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

背景技術(shù)：

水性無機富鋅涂料以其優(yōu)異的防腐性能在各個發(fā)達國家得到了快速發(fā)展和應(yīng)用。國內(nèi)在水性無機富鋅涂料的研究起步于20世紀80年代，天津化工研究院開始研究水性無機富鋅涂料。到90年代已經(jīng)有了一定發(fā)展，如天津的LW.1型無機涂料、重慶三峽的E06-l、武漢現(xiàn)代的E777.1等。1994年，上海星橋科技咨詢有限公司成功研制出QSZ.1型高模數(shù)水性無機富鋅涂料，并于1996年成功應(yīng)用于徐浦大橋的鋼梁主體結(jié)構(gòu)上。中國船舶工業(yè)集團研究所研究并開發(fā)的E06.99型水性無機富鋅涂料應(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，一般分為有機富鋅涂料與無機富鋅涂料兩大類。有機富鋅涂料是以合成樹脂如環(huán)氧、聚酯樹脂等為成膜物質(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；無機富鋅涂料是以無機聚合物(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，從而形成堅實的防護涂膜。近年來，隨著人們環(huán)境保護意識的增強，對含揮發(fā)性有機溶劑的限制越來越嚴格，水性涂料、無溶劑涂料等成為涂料行業(yè)發(fā)展的主流，得到人們越來越多的重視。目前國內(nèi)水性無機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。無機富鋅涂料在導(dǎo)靜電性、耐候性、耐熱性、耐溶劑性、防銹性等方面都優(yōu)于有機富鋅涂料，尤其當作為單一涂層時，具有更好的耐久性和耐候性。所以，無機富鋅涂料被廣泛用于海洋和工業(yè)環(huán)境中鋼結(jié)構(gòu)的長效防護，如船舶鋼甲板、海上鋼結(jié)構(gòu)、貯罐、橋梁、電視塔、化工廠等國際上發(fā)展了醇溶型自固化無機富鋅漆，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，特點是干燥快、施工適應(yīng)性好，是目前應(yīng)用最廣泛的無機富鋅漆。后來，美國的NA5A首先開發(fā)出了不含VOC，且防腐蝕性能優(yōu)良的水性無機硅酸鉀防腐蝕涂料?，F(xiàn)在，大阪涂料公司開發(fā)的ZIES215水性無機富鋅底漆也做到了VOC零含量，且防銹性優(yōu)異，耐油品及溶劑浸泡，耐溫達400℃。

但是，水性無機富鋅涂料在施工困難、以及漆膜的物理機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。一般的水性無機富鋅涂料中鋅粉的含量高達70～80％，已經(jīng)遠遠超過了填料的臨界體積濃度(CPVC)，此時無機硅酸鹽粘結(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，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、高效率施工帶來困難。(3)施工條件苛刻。涂層固化時，由于無機硅酸鹽、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到GB8923.88Sa2.5級以上。(4)涂層的脆性差。由于水性無機富鋅涂層由無機硅酸鹽和鋅粉制成，呈脆性，涂層易開裂，其涂層的柔韌性和耐沖擊性等機械性能較差。中國專利(CN 201510354462.8)在水性無機富鋅涂料的制備中通過引進有機水性硅丙乳液解決了機械性能的不足，在耐水性和附著及柔韌性能上都得到較大改善；通過引進硅烷偶聯(lián)劑以及采分次滴加攪拌方式使油漆的儲存穩(wěn)定性得到提高。

所以，水性無機富鋅涂料是一種優(yōu)點和缺點同樣明顯的水性涂料，這嚴重影響了它的進一步推廣應(yīng)用。其施工與固化受環(huán)境影響較大，想要進一步縮短其固化成膜的時間，在不影響其防腐蝕性能的同時又能降低施工要求，還需進行更深入的開發(fā)和研究。

技術(shù)實現(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)劑對其改性，獲得具有優(yōu)良防腐性能和機械性能的水性無機富鋅涂料，提高漆膜涂膜性的同時改善涂料的附著力，降低施工難度。

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

一種水性無機富鋅涂料，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)量分數(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，在無機高聚物中引入硅丙乳液進行改性，利用硅丙乳液兼具有機硅樹脂和丙烯酸乳液的優(yōu)點，涂膜固化后具有優(yōu)異的耐水性、耐候性和機械性能。而同時，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，彌補水性無機富鋅涂層機械性能差的缺陷，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)量分數(shù)為5-20wt％，銀鋅二氧化鈦中銀鋅的摻雜總量為3-6wt％。

本發(fā)明進一步提出了上述水性無機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，攪拌時間為30min。

水性無機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，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：

(1)本發(fā)明制備的水性無機富鋅涂料干膜鋅含85％以上，采用雙組份包裝，儲存穩(wěn)定性不低于6個月，所形成的漆膜附著力和硬度等機械性能優(yōu)異，耐中性鹽霧試驗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，也可以防止沉淀結(jié)餅，增加涂料的儲存穩(wěn)定性，降低施工困難度。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進一步解釋說明。

實施例1

先稱取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中，以1000rpm/min高速攪拌30min，靜置一段時間消泡后，再稱取233kg鋅粉，繼續(xù)以100rpm/min攪拌均勻30min后80目過濾，包裝即得到產(chǎn)品。。

實施例2

先稱取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中，以1000rpm/min高速攪拌30min，靜置一段時間消泡后，再稱取233kg鋅粉，繼續(xù)以100rpm/min攪拌均勻30min后80目過濾，包裝即得到產(chǎn)品。。

實施例3

先稱取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中，以1000rpm/min高速攪拌30min，靜置一段時間消泡后，再稱取233kg鋅粉，繼續(xù)以100rpm/min攪拌均勻30min后80目過濾，包裝即得到產(chǎn)品。。

對比例1

基本實驗條件同實施例1，所不同之處在于所制備的涂料中不添加磷酸鋅。

對比例2

基本實驗條件同實施例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施例1-3和對比例1-2所制備的涂料直接涂覆在馬口鐵上。應(yīng)注意的是，在制備用于測試抗沖擊性和附著力的涂層試樣時，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周后進行性能測試。實施例1-3和對比例1-2所制備涂料的主要性能檢測結(jié)果見表1。

表1實施例2-4所制備涂料的主要性能

以上實施例只是對本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思起到說明示例作用，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍，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)，進行修改和等同替換，均應(yīng)落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。