專利名稱：水性無機雙組分富鋅涂料的制造方法及該涂料的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鋼結構等防腐蝕使用的水性無機雙組分富鋅涂料制造方法及該涂料。
為了提高鋼結構的防腐蝕性能，目前已開發出了多種水性無機雙組分富鋅涂料。中國高科集團股份有限公司所生產的高科牌水性無機富鋅涂料以超細鋅粉為主要原料，以鋰水玻璃為粘結劑，具有陰極保護、自愈封閉與鈍化的三重防腐蝕功能，使漆膜具有很強的抗腐蝕性能。化工部海洋研究院研制的水性無機富鋅涂料以高摩爾比的硅酸鉀溶液為基料，以水為溶劑和稀釋劑，無有機揮發物，無污染，干燥迅速。中國專利公開CN1182105號公開的一種富鋅涂料，包括硅酸鹽、硅溶膠、水和鋅粉，其中的硅酸鹽可以是硅酸鉀、硅酸鈉、硅酸鋰中的一種。而中國專利公開CN1254736號公開的一種高模數水性無機雙組分富鋅涂料，其粘結劑以硅酸鉀溶液為基材，在保持一定的溫度并攪拌的條件下，順序加入硅酸鋰、沉淀二氧化硅，得粘稠狀溶液，再加入一甲基三甲氧基硅、水和硅酸鈣水解而成。加入過量二氧化硅的目的在于提高模數即二氧化硅與氧化鉀、氧化鈉、氧化鋰之比，因為，高模數的涂料，在干燥過程中隨著水分的蒸發，二氧化硅粒子逐漸靠近并發生聚合反應，能形成Si-O硅氧鍵的立體網狀態結構，在涂料中，細小的硅溶膠粒子包圍著鋅粉，干燥后可以把整個涂層連成一個完整的薄膜。Si-O硅氧鍵聚合物具有不可逆性，一旦干燥成膜就再也不溶于水，因此，模數越高，最終涂層的不溶水性即耐水性越好。
但是，上述的水性無機富鋅涂料均以一種堿金屬硅酸鹽例如硅酸鉀、鋰水玻璃、鈉水玻璃等作為粘結劑的基材，該基材中含有大量的正離子，因此在粘結劑的制備過程中，溶液不夠穩定，容易導致制成的粘結劑的pH值、組分、性能不夠穩定，使最終涂料的性能不夠穩定。尤其是由于這樣的作為基材的堿金屬硅酸鹽中的正離子較多，如果最終涂層中的正離子比較多，則在涂層干燥后，通過吸收空氣中的二氧化碳而達到“中性化”所需的時間也較多，在該較長的養護期間如果其表面遇水，就會形成pH值大于12的堿溶液。過濃的堿溶液對粘結劑以硅酸鹽的基材的涂層結構有破壞作用，并會阻止涂層的繼續固化，如果泡水時間過長，則會使涂層出現“粉化”、“脫落”等弊病，這是一般的粘結劑以硅酸鹽為基材的涂層早期耐水性不佳的主要原因。另外，例如在中國專利公開CN1254736號所公開的水性無機雙組分富鋅涂料中，為了提高模數以提高涂料的抗水性能，提高最終涂層的不溶水性，在粘結劑制備過程中，要向硅酸鉀基材中加入沉淀二氧化硅。但由于加入固體的沉淀二氧化硅，便溶液的均勻性趨向不穩定，因此如該專利的權利要求1所述，必須在“保持溫度35℃-70℃”并進行攪拌的條件下加入二氧化硅，才能獲得透明粘稠的溶液。這就需要配備加熱設備及溫度控制設備等，使制備過程變復雜，并提高了制造成本。
本發明提供一種水性無機雙組分富鋅涂料的制造方法，該涂料通過將制備好的組分A即粘結劑與組分B即鋅粉以1∶2-4的重量比混和而制成，其特征在于，所述組分A的制備包括下述步驟1)將含鋰、鈉、鉀離子的混合型硅溶膠放入容器加以攪拌，該混合型硅溶膠中鋰、鈉、鉀離子的含量分別為0.1-5％、0.05-5％、0.05-5％，并在攪拌的旋渦穩定的條件下順序加入總重量比為0.2-10％的硅酸鋰，同時不斷攪拌，使溶液呈半透明膠體狀；2)在1-1.5個小時內滴入總重量比為所述硅溶膠重量1-10％的CH3Si(OCH3)3，使其水解成CH3Si(OH)3；3)加入總重量比10-28％的含8重量％的無機凝膠水溶液。
本發明提供的一種水性無機雙組分富鋅涂料，其組分A即粘結劑與組分B即鋅粉的重量比為1∶2-4，其特征在于，所述組分B為鋅粉，其金屬鋅含量≥95％；所述組分A的制備包括下述步驟1)將含鋰、鈉、鉀離子的混合型硅溶膠放入容器力以攪拌，該混合型硅溶膠中鋰、鈉、鉀離子的含量分別為0.1-5％、0.05-5％、0.05-5％，并在攪拌的旋渦穩定的條件下順序加入總重量比為0.2-10％的硅酸鋰，同時不斷攪拌，使溶液呈半透明膠體狀；2)在1-1.5個小時內滴入總重量比為所述硅溶膠重量1-10％的CH3Si(OCH3)3，使其水解成CH3Si(OH)3；3)加入總重量比10-28％的含8重量％的無機凝膠水溶液；4)加入總重量比為1-15％苯丙乳液；5)用高剪切分散乳化機分散所獲得的粘結劑液體。
如上所述，由于本發明的水性無機雙組分富鋅涂料，以含有適當鉀、鈉、鋰的混合型硅溶膠為基材制造穩定的高模數堿金屬硅酸鹽粘結劑，因此在制備過程中溶液較穩定，容易制造出耐水性能良好且性能穩定的高模數粘結劑；硅溶膠中本身含有二氧化硅，故不必為了提高摩爾數而加入沉淀二氧化硅，因此不必在保持一定溫度的條件下進行攪拌，制備較方便，且設備較簡單，制造成本低；本發明通過在硅溶膠中加入硅酸鋰，將粘結劑溶液的pH值調整在適當的數值，并能提高硅溶膠的穩定性，因為，硅酸鋰的分子結構不同于同類型的硅酸鉀或硅酸鈉，鋰原子序數為3，原子半徑為6.94，離子半徑很小，電荷密度特別高，在溶液中，鋰離子會阻礙二氧化硅相互靠攏、接觸而發生聚合反應，使硅溶膠溶液穩定；并且由于使用混合型硅溶膠為基材，其正離子數較少，因此最終涂層中的正離子數較少，只要吸收空氣中的較少的二氧化碳，涂層就可以達到“中性化”，因此，養護期間較短，早期抗水性能良好。另外，普通的硅溶膠水溶液形成的涂層較脆，與基體附著力較差，易開裂，而本發明通過加入CH3Si(OCH3)3(甲基三甲基氧基硅烷)，利用其水解產物為偶聯劑，在溶液中能提高涂層與基體的結合力。再有，本發明在粘結劑制備過程中加入適量的無機凝膠水溶液作為觸變劑，這樣，攪拌達到一定速度，溶液的粘稠度就下降，因此可以解決堵泵問題，提高施工性能。
本發明的其它作用效果將通過對實施例的描述進一步闡明。
1)稱量出1137g含有適量鋰、鉀、鈉的混合型硅溶膠，其二氧化硅的含量為25％，固含量為25.5％，粒徑為10-20nm，即，使用的硅溶膠中，含有的是粒徑為納米級的包括二氧化硅在內的粒子。將該混合型硅溶膠倒入帶有攪拌裝置的容器中，開始攪拌，轉速為1500rpm，形成旋渦，并在攪拌形成的旋渦穩定的條件下，加入112g模數為4.8M的硅酸鋰。通過加入硅酸鋰，將混合型硅溶膠的pH值從原來的約10提高至約11。因為，如果pH值為10以下，則溶液的穩定性差，相反如果pH值高于11，即堿性太重，則與作為面漆的其它涂料的配套性差。因此，硅酸鋰的加入量應為總重量比的0.2-10％，并使溶液的pH值為在10.6-11.3的范圍內。攪拌轉速越快，反應速度也越快，故最好轉速達到1500rpm左右，可以選擇更高的轉速，但應保證溶液不溢出并能形成穩定的旋渦。當攪拌過程中旋渦開始向外擴張時，應調整轉速以保持旋渦穩定。加入硅酸鋰，溶液無明顯變化，有時會出現少量白色小塊，說明加入速度太快，攪拌一段時間后，白色小塊自選消失。硅酸鋰的加入量不宜太多，否則會降低最終溶液的模數。然后提高轉速，使反應充分進行，經過大約3小時，直至獲得半透明膠體溶液。
2)邊繼續攪拌邊緩慢滴入40gCH3Si(OCH3)3；并繼續保持旋渦大約1.5小時，使其有足夠的時間充分水解。該CH3Si(OCH3)3用于改良涂層的性能，其用量為總重量比的1％-10％，太少起不到作用，太多則會提高涂料的成本。
3)加入518g脹發好的8％的無機凝膠溶液，充分攪拌30分鐘。該無機凝膠溶液的加入量應在總重量比的10-28％范圍內(應該在此范圍內的理由？有否最佳值？)。
4)加入198g苯丙乳液，并充分攪拌30分鐘。苯丙乳液能提高涂層的耐沖擊性和柔韌性，加入量范圍應為總重量比的1-15％(理由？有否最佳重量比？)。
5)將得到的液體用高剪切分散乳化機使因為加入苯丙乳液而發生團聚的粒子分散。
將這樣制成的粘結劑即組分A與主要成分(含量為95-98％)為鋅粉、平均粒度為3-5微米的組分B以28∶72的比例混合，即成為本發明的涂料。
在上述實施例中，選用模數為4.8的硅酸鋰。選用模數高的硅酸鋰，可以減少二氧化硅的消耗，縮短反應時間。但當然也可以使用模數較低的硅酸鋰。
在上述實施例中，作為基材的硅溶膠中二氧化硅的含量為25％，當然也不必一定是該值，例如也可以是24.5％或25.5％。
在上述實施例中，鋅粉的平均粒度為3-5微米，但本發明不受此限，鋅粉的粒度更細，性能可以更好，當然也可以比此稍粗些。
在上述實施例中，硅溶膠中包括二氧化硅在內的固體粒子的粒徑為10-20nm，當然也可以使用固體粒子的粒徑較大的硅溶膠，但如果使用這樣粒徑的硅溶膠，制成的涂料因為粒子較小，故單位涂料可以涂裝更多的面積。
如上所述，用本發明的制造方法制備粘結劑，是在常溫常壓下進行操作，對生產環境和設備的要求較低，故制造比較方便，生產成本低；并且因為本發明使用粒徑小的硅溶膠，單位涂料可以涂裝更多的面積，因此使用本發明的水性無機雙組分富鋅涂料，可以大大降低涂裝成本；且無廢水、廢渣及有機揮發性氣體產生，有利于環境保護。
本發明的水性無機雙組分富鋅涂料固化時間短，早期耐水性特佳，即使長時間泡水，也不會出現“粉化”、“閃銹”等現象。這是因為，由于使用了如上所述的混合型硅溶膠，所以與現有的以堿性金屬硅酸鹽為基材制備粘結劑的涂料相比，制成的涂料中正離子要少得多，約少數十倍至數百倍，因此pH值也較低，在涂層干燥后只需空氣中較少的二氧化碳就可以中和涂層里面的堿，使涂層達到“中性化”。
本發明的水性無機雙組分富鋅涂料，因為其粘結劑的模數高，所以涂層的耐水性好，涂層的自行固化時間短。
采用本發明制造方法制成的水性無機雙組分富鋅涂料，因為其粘結劑的制備用基材即混合型硅溶膠中包括二氧化硅在內的固體粒子的粒徑為10-20nm，在涂料中，這樣細小的粒子包圍著粒徑較大(平均粒度為3-5微米)的鋅粉，在涂料干燥的過程中，隨著水分的蒸發，二氧化硅粒子逐漸靠近并發生聚合反應，形成Si-O硅氧鍵的立體網狀態結構，干燥后可以把整個涂層連成一個完整的薄膜，可以起到良好的屏蔽作用，提高涂料的防腐性能。即，根據本發明制造的水性無機雙組分富鋅涂料，由于其粘結劑使用粒徑為納米級的原料，且由于使用該納米級的原料，明顯提高了涂料的防腐性能，符合“1.至少有一相在1-100nm，2.因為納米相的存在而使涂料的性能有明顯提高”這一關于納米涂料必須滿足的條件，因此，根據本發明的涂料可以稱為納米涂料。
對如此制成的本發明的水性無機雙組分富鋅涂料進行了性能測定，下表列出其測定結果與中國高科集團所生產的水性無機富鋅涂料及化工部海洋化工研究院研制的水性無機富鋅涂料的性能比較。
從表中可以看出，本發明的高模數水性無機雙組分富鋅涂料，不僅在柔韌性、耐沖擊性、附著力及耐鹽霧方面，具有與其它兩種涂料相同或相近的性能，而且，其表干時間更短，只需15分鐘，其耐鹽水性也比其它涂料要強。
權利要求
1.一種水性無機雙組分富鋅涂料的制造方法，該涂料通過將制備好的組分A即粘結劑與組分B即鋅粉以1∶2-4的重量比混和而制成，其特征在于，所述組分A的制備包括下述步驟1)將含鋰、鈉、鉀離子的混合型硅溶膠放入容器加以攪拌，該混合型硅溶膠中鋰、鈉、鉀離子的含量分別為0.1-5％、0.05-5％、0.05-5％，并在攪拌的旋渦穩定的條件下順序加入總重量比為0.2-10％的硅酸鋰，同時不斷攪拌，使溶液呈半透明膠體狀；2)在1-1.5個小時內滴入總重量比為所述硅溶膠重量1-10％的CH3Si(OCH3)3，使其水解成CH3Si(OH)3；3)加入總重量比10-28％的含8重量％的無機凝膠水溶液。
2.根據權利要求1所述的水性無機雙組分富鋅涂料的制造方法，其特征在于，還包括在所述步驟3)之后，再加入總重量比為1-15％苯丙乳液的步驟4)。
3.根據權利要求1-或2所述的水性無機雙組分富鋅涂料的制造方法，其特征在于，所述混合型硅溶膠中，二氧化硅含量為24.5％-26.5％，粒徑為10-20nm。
4.根據權利要求1或2所述的水性無機雙組分富鋅涂料的制造方法，其特征在于，在上述步驟1)中加入的硅酸鋰的模數為4.8以上。
5.根據權利要求2所述的水性無機雙組分富鋅涂料的制造方法，其特征在于，還包括在所述步驟4)之后，用高剪切分散乳化機進行分散的步驟5)。
6.一種水性無機雙組分富鋅涂料，其組分A即粘結劑與組分B即鋅粉的重量比為1∶2-4，其特征在于，所述組分B為鋅粉，其金屬鋅含量≥95％；所述組分A的制備包括下述步驟1)將含鋰、鈉、鉀離子的混合型硅溶膠放入容器加以攪拌，該混合型硅溶膠中鋰、鈉、鉀離子的含量分別為0.1-5％、0.05-5％、0.05-5％，并在攪拌的旋渦穩定的條件下順序加入總重量比為0.2-10％的硅酸鋰，同時不斷攪拌，使溶液呈半透明膠體狀；2)在1-1.5個小時內滴入總重量比為所述硅溶膠重量1-10％的CH3Si(OCH3)3，使其水解成CH3Si(OH)3；3)加入總重量比10-28％的含8重量％的無機凝膠水溶液；4)加入總重量比為1-15％苯丙乳液；5)用高剪切分散乳化機進行分散。
7.根據權利要求6所述的水性無機雙組分富鋅涂料，其特征在于，所述組分A與組分B之比為28∶72。
8.根據權利要求6所述的水性無機雙組分富鋅涂料，其特征在于，其pH值為11。
全文摘要
一種水性無機雙組分富鋅涂料制造方法及該涂料,該涂料通過將制備好的組分A即粘結劑與組分B即鋅粉以1∶2－4的重量比混和而制成,所述組分A的制備包括:1)將含適量鋰、鈉、鉀離子的混合型硅溶膠放入容器加以攪拌,并在攪拌的旋渦穩定的條件下順序加入總重量比為0.2－10%的硅酸鋰,同時不斷攪拌,使溶液呈半透明膠體狀；2)在1－1.5個小時內滴入總重量比為所述硅溶膠重量1－10%的CH
文檔編號C09D1/00GK1422909SQ01139078
公開日2003年6月11日 申請日期2001年12月7日 優先權日2001年12月7日
發明者張曙賢, 金鴻鵠 申請人:張曙賢, 金鴻鵠