專利名稱：一種防腐涂料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)機(jī)雙組分水基鋅硅涂料及制造方法。
對(duì)于鋅硅涂層的防腐機(jī)理，人們普遍認(rèn)為主要是由涂料的犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)作用和物理屏蔽作用構(gòu)成。
犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)作用由于鋅的標(biāo)準(zhǔn)電極電位比鐵低，當(dāng)鋅鐵接觸時(shí)，在腐蝕條件下(含水，氧的情況下)，鋅首先被氧化生成氫氧化鋅、氧化鋅，進(jìn)一步吸收空氣中的二氧化碳生成碳酸鋅，這些鋅起著犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)作用，有效的防止鐵被氧化。
另一方面，由于鋅被氧化，生成氫氧化鋅、氧化鋅、碳酸鋅等堿性物質(zhì)，體積膨脹，可以堵塞和遮蓋涂層中的孔隙及缺陷，防止鐵表面與氧，水進(jìn)一步接觸，起著物理屏蔽作用，防止鋅，鐵被氧化。
自從人們認(rèn)識(shí)到鋅—硅涂層對(duì)于鋼鐵有著優(yōu)異的防腐新性能以來(lái)，不斷研究出各種鋅硅涂料，許多配方是已知的。
早期的鋅硅涂料使用的是堿金屬硅酸鹽的水溶液為載體，溶液中的SiO2與堿金屬氧化物的摩爾比為1.0～3.0。當(dāng)鋅硅涂層形成后，堿金屬硅酸鹽水溶液水解或與空氣中的CO2接觸反應(yīng)生成硅酸，硅酸再自聚，形成多聚硅酸，再進(jìn)一步縮合形成硅氧鏈“-Si-O-Si-”，從而形成無(wú)機(jī)涂膜。實(shí)際應(yīng)用表明，當(dāng)鋅粉加入溶液后，并不能立即發(fā)生反應(yīng)，即不能離析出不可溶的硅酸鹽，也不會(huì)發(fā)生大量的硅凝膠離析出來(lái)。因此涂層固化時(shí)間很長(zhǎng)，施工使用很不方便，噴涂后，數(shù)小時(shí)才能干燥，干燥后再噴涂專用的固化劑，隔24小時(shí)固化完全后，用水清洗表面殘余的鹽，待干透后才可涂面漆或再次噴涂。涂層厚度有限制，不能太厚，否則不易固化完全。因此對(duì)施工場(chǎng)地，天氣條件，人員素質(zhì)要求較高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，施工周期長(zhǎng)。施工中為加快固化時(shí)間，往往采用高溫烘烤處理，表面易起泡脫落，零件易變形，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，產(chǎn)品質(zhì)量不易保證。
經(jīng)過(guò)不斷的研究，人們開(kāi)發(fā)出以有機(jī)溶劑為主的溶劑型鋅硅涂料。
溶劑主要成分是有機(jī)硅樹(shù)脂和含苯類或醇類溶劑的SiO2膠體。有機(jī)硅樹(shù)脂的含量約為10％-40％，含苯類或醇類溶劑的SiO2膠體含量約是5％-30％(參見(jiàn)CN1160735A)，其成膜原理是在催化劑存在下，有機(jī)硅樹(shù)脂部分水解，生成有機(jī)硅縮合物，縮合物進(jìn)一步水解縮合，生成更大的多分子網(wǎng)狀和鏈狀結(jié)構(gòu)，這些大分子縮合物包含有反應(yīng)能力的羥基和乙氧基，這些基團(tuán)可與鋅、鐵反應(yīng)，形成硅酸鋅、硅酸鐵，還可以與其他有機(jī)物縮合構(gòu)成巨大的分子網(wǎng)膜。
隨后，又通過(guò)有機(jī)硅樹(shù)脂的改性技術(shù)，加快了涂膜的固化時(shí)間，改進(jìn)了涂膜的韌性。
但是，較水基溶劑型鋅硅涂料，有機(jī)鋅硅涂料又有著明顯的缺陷。由于含有苯類或醇類溶劑，使得涂料產(chǎn)生刺激性氣味且有一定毒性，對(duì)生產(chǎn)、施工人員，周圍居民的健康構(gòu)成威脅，限制了涂料的生產(chǎn)和施工使用。尤其是在人們更加注意環(huán)境保護(hù)的今天，這個(gè)矛盾尤為突出。其次，由于含有較多的有機(jī)成分，其抗老化能力有所降低，抗有機(jī)溶劑、抗老化性能稍差。再有，有機(jī)涂料抗高溫性能差，在溫度較高或需焊接，切割等操作是，涂層易變軟，失效。而且不易儲(chǔ)存，不穩(wěn)定。
因此，需要制造出一種無(wú)污染、具有高摩爾比、固化時(shí)間短的防腐涂料。
本發(fā)明的目的是提供一種固化時(shí)間短、無(wú)污染、穩(wěn)定易于保存的高摩爾比防腐無(wú)機(jī)涂料及其制備方法。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種無(wú)機(jī)雙組分水基鋅硅涂料，該涂料包括組分1和組分2，其特征在于，組分1是按下述步驟制備的選取硅酸鉀溶液，保持溫度35℃-70℃，攪拌所述硅酸鉀溶液，在其旋渦穩(wěn)定的條件下順序加入總重量比為0.2-2％的硅酸鋰、總重量比為5-35％的沉淀SiO2繼續(xù)攪拌，得到透明粘稠的溶液；在1-1.5小時(shí)內(nèi)滴入重量比為所述硅酸鉀溶液1％-20％的CH3Si(OCH3)3，使其水解；加入總重量比為61.0-86.7％的水和總重量比為0.1-2％的CaSiO3；組分2為鋅粉，其含有金屬鋅量為95-98％，平均粒度為4μm；其中，組分1與組分2的重量比為1∶2～4。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種制備無(wú)機(jī)雙組分水基鋅硅涂料的方法，包括先這樣制備組分1選取硅酸鉀溶液，保持溫度35℃-70℃，攪拌所述硅酸鉀溶液，在其旋渦穩(wěn)定的條件下順序加入總重量比為0.2-2％的硅酸鋰、總重量比為5-35％的沉淀SiO2繼續(xù)攪拌，得到透明粘稠的溶液；在1-1.5小時(shí)內(nèi)滴入重量比為所述硅酸鉀溶液1％-20％的CH3Si(OCH3)3，使其水解；加入總重量比為61.0-86.7％的水和總重量比為0.1-2％的CaSiO3；然后將組分2加入組分1中，其中組分2為鋅粉，其含有金屬鋅量為95-98％，平均粒度為4μm。
本發(fā)明的涂料是一種高摩爾比的硅酸鹽無(wú)機(jī)涂料，該涂料可應(yīng)用于車輛，機(jī)械，船舶，橋梁，塔架，管道等鋼鐵結(jié)構(gòu)表面的防腐保護(hù)，其防腐性能優(yōu)秀，施工方便，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，穩(wěn)定易于保存，且價(jià)格低廉。
本發(fā)明是用沉淀二氧化硅制造穩(wěn)定的高摩爾比(高模數(shù))堿金屬硅酸鹽水溶液。長(zhǎng)久以來(lái)，高摩爾比一直是人們努力試圖得到的，因?yàn)镾iO2與K2O之比越高，則最終涂層不溶水性越好，即涂層的抗水性越好，涂層自行固化時(shí)間越短。本發(fā)明通過(guò)加入過(guò)量的SiO2來(lái)獲得高摩爾比，這個(gè)方法防止了溶液中膠體的凝結(jié)。
本發(fā)明中使用的是模數(shù)M為3.2的堿性硅酸鉀水溶液，選用的硅酸鉀模數(shù)應(yīng)盡可能高，這樣可以減少SiO2的消耗，縮短反應(yīng)時(shí)間。目前，市場(chǎng)上可以購(gòu)買到的模數(shù)較大的硅酸鉀為3.2，固體含量35％。必須保證硅酸鉀溶液中有足夠的固體含量，當(dāng)固體含量過(guò)低時(shí)，反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行。但是也不能太高，否則溶液粘度加大，不易攪拌。
本發(fā)明還應(yīng)用了硅酸鹽水溶液的改性技術(shù)。普通的硅酸鹽水溶液形成的涂層脆，與底材附著力差，易開(kāi)裂。在本發(fā)明中，利用一甲基三甲氧基硅烷(CH3Si(OCH3)3)水解產(chǎn)物作為偶聯(lián)劑加入到溶液中，會(huì)提高涂層與基體的結(jié)合力，并改善涂層的強(qiáng)度和韌性。
先將硅酸鉀水溶液倒入帶有攪拌裝置的容器，在反應(yīng)過(guò)程中，攪拌是必須的。攪拌轉(zhuǎn)速越快，則反應(yīng)進(jìn)程將縮短，應(yīng)能達(dá)到5,000rpm左右，可以選擇更高的轉(zhuǎn)速，但是要保證溶液不溢出。不管選擇什么轉(zhuǎn)速，都要能形成旋渦并保持旋渦的穩(wěn)定。
當(dāng)硅酸鉀水溶液開(kāi)始攪拌時(shí)，應(yīng)提高溶液的溫度，實(shí)驗(yàn)表明，提高溫度可以加快反應(yīng)進(jìn)度?？梢允谷芤簻囟瓤刂圃?5℃-70℃，越接近70℃越好，但是不要超過(guò)75℃。隨著溫度的升高和攪拌，旋渦開(kāi)始向外擴(kuò)張，這時(shí)應(yīng)調(diào)整轉(zhuǎn)速，保持旋渦穩(wěn)定。加入硅酸鋰，溶液無(wú)明顯變化，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)少量白色小塊，說(shuō)明加入速度太快，攪拌一段時(shí)間后，白色小塊自行消失。硅酸鋰的加入量不可太多，否則會(huì)降低最終溶液的模數(shù)。
隨后加入SiO2，此時(shí)溶液粘度急劇增加，可以加少量的去離子水，保持旋渦穩(wěn)定，以均勻分散SiO2顆粒。水應(yīng)少加，周期性的加入，以避免降低溶液的PH值。在簡(jiǎn)單混合情況下，加水是為了減少粘度和避免發(fā)生凝結(jié)。加到旋渦穩(wěn)定，清潔、粘稠的溶液形成為止。本發(fā)明中選用的是超精細(xì)沉淀二氧化硅，其平均直徑小于1.5μm，SiO2顆粒應(yīng)盡可能的小，否則會(huì)打團(tuán)凝結(jié)成塊。為使反應(yīng)完全進(jìn)行，需要保持一定轉(zhuǎn)速、溫度，反應(yīng)時(shí)間多少可以視轉(zhuǎn)速和溫度而定。反應(yīng)完全進(jìn)行后，得到透明，略帶色的粘稠溶液。
下一步是滴入CH3Si(OCH3)3，用量最小約是初始硅酸鉀的1％，多至20％也可以，但是價(jià)格是一個(gè)必須考慮的因素。加入時(shí)一定要緩慢滴入，使其充分水解。制得的溶液繼續(xù)保持旋渦，大約1.5小時(shí)，要保證有足夠的時(shí)間使其水解。再加入余量的水和硅灰石(CaSiO3)，充分混合攪拌，本發(fā)明的組份1即制成，再以適當(dāng)比例混合組份2，作為防腐成分的鋅粉，本發(fā)明即可完成。
由上述工藝過(guò)程制造的涂料含有水，SiO2，K2O以及一甲基三甲氧基硅烷的水解產(chǎn)物CH3Si(OH)3，溶液是以水基的形式存在，干燥揮發(fā)很快。鋅的加入量，可以由涂膜干燥后的固體含量推算出來(lái)，即僅與固體含量有關(guān)。為達(dá)到最佳防腐效果，必須使鋅顆粒與鋼鐵表面緊密接觸，因此要保證一定的含鋅量。
在本發(fā)明中，典型的SiO2與K2O的摩爾比是4.8～6.0，無(wú)機(jī)物固體含量大約是18％～26％。
應(yīng)該指出，盡管對(duì)應(yīng)某一特定的摩爾比，組份也有一個(gè)變化的范圍，因?yàn)槟z體的水量是變化的。摩爾比越高，涂層的抗水性越好，但制造時(shí)間越長(zhǎng)，因?yàn)橐芙飧嗟腟iO2，需要小心的控制過(guò)程，加入水量要嚴(yán)格，旋渦要保持。
下面是一個(gè)實(shí)例詳細(xì)描述整個(gè)過(guò)程。制造2.5公斤組份1溶液，SiO2與K2O的摩爾比約是5.6，固體含量25.7％。
1稱量出1,000g起始硅酸鉀溶液，其中SiO2與K2O的摩爾比3.2∶1，固體含量35％。
2稱量出184g SD-410沉淀二氧化硅。
3稱量出20g模數(shù)5.9的硅酸鋰水溶液。
4稱量出70g CH3Si(OCH3)3。
5稱量出20g硅灰石(CaSiO3)。
6稱量出1210g去離子水。
7將硅酸鉀溶液倒入反應(yīng)器，開(kāi)始攪拌，轉(zhuǎn)速1,500rpm，形成旋渦。同時(shí)，保持溶液溫度35℃。
8將硅酸鋰溶液緩慢加入反應(yīng)器，轉(zhuǎn)速可以適當(dāng)增加，但不能使溶液溢出。
9提高溫度至70℃，保持旋渦，逐漸加入沉淀二氧化硅到旋渦中，適當(dāng)加入去離子水，防止凝結(jié)，但是要嚴(yán)格控制水量，不使PH值降低過(guò)多。
10提高轉(zhuǎn)速，保持溫度，使反應(yīng)充分進(jìn)行，大約一小時(shí)。得到透明，粘稠溶液為止。
11緩慢滴入400g水，調(diào)整轉(zhuǎn)速，保持旋渦。
12加入CH3Si(OCH3)3，為使其完全水解，必須盡可能緩慢，一般持續(xù)30分鐘。
13加入余量的水，保持溫度，持續(xù)1.5小時(shí)。轉(zhuǎn)速可稍增加。得到無(wú)色，透明溶液為止。
14；加入硅灰石，充分?jǐn)嚢?0分鐘。
15將得到溶液倒出，罐裝，溶液表面可能有少量白色漂浮物，24小時(shí)后其自行消失。
16反應(yīng)器底部可能有少許沉淀，其數(shù)量多少與所加原料的雜質(zhì)和不溶物的含量有關(guān)。
按上述操作所制得的溶液可能稍小于2.5公斤。但如果加入填料和顏料之后，可以得到比2.5公斤更多的涂料。
下面再舉一個(gè)實(shí)例詳細(xì)描述整個(gè)過(guò)程。制造2.5公斤組份1溶液，SiO2與K2O的摩爾比約是4.8，固體含量25.7％。
1稱量出1,000g起始硅酸鉀溶液，其中SiO2與K2O的摩爾比3.2∶1，固體含量35％。
2稱量出123g SD-410沉淀二氧化硅。
3稱量出20g模數(shù)5.9的硅酸鋰水溶液。
4稱量出35g CH3Si(OCH3)3。
5稱量出20g硅灰石(CaSiO3)。
6稱量出1300g去離子水。
7將硅酸鉀溶液倒入反應(yīng)器，開(kāi)始攪拌，轉(zhuǎn)速1,500rpm，形成旋渦。同時(shí)，保持溶液溫度35℃。
8將硅酸鋰溶液緩慢加入反應(yīng)器，轉(zhuǎn)速可以適當(dāng)增加，但不能使溶液溢出。
9提高溫度至70℃，保持旋渦，逐漸加入沉淀二氧化硅到旋渦中，適當(dāng)加入去離子水，防止凝結(jié)，但是要嚴(yán)格控制水量，不使PH值降低過(guò)多。
10提高轉(zhuǎn)速，保持溫度，使反應(yīng)充分進(jìn)行，大約45分鐘。得到透明，粘稠溶液為止。
11緩慢滴入350g水，調(diào)整轉(zhuǎn)速，保持旋渦。
12加入CH3Si(OCH3)3，為使其完全水解，必須盡可能緩慢，一般持續(xù)30分鐘。
13加入余量的水，保持溫度，持續(xù)1.5小時(shí)。轉(zhuǎn)速可稍增加。得到無(wú)色，透明溶液為止。
14；加入硅灰石，充分?jǐn)嚢?0分鐘。
15將得到溶液倒出，罐裝，溶液表面可能有少量白色漂浮物，24小時(shí)后其自行消失。
16反應(yīng)器底部可能有少許沉淀，其數(shù)量多少與所加原料的雜質(zhì)和不溶物的含量有關(guān)。
按上述操作所制得的溶液可能稍小于2.5公斤。但如果加入填料和顏料之后，可以得到比2.5公斤更多的涂料。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)機(jī)雙組分水基鋅硅涂料，該涂料包括組分1和組分2，其特征在于，組分1是按下述步驟制備的1)選取硅酸鉀溶液，保持溫度35℃-70℃，攪拌所述硅酸鉀溶液，在其旋渦穩(wěn)定的條件下順序加入總重量比為0.2-2％的硅酸鋰、總重量比為5-35％的沉淀SiO2繼續(xù)攪拌，得到透明粘稠的溶液；2)在1-1.5小時(shí)內(nèi)滴入重量比為所述硅酸鉀溶液1％-20％的CH3Si(OCH3)3，使其水解；3)加入總重量比為61.0-86.7％的水和總重量比為0.1-2％的CaSiO3；組分2為鋅粉，其含有金屬鋅量為95-98％，平均粒度為4μm；其中，組分1與組分2的重量比為1∶2～4。
2.如權(quán)利要求1所述的涂料，其特征在于，所述硅酸鉀溶液中，SiO2與K2O的摩爾比大于等于3.2。
3.如權(quán)利要求1所述的涂料，其特征在于，所述沉淀SiO2顆粒直徑在1.5μm-120μm之間。
4.一種制備無(wú)機(jī)雙組分水基鋅硅涂料的方法，包括-制備組分11)選取硅酸鉀溶液，保持溫度35℃-70℃，攪拌所述硅酸鉀溶液，在其旋渦穩(wěn)定的條件下順序加入總重量比為0.2-2％的硅酸鋰、總重量比為5-35％的沉淀SiO2繼續(xù)攪拌，得到透明粘稠的溶液；2)在1-1.5小時(shí)內(nèi)滴入重量比為所述硅酸鉀溶液1％-20％的CH3Si(OCH3)3，使其水解；3)加入總重量比為61.0-86.7％的水和總重量比為0.1-2％的CaSiO3；-將組分2加入組分1中，其中組分2為鋅粉，其含有金屬鋅量為95-98％，平均粒度為4μm。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述硅酸鉀溶液中，SiO2與K2O的摩爾比大于等于3.2。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述SiO2顆粒直徑在1.5μm-120μm之間。
全文摘要
一種高模數(shù)無(wú)機(jī)雙組份水基鋅硅涂料及其制備方法。組分1是通過(guò)選取硅酸鉀溶液,保持溫度并攪拌,在其旋渦穩(wěn)定的條件下順序加入硅酸鋰、沉淀SiO
文檔編號(hào)C09D1/00GK1254736SQ99103350
公開(kāi)日2000年5月31日 申請(qǐng)日期1999年3月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月16日
發(fā)明者崔悅, 崔焱, 馬鐘媚 申請(qǐng)人:崔悅