[发明专利]一种基于改性水玻璃的无机富锌涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机富锌涂料，特别涉及一种以改性水玻璃为粘结剂的新型水性无机富锌涂料。

背景技术

腐蚀是钢材(设备、构件)失效的主要形式。为了抑制、防止腐蚀的发生，降低经济损失，需要采取防护措施。长期以来，人们为此采用了多种技术手段。其中，在钢材表面涂覆防腐涂层，隔绝腐蚀介质与金属基体，成为最经济、可靠、有效、常用的方法之一。

目前的涂层防腐方法是通过物理的、化学的、电化学的工艺在钢铁材料表面覆盖上另一种金属或非金属保护层，借助这一保护层来阻止或减缓金属腐蚀。锌保护层就是常见的、有效的涂层防腐方法之一。由于锌的标准电极电位负于铁，锌层在水和潮湿的空气中具有牺牲阳极保护钢基体的作用，从而可以极大地延长钢材的使用寿命，表现出优异防腐效果。

锌层可以采用热喷镀锌或富锌涂料方式获得。富锌涂料具有物理屏蔽作用，又具有电化学的阴极保护作用。故而自本世纪50年代以来在防腐蚀领域被广泛应用，直至作为重防腐蚀涂料的主要品种。富锌涂料又可分为3种：有机富锌涂料、溶剂型无机富锌涂料、以及水性无机富锌涂料。其中，水性无机富锌涂料以其安全无毒、不燃不爆、对环境无污染，符合环保、低碳和绿色理念的发展方向，正愈来愈受到人们的重视。

上世纪六十年代，上海涂料行业开始对水性无机富锌涂料开展工作。该时期产品的缺点是涂层容易开裂、早期耐水性差，粘结剂的模数(SiO₂/Na₂O摩尔比)低、不能自固化，在施工时还须再涂一层固化剂。此后，人们采用提高粘结剂模数的方法提高了水性无机富锌涂料的早期耐水性。美国专利US4162169采用在硅酸钾或硅酸钠中添加硅溶胶和甲基三甲氧基硅烷CH₃Si(OCH₃)₃配制模数为4.8～6.0的涂料粘结剂。其中以美国航空航天局1972年研究成功的IC-531为代表的硅酸钾富锌涂料，取得了很多成功应用的范例。到八十年代后期北京航空材料研究所研制了SZ-1型无机硅酸锌涂料，此后该技术不断发展，时至今日有关的产品和专利公开报道主要有，上海星桥科技咨询公司和上海船舶工艺研究所分别开发的硅酸钾水性富锌涂料，华中师范大学、天津大学工程技术学院开发的不同型号硅酸锂水性无机富锌涂料，台湾生产的“卫钢宝”硅酸钾水性无机富锌涂料，上海暄洋化工材料科技有限公司和北京力龙涂料有限公司的产品，湖南湘江涂料集团有限公司的新型水性无机富锌涂料，南京宣鹏科技有限公司的新一代水性无机富锌涂料；中国专利CN1182105、CN1254736、CN1552771A、 CN1718649、CN101100569、CN101368066、CN1389522、CN101450370号公开的富锌涂料。这些技术或产品，主要采用包括硅酸盐溶液、硅溶胶、钾或钠水玻璃、锂水玻璃、沉淀二氧化硅、金属氧化物、水、锌粉、活性磁铁粉、甲基三甲氧基硅烷、硅烷偶联剂、硅酸钙、乳液、增稠剂、助剂、等原料制备；通过对硅酸盐溶液模数的提高、和有机物质添加，实现了涂层的耐水性能；特别是近期的产品都属于双组份自固化型涂料，其涂层的耐腐蚀性、施工性能均有提高。

应用这些技术或产品得到的水性无机富锌涂层中含有大量的锌粉，当涂层孔隙或局部破坏的地方受到水和电解质侵蚀时，富锌涂层与钢铁基体构成了腐蚀电池；锌粉的电位较低，成为阳极，被腐蚀。金属锌粉的牺牲，起到对钢铁的电化学保护。此外，锌粉颗粒的表面在氧和水气作用下会产生氧化锌ZnO、氢氧化锌Zn(OH)₂，并填充在涂层表面的孔隙中，然后再与空气中的二氧化碳发生反应生成碱式碳酸锌2ZnCO₃.3Zn(OH)₂，这是一种难溶于水的稳定化合物，其体积大于所消耗掉的金属锌的体积，可以填充涂层孔隙，产生更好的物理屏蔽作用。这些物质还能使涂层和钢材表面的界面保持微碱性，使钢铁表面和锌粉均保持在难腐蚀的状态。

与其他涂料一样，这些技术或产品的核心技术是粘结剂(又称基料)。粘结剂在较大程度上决定了涂料性能。作为水性无机富锌涂料的粘结剂，其模数越高，黏结能力越差，成膜后涂膜的耐水性越好；模数越低，黏结能力越好，成膜后涂膜的耐水性越差。因此，为了获得优良的成膜性和耐水性，需要新思想、发现新机理、发明新的配方工艺，旨在维持模数不变的情况下，得到耐水性能更好的、原料成本更低的涂料品种。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种基于改性水玻璃的新型水性无机富锌涂料及其制备方法，以解决涂层的耐水性，得到综合性能优良、成本低廉的涂料品种。