水基無機(jī)硅磷樹脂富鋅防銹涂料的制造及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及化學(xué)工程中一類水基無機(jī)硅磷樹脂富鋅防銹涂料的制造及其應(yīng)用
【背景技術(shù)】
[0002] 目前國內(nèi)鋼鐵防銹涂料的低檔品種主要為高分子樹脂類粘合劑中加入無機(jī)礦物 鐵丹等添加劑，經(jīng)研磨成微米級(jí)粘稠的液體而成。由于高聚物的粘合力強(qiáng)，成膜韌性好，能 適應(yīng)于目前大多數(shù)用戶鋼鐵防銹的需要。但是它們的致命的缺點(diǎn)是防銹效果差，壽命短，一 般2~3年要重刷一次防銹涂料。高檔鋼鐵器材的防銹多采用環(huán)氧富鋅涂料，使防銹效果 延長到3~5年。這類防銹涂料具有對(duì)鋼鐵的粘合力強(qiáng)，成膜韌性好等優(yōu)點(diǎn)，但由于環(huán)氧樹 脂的耐光老化性能差，3~5年后就會(huì)出現(xiàn)龜裂、剝離、脫落而失去防銹效果。近年來市場出 現(xiàn)水基無機(jī)富鋅防銹涂料，以無機(jī)硅酸鹽做成膜粘合劑，與鋼鐵器材表面以化學(xué)鍵結(jié)合，牢 度比較好，防銹效果可延長到幾十年。但簡單的小分子硅酸鹽無粘結(jié)力，而把小分子的無機(jī) 鹽合成大分子量的無機(jī)硅樹脂，其聚合為快速自聚，聚合反應(yīng)工藝條件要求十分苛刻，產(chǎn)品 性質(zhì)量和性能極不穩(wěn)定，極易生成水不溶的硅凝膠而導(dǎo)致聚合反應(yīng)失敗。因此水基無機(jī)富 鋅涂料一直未能成為鋼鐵防銹涂料市場的主打產(chǎn)品。
[0003] 本發(fā)明的目的提供一種以無機(jī)硅酸鹽和磷酸經(jīng)縮聚反應(yīng)，嚴(yán)格調(diào)控樹脂聚合反應(yīng) 速度和產(chǎn)物的分子量，制造出質(zhì)量可控、性能穩(wěn)定的納米級(jí)硅磷樹脂成膜粘結(jié)劑劑，再與電 化學(xué)防銹劑鋅粉結(jié)合，做成高檔長效水基無機(jī)富鋅防銹涂料。
[0004] 發(fā)明詳沭
[0005] 1.本發(fā)明的目的是提供一類納米級(jí)尺寸可控的水基大分子硅磷樹脂化合物，作為 涂料成膜劑I，其樹脂結(jié)構(gòu)和合成反應(yīng)的示意式如下。
[0007] 式中Si (0M)4 :硅酸鹽
[0008] M :Na，K，Li 等鹽；
[0009] Si(0M)4 : Hd = 10 : (2 ~5)
[0010] Hd :縮聚引發(fā)劑，磷酸水溶液5~10%
[0011] Na : Si = 1 : (10 ~15);
[0012] m = 15 ~20 ;
[0013] 含固量：20~30%
[0014] 工業(yè)硅酸鹽價(jià)廉易得但規(guī)格、組成不穩(wěn)定，通常選用10份的硅酸鈉水溶液（模數(shù) 2. 5~5. 0,密度1. 3~1. 5)，加入質(zhì)量比5~10份水稀釋，在強(qiáng)力攪拌下緩慢加入1. 5~ 2. 5份磷酸水溶液（5~10% )，即發(fā)生縮聚反應(yīng)，生成硅磷樹脂化合物I，作為本涂料的基 體成膜劑和粘結(jié)劑。硅酸鈉的目數(shù)低于2.5,涂料的粘度差，大于5涂料的溶解度差。本發(fā) 明選用3~4模數(shù)，密度1. 45的水玻璃；硅酸鈉縮聚反應(yīng)的引發(fā)劑為磷酸。引發(fā)劑用量是 控制硅樹脂縮聚度、分子尺寸和產(chǎn)物性能的關(guān)鍵因素；引發(fā)劑量太低時(shí)生成產(chǎn)物分子量太 小，做成涂料的防水性差；引發(fā)劑用量太多，易誘發(fā)反應(yīng)快速縮聚生成水不溶硅凝膠物而導(dǎo) 致反應(yīng)失敗；引發(fā)劑磷酸同時(shí)還可與硅樹脂的羥基結(jié)合，生成硅磷樹脂；磷酸中多余的羥 基可與鋼鐵表面的鐵原子結(jié)合形成磷化膜，增加樹脂膜與鋼鐵結(jié)合的牢度、密度和韌性強(qiáng) 度，提高護(hù)膜的防銹能力。
[0015] 2.硅磷樹脂富鋅防銹涂料的制造在合成的硅磷樹脂中加入電化學(xué)防銹劑鋅粉，即 做成無機(jī)硅磷樹脂富鋅防銹涂料。硅樹脂分子中的剩余的硅羥基，可與鋼鐵器材表面的鐵 原子成化學(xué)鍵結(jié)合，因此防銹護(hù)膜的牢度高；磷酸分子也可與硅酸分子成化學(xué)鍵結(jié)合，生成 硅磷樹脂；磷酸的羥基還可鋼鐵器材表面的鐵原子鍵合，生成緊密的磷化膜；鋅原子可與 硅酸、磷酸結(jié)合生成樹脂的成膜交聯(lián)劑，增加樹脂護(hù)膜的強(qiáng)度；大量的鋅粉分散在硅磷樹脂 成膜劑之間作電化學(xué)防銹劑。其防銹涂料的結(jié)構(gòu)組成示意式II如下：
[0017] (式中Me為堿金屬原子，Zn為鋅粉顆粒）
[0018] 合成的硅磷樹脂產(chǎn)品外觀為透明微有乳白色的粘稠液體，室溫下儲(chǔ)藏一年性能穩(wěn) 定不變。
[0019] 3.本發(fā)明涂料中的防銹劑選用無定形顆粒鋅粉或扁平片狀鋅片，在涂料中作為電 化學(xué)防銹劑和樹脂的交聯(lián)固化劑。涂料中含鋅量在50~70%，鋅粉的純度95~98%，粒 度400~600目。粒度太大易引起涂料分層沉淀；粒度太細(xì)，因鋅粉的表面活性太大而易生 成鋅的氧化物，降低鋅的防銹效果。過量的鋅粉分布在涂料護(hù)膜之間，形成在鋼鐵表面導(dǎo)電 性良好、強(qiáng)度高的富鋅防銹保護(hù)膜。片狀鋅片（300~400目）可改進(jìn)護(hù)膜的導(dǎo)電性，增強(qiáng) 防銹性能，同時(shí)可減低金屬鋅的用量到50%，由此可降低涂料的價(jià)格。
[0020] 4.由于硅磷樹脂膜的硬度高，易脆裂，在樹脂中加入1~5%的CMC或白乳膠，可 改進(jìn)護(hù)膜的抗沖擊韌性和彎曲性。
[0021] 5.硅磷樹脂富鋅防銹涂料可單獨(dú)涂在鋼鐵表面作防銹涂料，也可作為底漆加涂氯 化橡膠、氯化浙青、聚氨脂等防銹面漆，增強(qiáng)防銹效果。
[0022] 實(shí)施舉例
[0023] 1.本發(fā)明的主體內(nèi)容之一是提供質(zhì)量可控、性能穩(wěn)定的納米級(jí)硅磷樹脂制造方法 描述如下：取50份工業(yè)硅酸鈉水溶液（模數(shù)3. 5~4. 0,密度1. 37~1. 40)，加25份水，在 室溫和強(qiáng)力攪拌下，緩慢加入10份工業(yè)磷酸（5% )水溶液，加液完畢后再攪拌1~2小時(shí) 即縮聚反應(yīng)完成，得硅磷樹脂I，含固量20~25%，作為本涂料的基體成膜劑和粘結(jié)劑。
[0024] 2.取100份合成的硅磷樹脂I，強(qiáng)力攪拌下加入30~50份500目鋅粉（質(zhì)量比）， 室溫5~40°C涂刷或噴涂在清潔的防銹測(cè)試鐵板表面，表干30-60分鐘，連續(xù)涂刷2次，實(shí) 干8小時(shí)后再在上面噴涂氯化橡膠等面漆即成。涂刷或噴涂涂料前要求對(duì)鋼鐵器件表面處 理要清潔、除去浮銹即可。做成的防銹鐵片樣品性能經(jīng)國家海洋涂料檢測(cè)中心鑒定，結(jié)果見 表1.和表2。
[0025] 3.取100份權(quán)利1合成的硅磷樹脂I，強(qiáng)力攪拌下加入1~3份羧甲基纖維素鈉 (CMC)或白乳膠，強(qiáng)力攪拌下加入30~50份500目鋅粉（質(zhì)量比），熟化10分鐘后，室溫 5~40°C涂刷或噴涂刷在清潔并除去表面浮銹后的鋼鐵防銹器材表面，表干30-60分鐘，連 續(xù)涂刷2次即成防銹底漆；實(shí)干8小時(shí)后再在上面噴涂氯化橡膠等面漆即成。
[0026] 4. 100份硅磷樹脂I，強(qiáng)力攪拌下加入30份300目片狀鋅粉，熟化10分鐘后，加水 調(diào)制成涂刷或噴涂稠度適中的涂料，室溫5~40°C涂刷在清潔的防銹測(cè)試鐵板表面，表干 30~60分鐘，連續(xù)涂刷2次即成。實(shí)干8小時(shí)后再在上面噴涂氯化橡膠等面漆即成。
[0027] 表1無機(jī)富鋅涂料涂層物理結(jié)果
[0029] 表2無機(jī)硅磷脂防銹涂料與有機(jī)環(huán)氧富鋅涂料的主要特性比較
[0030]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 本發(fā)明要求權(quán)利之一是涉及一種無機(jī)硅磷樹脂富鋅涂料的成膜劑合成方法，其特征 是取50份液體硅酸鈉（模數(shù)3. 5~4. 0,密度1. 37~1. 45)，加25~50份水，在室溫和強(qiáng) 力攪拌下，緩慢加入10~25份工業(yè)磷酸的水溶液（5~10% )，發(fā)生聚合反應(yīng)，生成防銹涂 料硅磷樹脂成膜粘合劑I(含固量20~30% )。2. 本發(fā)明要求無機(jī)硅磷樹脂富鋅涂料制造方法權(quán)利之二，其特征在于取100份權(quán)利1 合成的硅磷樹脂I，強(qiáng)力攪拌下加入30~50份500目鋅粉（質(zhì)量比），涂刷或噴涂在清潔 的鋼鐵器材表面，表干30-60分鐘，連續(xù)涂刷2次即成防銹底漆；實(shí)干8小時(shí)后再在上面噴 涂氯化橡膠等面漆即成。3. 本發(fā)明要求無機(jī)硅磷樹脂富鋅涂料制造方法要求權(quán)利之三，其特征在于取100份權(quán) 利1合成的硅磷樹脂I，強(qiáng)力攪拌下加入1~3份羧甲基纖維素鈉（CMC)或白乳膠，強(qiáng)力攪 拌下加入30~50份500目鋅粉（質(zhì)量比），熟化10分鐘后，涂刷在清潔的防銹測(cè)試鐵板表 面，表干30-60分鐘，連續(xù)涂刷2次即成防銹底漆；實(shí)干8小時(shí)后再在上面噴涂氯化橡膠等 面漆即成。4. 本發(fā)明要求無機(jī)硅磷樹脂富鋅涂料制造方法要求權(quán)利之四，其特征在于取100份權(quán) 利1合成的硅磷樹脂I，強(qiáng)力攪拌下加入20份300目片狀鋅粉（質(zhì)量比），涂刷或噴涂在清 潔的防銹測(cè)試鐵板表面，表干30-60分鐘，連續(xù)涂刷2次即成防銹底漆；實(shí)干8小時(shí)后再在 上面噴涂氯化橡膠等面漆即成。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種水性無機(jī)硅磷樹脂富鋅防銹涂料的制備方法及應(yīng)用；將無機(jī)硅酸鹽在室溫下與磷酸作用發(fā)生縮聚反應(yīng)，生成無機(jī)硅磷樹脂，作為防銹涂料的基體粘結(jié)劑，再加入電化學(xué)防銹劑鋅粉即作成無機(jī)富鋅防銹涂料，涂刷或噴涂在清潔的鋼鐵器材表面，在室溫自固化，涂料的活性基團(tuán)與鋼鐵表面的鐵原子以化學(xué)鍵結(jié)合，形成保護(hù)鋼鐵的防銹膜。如在面上加涂一層氯化橡膠或聚氨脂面漆，可得到優(yōu)異的長效鋼鐵防銹涂料。與市場通用的環(huán)氧富鋅防銹涂料比，具有抗老化、耐高溫、長壽命、環(huán)保無污染等特性。
【IPC分類】C09D1/04, C09D5/10, C23C22/23, C09D1/02
【公開號(hào)】CN105315729
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410234658
【發(fā)明人】王敬尊, 王霆, 王雷
【申請(qǐng)人】王敬尊, 王霆
【公開日】2016年2月10日
【申請(qǐng)日】2014年5月30日