分散在最終涂膜中，將其極好的機(jī)械物理性能、熱穩(wěn)定性和電絕緣性等性能發(fā)揮。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

(1)本發(fā)明對(duì)氮化硅進(jìn)行改性時(shí)，選用甲苯作溶劑，相較于現(xiàn)有技術(shù)，甲苯具有較高的沸點(diǎn)，在反應(yīng)結(jié)束后可以循環(huán)利用。

(2)本發(fā)明的制備方法工藝簡(jiǎn)單、成本低廉。

(3)本發(fā)明制得的防腐涂料只需在粗糙度在噴砂sa2.5級(jí)以上的涂裝基材表面刷涂、噴涂即可，操作簡(jiǎn)便；防腐涂料室溫即可固化，表干時(shí)間為60min，實(shí)干時(shí)間為8h左右。

(4)本發(fā)明制得的防腐涂料防腐性能優(yōu)異、防腐時(shí)效長(zhǎng)、機(jī)械強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，需要指出的是，以下所述實(shí)施例旨在便于對(duì)本發(fā)明的理解，而對(duì)其不起任何限定作用。

實(shí)施例1

本實(shí)施例中的含有氮化硅的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合防腐涂料由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的組分組成：

水性有機(jī)硅改性環(huán)氧乳液55％

改性氮化硅納米粉體漿料10％

云母粉5％

玻璃鱗片5％

鈦白粉8％

固化樹(shù)脂10％

分散劑0.5％

消泡劑0.5％

潤(rùn)濕流平劑1.0％

殺菌劑0.5％

水4.5％

上述含有氮化硅的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合防腐涂料的制備過(guò)程包括以下步驟：

(1)稱取甲苯，加入氮化硅粉體，高速分散機(jī)分散15min，超聲分散40min，得到分散液i；

(2)稱取甲苯，加入硅烷偶聯(lián)劑，配制成10％質(zhì)量濃度的溶液ii；

(3)將分散液i加入反應(yīng)器中，在50℃恒溫水浴和1200r/min機(jī)械攪拌條件下，緩慢滴加溶液ii，滴加速度控制在1-5ml/min，滴加完畢后，保溫反應(yīng)8小時(shí)，滴加的硅烷偶聯(lián)劑為氮化硅質(zhì)量份的0.5％；

(4)反應(yīng)結(jié)束后，抽濾、洗滌去除未反應(yīng)的偶聯(lián)劑和副產(chǎn)物，在90℃真空干燥2h，得到改性氮化硅納米粉體；將改性氮化硅粉體配置成質(zhì)量份為70％的水分散液，錐形磨研磨至細(xì)度要求，即得到改性氮化硅納米粉體漿料；

(5)將鈦白粉、云母粉、玻璃鱗配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60％的水分散漿料，錐形磨研磨至細(xì)度要求，得到填料漿料；

(6)將改性氮化硅納米粉體漿料、填料漿料、潤(rùn)濕流平劑、分散劑、消泡劑、殺菌劑、水加入乳液中，攪拌30min，加入固化樹(shù)脂，攪拌均勻后，即制得含有氮化硅的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合防腐涂料。

對(duì)制得的含有氮化硅的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合防腐涂料進(jìn)行基礎(chǔ)性能測(cè)試，結(jié)果表1所示：

表1

實(shí)施例2

本實(shí)施例中的含有氮化硅的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合防腐涂料由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的組分組成：

水性環(huán)氧乳液50％

改性氮化硅納米粉體漿料15％

滑石粉5％

云母氧化鐵5％

鈦白粉5％

重質(zhì)碳酸鈣5％

固化樹(shù)脂10％

分散劑0.5％

消泡劑0.5％

潤(rùn)濕流平劑1.0％

殺菌劑0.5％

水2.5％

上述含有氮化硅的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合防腐涂料的制備過(guò)程包括以下步驟：

(1)稱取甲苯，加入氮化硅粉體，高速分散機(jī)分散30min，超聲分散20min，得到分散液i；

(2)稱取甲苯，加入硅烷偶聯(lián)劑，配制成30％質(zhì)量濃度的溶液ii；

(3)將分散液i加入反應(yīng)器中，在70℃恒溫水浴和800r/min機(jī)械攪拌條件下，緩慢滴加溶液ii，滴加速度控制在5ml/min，滴加完畢后，保溫反應(yīng)4小時(shí)，滴加的硅烷偶聯(lián)劑為氮化硅質(zhì)量份的3％；

(4)反應(yīng)結(jié)束后，抽濾、洗滌去除未反應(yīng)的偶聯(lián)劑和副產(chǎn)物，在60℃真空干燥4h，得到改性氮化硅納米粉體；將改性氮化硅粉體配置成質(zhì)量份為30％的水分散液，錐形磨研磨至細(xì)度要求，即得到改性氮化硅納米粉體漿料；

(5)將鈦白粉、云母粉、玻璃鱗配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60％的水分散漿料，錐形磨研磨至細(xì)度要求，得到填料漿料；

(6)將改性氮化硅納米粉體漿料、填料漿料、潤(rùn)濕流平劑、分散劑、消泡劑、殺菌劑、水加入乳液中，攪拌30min，加入固化樹(shù)脂，攪拌均勻后，即制得含有氮化硅的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合防腐涂料。

對(duì)制得的含有氮化硅的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合防腐涂料進(jìn)行基礎(chǔ)性能測(cè)試，結(jié)果表2所示：

表2

實(shí)施例3

本實(shí)施例中的含有氮化硅的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合防腐涂料由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的組分組成：

水性環(huán)氧乳液30％

水性環(huán)氧-硅丙乳液30％

改性氮化硅納米粉體漿料15％

鈦白粉5％

重質(zhì)碳酸鈣5％

固化樹(shù)脂10％

分散劑0.5％

消泡劑0.5％

潤(rùn)濕流平劑1.0％

殺菌劑0.5％

水2.5％

上述含有氮化硅的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合防腐涂料的制備過(guò)程包括以下步驟：

(1)稱取甲苯，加入氮化硅粉體，高速分散機(jī)分散20min，超聲分散30min，得到分散液i；

(2)稱取甲苯，加入硅烷偶聯(lián)劑，配制成20％質(zhì)量濃度的溶液ii；

(3)將分散液i加入反應(yīng)器中，在60℃恒溫水浴和1000r/min機(jī)械攪拌條件下，緩慢滴加溶液ii，滴加速度控制在3ml/min，滴加完畢后，保溫反應(yīng)6小時(shí)，滴加的硅烷偶聯(lián)劑為氮化硅質(zhì)量份的1.5％；

(4)反應(yīng)結(jié)束后，抽濾、洗滌去除未反應(yīng)的偶聯(lián)劑和副產(chǎn)物，在75℃真空干燥3h，得到改性氮化硅納米粉體；將改性氮化硅粉體配置成質(zhì)量份為50％的水分散液，錐形磨研磨至細(xì)度要求，即得到改性氮化硅納米粉體漿料；

(5)將鈦白粉、云母粉、玻璃鱗配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60％的水分散漿料，錐形磨研磨至細(xì)度要求，得到填料漿料；

(6)將改性氮化硅納米粉體漿料、填料漿料、潤(rùn)濕流平劑、分散劑、消泡劑、殺菌劑、水加入乳液中，攪拌30min，加入固化樹(shù)脂，攪拌均勻后，即制得含有氮化硅的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合防腐涂料。

對(duì)制得的含有氮化硅的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合防腐涂料進(jìn)行基礎(chǔ)性能測(cè)試，結(jié)果如表3所示：

表3

實(shí)施例4

本實(shí)施例中的含有氮化硅的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合防腐涂料由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的組分組成：

水性環(huán)氧乳液55％

改性氮化硅納米粉體漿料(未改性氮化硅納米粉體漿料)10％

云母粉5％

玻璃鱗片5％

鈦白粉8％

固化樹(shù)脂10％

分散劑0.5％

消泡劑0.5％

潤(rùn)濕流平劑1.0％

殺菌劑0.5％

水4.5％

上述含有氮化硅的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合防腐涂料的制備過(guò)程包括以下步驟：

(1)稱取甲苯，加入氮化硅粉體，高速分散機(jī)分散25min，超聲分散25min，得到分散液i；

(2)稱取甲苯，加入硅烷偶聯(lián)劑，配制成25％質(zhì)量濃度的溶液ii；

(3)將分散液i加入反應(yīng)器中，在70℃恒溫水浴和1100r/min機(jī)械攪拌條件下，緩慢滴加溶液ii，滴加速度控制在4ml/min，滴加完畢后，保溫反應(yīng)7小時(shí)，滴加的硅烷偶聯(lián)劑為氮化硅質(zhì)量份的2％；

(4)反應(yīng)結(jié)束后，抽濾、洗滌去除未反應(yīng)的偶聯(lián)劑和副產(chǎn)物，在70℃真空干燥2.5h，得到改性氮化硅納米粉體；將改性氮化硅粉體配置成質(zhì)量份為55％的水分散液，錐形磨研磨至細(xì)度要求，即得到改性氮化硅納米粉體漿料；

(5)將鈦白粉、云母粉、玻璃鱗配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60％的水分散漿料，錐形磨研磨至細(xì)度要求，得到填料漿料；

(6)將改性氮化硅納米粉體漿料、填料漿料、潤(rùn)濕流平劑、分散劑、消泡劑、殺菌劑、水加入乳液中，攪拌30min，加入固化樹(shù)脂，攪拌均勻后，即制得含有氮化硅的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合防腐涂料。

對(duì)制得的含有氮化硅的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合防腐涂料進(jìn)行基礎(chǔ)性能測(cè)試，結(jié)果如表4所示：

表4

從以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明制備的含有氮化硅的機(jī)復(fù)合防腐涂料物理機(jī)械性能優(yōu)異，防腐蝕性能優(yōu)良，防腐時(shí)效長(zhǎng)且工藝簡(jiǎn)單，可以有效保護(hù)金屬基體，防止腐蝕。

以上所述的實(shí)施例僅限于本發(fā)明的技術(shù)方案要求，但并非限制于本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補(bǔ)充或等效替換均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。