本發(fā)明屬于涂料領(lǐng)域，具體涉及一種水性無(wú)機(jī)富鋅涂料及其制備方法。

背景技術(shù)：

水性無(wú)機(jī)富鋅涂料以其優(yōu)異的防腐性能在各個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家得到了快速發(fā)展和應(yīng)用。國(guó)內(nèi)在水性無(wú)機(jī)富鋅涂料的研究起步于20世紀(jì)80年代，天津化工研究院開(kāi)始研究水性無(wú)機(jī)富鋅涂料。到90年代已經(jīng)有了一定發(fā)展，如天津的LW.1型無(wú)機(jī)涂料、重慶三峽的E06-l、武漢現(xiàn)代的E777.1等。1994年，上海星橋科技咨詢(xún)有限公司成功研制出QSZ.1型高模數(shù)水性無(wú)機(jī)富鋅涂料，并于1996年成功應(yīng)用于徐浦大橋的鋼梁主體結(jié)構(gòu)上。中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán)研究所研究并開(kāi)發(fā)的E06.99型水性無(wú)機(jī)富鋅涂料應(yīng)用非常的廣泛，這得益于其優(yōu)異的耐腐蝕性能以及快速固化成膜的涂裝施工性能。

富鋅涂料根據(jù)成膜物質(zhì)的不同，一般分為有機(jī)富鋅涂料與無(wú)機(jī)富鋅涂料兩大類(lèi)。有機(jī)富鋅涂料是以合成樹(shù)脂如環(huán)氧、聚酯樹(shù)脂等為成膜物質(zhì)，以高含量鋅粉為顏填料的防銹涂料，產(chǎn)品基本定型，并得到廣泛的應(yīng)用；無(wú)機(jī)富鋅涂料是以無(wú)機(jī)聚合物(如硅酸鹽、磷酸鹽、重鉛酸鹽等)為成膜基液，鋅粉與之反應(yīng)，在金屬表面形成鋅鐵絡(luò)合物，從而形成堅(jiān)實(shí)的防護(hù)涂膜。近年來(lái)，隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)含揮發(fā)性有機(jī)溶劑的限制越來(lái)越嚴(yán)格，水性涂料、無(wú)溶劑涂料等成為涂料行業(yè)發(fā)展的主流，得到人們?cè)絹?lái)越多的重視。目前國(guó)內(nèi)水性無(wú)機(jī)富鋅涂料的基液主要是硅酸鹽系列，包括硅酸鈉、硅酸鉀等品種。無(wú)機(jī)富鋅涂料在導(dǎo)靜電性、耐候性、耐熱性、耐溶劑性、防銹性等方面都優(yōu)于有機(jī)富鋅涂料，尤其當(dāng)作為單一涂層時(shí)，具有更好的耐久性和耐候性。所以，無(wú)機(jī)富鋅涂料被廣泛用于海洋和工業(yè)環(huán)境中鋼結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)效防護(hù)，如船舶鋼甲板、海上鋼結(jié)構(gòu)、貯罐、橋梁、電視塔、化工廠等國(guó)際上發(fā)展了醇溶型自固化無(wú)機(jī)富鋅漆，其基料是正硅酸乙酯在少量鹽酸的催化下，水解縮聚得到的聚硅酸乙酯，特點(diǎn)是干燥快、施工適應(yīng)性好，是目前應(yīng)用最廣泛的無(wú)機(jī)富鋅漆。后來(lái)，美國(guó)的NA5A首先開(kāi)發(fā)出了不含VOC，且防腐蝕性能優(yōu)良的水性無(wú)機(jī)硅酸鉀防腐蝕涂料。現(xiàn)在，大阪涂料公司開(kāi)發(fā)的ZIES215水性無(wú)機(jī)富鋅底漆也做到了VOC零含量，且防銹性?xún)?yōu)異，耐油品及溶劑浸泡，耐溫達(dá)400℃。

但是，水性無(wú)機(jī)富鋅涂料在施工困難、以及漆膜的物理機(jī)械性能等方面仍存在不足。主要表現(xiàn)在：(1)微觀多孔，屏蔽性能差。一般的水性無(wú)機(jī)富鋅涂料中鋅粉的含量高達(dá)70～80％，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了填料的臨界體積濃度(CPVC)，此時(shí)無(wú)機(jī)硅酸鹽粘結(jié)劑的量己不足以填充鋅粉顆粒之間的空隙，造成涂層易多孔。如果在底漆上再涂覆其他面漆，會(huì)使面漆生成氣泡的概率增大。(2)涂料的適用期差短。在配置涂料時(shí)，鋅粉加入量大，而鋅是一種重金屬，涂料配置后易于發(fā)生沉淀結(jié)餅，使涂料失效，給涂料的高質(zhì)量、高效率施工帶來(lái)困難。(3)施工條件苛刻。涂層固化時(shí)，由于無(wú)機(jī)硅酸鹽、鋅粉、金屬基材之間形成了一層致密的絡(luò)合結(jié)構(gòu)，涂料和基材的結(jié)合處是一種以化學(xué)鍵結(jié)合的鋅.硅酸鹽聚合物，所以金屬基材表面處理必須達(dá)到GB8923.88Sa2.5級(jí)以上。(4)涂層的脆性差。由于水性無(wú)機(jī)富鋅涂層由無(wú)機(jī)硅酸鹽和鋅粉制成，呈脆性，涂層易開(kāi)裂，其涂層的柔韌性和耐沖擊性等機(jī)械性能較差。中國(guó)專(zhuān)利(CN 201510354462.8)在水性無(wú)機(jī)富鋅涂料的制備中通過(guò)引進(jìn)有機(jī)水性硅丙乳液解決了機(jī)械性能的不足，在耐水性和附著及柔韌性能上都得到較大改善；通過(guò)引進(jìn)硅烷偶聯(lián)劑以及采分次滴加攪拌方式使油漆的儲(chǔ)存穩(wěn)定性得到提高。

所以，水性無(wú)機(jī)富鋅涂料是一種優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)同樣明顯的水性涂料，這嚴(yán)重影響了它的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。其施工與固化受環(huán)境影響較大，想要進(jìn)一步縮短其固化成膜的時(shí)間，在不影響其防腐蝕性能的同時(shí)又能降低施工要求，還需進(jìn)行更深入的開(kāi)發(fā)和研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本申請(qǐng)擬制備高模數(shù)硅酸鉀溶液，并采用硅丙乳液以及硅烷偶聯(lián)劑對(duì)其改性，獲得具有優(yōu)良防腐性能和機(jī)械性能的水性無(wú)機(jī)富鋅涂料，提高漆膜涂膜性的同時(shí)改善涂料的附著力，降低施工難度。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種水性無(wú)機(jī)富鋅涂料，包括甲組份和乙組分，甲組份和乙組分的重量比為3:7；

所述甲組份包括如下重量份數(shù)的組分：

硅酸鹽水溶液70-80重量份，

硅烷偶聯(lián)劑1-5重量份，

硅丙乳液10-15重量份，

磷酸鋅1-10重量份，

防沉劑1-5重量份，其中所述防沉劑由鋅摻雜的凹凸棒土和銀鋅二氧化鈦組成；

所述乙組分由鋅粉組成。

優(yōu)選地，所述硅酸鹽水溶液中硅酸鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)或質(zhì)量百分比濃度為70-80wt％。。

優(yōu)選地，所述硅酸鹽水溶液為硅酸鉀水溶液、硅酸鈉水溶液或硅酸鋰水溶液的一種或幾種。

優(yōu)選地，所述硅烷偶聯(lián)劑包括γ―(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(即KH560)、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷。

本發(fā)明利用硅烷偶聯(lián)劑的連接橋作用，在無(wú)機(jī)高聚物中引入硅丙乳液進(jìn)行改性，利用硅丙乳液兼具有機(jī)硅樹(shù)脂和丙烯酸乳液的優(yōu)點(diǎn)，涂膜固化后具有優(yōu)異的耐水性、耐候性和機(jī)械性能。而同時(shí)，硅丙乳液和硅酸鹽溶液的化學(xué)結(jié)構(gòu)和極性都相差不大，不容易發(fā)生相分離，可以很好地進(jìn)行復(fù)配，復(fù)配后獲得的溶液能較好的發(fā)揮二者的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)水性無(wú)機(jī)富鋅涂層機(jī)械性能差的缺陷，而且不影響其防腐性能。

優(yōu)選地，所述硅丙乳液中的固含量為45wt％。

優(yōu)選地，所述鋅粉的目數(shù)為800目，純度大于98wt％。

優(yōu)選地，所述防沉劑中鋅摻雜的凹凸棒土和銀鋅二氧化鈦的重量比為1：0.2-1，其中鋅摻雜的凹凸棒土的鋅摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-20wt％，銀鋅二氧化鈦中銀鋅的摻雜總量為3-6wt％。

本發(fā)明進(jìn)一步提出了上述水性無(wú)機(jī)富鋅涂料的制備方法，包括以下步驟：

(1)按照權(quán)利要求1所述配方量稱(chēng)量硅酸鹽水溶液、硅烷偶聯(lián)劑、硅丙乳液、磷酸鋅和防沉劑，依次放入攪拌分散多功能機(jī)中高速攪拌均勻，得到甲組分；

(2)將步驟(1)攪拌均勻的甲組分靜置消泡后，再按配方量加入鋅粉，繼續(xù)以100rpm/min攪拌均勻30min后80目過(guò)濾，包裝即得到產(chǎn)品。

優(yōu)選地，在步驟(1)中，高速攪拌的速率為1000r/min，攪拌時(shí)間為30min。

水性無(wú)機(jī)富鋅涂料的基料主要由硅酸鹽水溶液構(gòu)成，其中Si—O鍵與固體成分(鋅粉)、鋼鐵表面的鐵元素等生成硅酸鹽聚合物。與此同時(shí)，吸收空氣中的水分和二氧化碳，繼續(xù)反應(yīng)，主要生成不溶性涂膜和網(wǎng)狀硅酸鋅絡(luò)合物網(wǎng)絡(luò)，將涂層與鋼鐵基體連成一體，并使涂層與基體之間有很高的結(jié)合力，起到了保護(hù)鋼鐵的作用。

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

(1)本發(fā)明制備的水性無(wú)機(jī)富鋅涂料干膜鋅含85％以上，采用雙組份包裝，儲(chǔ)存穩(wěn)定性不低于6個(gè)月，所形成的漆膜附著力和硬度等機(jī)械性能優(yōu)異，耐中性鹽霧試驗(yàn)1000h以上，所形成的漆膜致密性好，柔韌性和耐沖擊性好；

(2)本發(fā)明制備方法工藝簡(jiǎn)單，其中甲組分的配制只需一次性加入攪拌即可完成、能耗低，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；

(3)本發(fā)明創(chuàng)造性的引入了磷酸鋅，磷酸鋅熱穩(wěn)定性好、能顯著改善涂料的耐腐蝕性能，但是其難溶于水、比重大，易發(fā)生沉降，將磷酸鋅溶解在硅丙乳液中，可以均勻分散在甲組分的漿料中，同時(shí)磷酸鋅的加入可以提高漆膜的致密性，涂料的耐腐蝕性可顯著提高10％以上；

(4)本發(fā)明由鋅摻雜的凹凸棒土和銀鋅二氧化鈦組成的防沉劑，在該防沉劑內(nèi)摻雜鋅，在提高涂料干膜鋅含量的同時(shí)，也可以防止沉淀結(jié)餅，增加涂料的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，降低施工困難度。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步解釋說(shuō)明。

實(shí)施例1

先稱(chēng)取80kg 70wt％的硅酸鉀水溶液、3kgγ―(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(即KH560)、10kg固含量為45％的硅丙乳液、5kg磷酸鋅、1kg防沉劑，其中防沉劑中鋅摻雜的凹凸棒土和銀鋅二氧化鈦的質(zhì)量比為1：0.2，加入至攪拌分散多功能機(jī)中，以1000rpm/min高速攪拌30min，靜置一段時(shí)間消泡后，再稱(chēng)取233kg鋅粉，繼續(xù)以100rpm/min攪拌均勻30min后80目過(guò)濾，包裝即得到產(chǎn)品。。

實(shí)施例2

先稱(chēng)取75kg 75wt％的硅酸鉀水溶液、5kg硅烷偶聯(lián)劑KH560、13kg硅丙乳液、2kg磷酸鋅、5kg防沉劑，其中防沉劑中鋅摻雜的凹凸棒土和銀鋅二氧化鈦的質(zhì)量比為1：1，加入至攪拌分散多功能機(jī)中，以1000rpm/min高速攪拌30min，靜置一段時(shí)間消泡后，再稱(chēng)取233kg鋅粉，繼續(xù)以100rpm/min攪拌均勻30min后80目過(guò)濾，包裝即得到產(chǎn)品。。

實(shí)施例3

先稱(chēng)取70kg 80wt％的硅酸鉀水溶液、5kg甲基三甲氧基硅烷、15kg硅丙乳液、8kg磷酸鋅、2kg防沉劑，其中防沉劑中鋅摻雜的凹凸棒土和銀鋅二氧化鈦的質(zhì)量比為1：0.5，加入至攪拌分散多功能機(jī)中，以1000rpm/min高速攪拌30min，靜置一段時(shí)間消泡后，再稱(chēng)取233kg鋅粉，繼續(xù)以100rpm/min攪拌均勻30min后80目過(guò)濾，包裝即得到產(chǎn)品。。

對(duì)比例1

基本實(shí)驗(yàn)條件同實(shí)施例1，所不同之處在于所制備的涂料中不添加磷酸鋅。

對(duì)比例2

基本實(shí)驗(yàn)條件同實(shí)施例1，所不同之處在于不添加防沉劑。

用120#的線棒或噴涂方式分別將實(shí)施例1-3和對(duì)比例1-2所制備的涂料直接涂覆在馬口鐵上。應(yīng)注意的是，在制備用于測(cè)試抗沖擊性和附著力的涂層試樣時(shí)，馬口鐵先用20#砂紙打磨，然后用丙酮擦拭。所有涂層在室溫下干燥1周后進(jìn)行性能測(cè)試。實(shí)施例1-3和對(duì)比例1-2所制備涂料的主要性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1實(shí)施例2-4所制備涂料的主要性能

以上實(shí)施例只是對(duì)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思起到說(shuō)明示例作用，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍內(nèi)，進(jìn)行修改和等同替換，均應(yīng)落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。