专利名称：一种水性双组分无机锌涂料及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种水性涂料及其制造方法，特别涉及一种水性双组分无机锌涂料及其制造方法，该涂料特别适合于高强螺栓连接面的防护，还可广泛应用于钢结构的防腐。
背景技术：
水性无机富锌涂料是少数能保护钢结构，使其耐腐蚀寿命超过10年的优异涂料之一，它是通过电化学作用即阳极作用达到抗腐蚀目的。它的涂膜十分坚硬耐磨，在一定的pH值范围内抗化学品腐蚀性能优异，可耐高温达400℃。它既可用作单一长效保护涂层，也可用作高性能涂料体系的底漆。自70年代以来，它在海洋和工业环境中的钢结构上的防护应用愈来愈广泛，如用于船舶钢甲板、海上钢结构、储罐、化学工厂、桥梁、电视塔和集装箱等。但是这类涂料均只能满足户外钢结构的防锈要求，不能在满足防锈要求的同时解决抗滑移系数高和早期耐水性的要求。
为了解决钢结构等螺栓连接面的抗滑移问题，目前国内外已开发了多种涂料，如魏云祥等在《钢结构》(1999，(3)59-63)中介绍了一种防滑防锈硅酸锌涂料，其采用硅酸乙酯为成膜物，涂层老化后抗滑移系数大于0.45，耐盐雾(5％NaCl)600小时不起泡，不生锈，可用于高强螺栓连接面的防护；日本专利JP10235286A2介绍了一种烷氧树脂涂料，其主要组分包括烷氧树脂、锌粉、二氧化硅、改性脂肪族多胺、二甲苯和甲基异丁酮，所得涂层的摩擦系数为0.48，可用于高强螺栓连接面的防护。
但是上述的抗滑移涂料均是通过有机涂料涂层来解决螺栓连接面的问题，其在生产和使用过程中均有有机溶剂的挥发，造成对环境和生产及施工人员的危害，而水性无机锌涂料可彻底改变这个问题。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明目的在于，提供一种抗滑移系数高、早期耐水性佳且环保性能好的水性双组分无机锌涂料及其制造方法。
本发明提供一种水性双组份无机锌涂料，包括组分A和组分B，所述组分A包括20-55重量％碱类硅酸盐、5-45重量％水溶性树脂、20-55重量％无机氧化物纳米胶体溶液、2-20重量％硅烷偶联剂、0-10重量％无机颜料、2-15重量％碱性水溶液、0.05-1重量％水性消泡剂和10-35重量％纯水；所述组分B包括40-90重量％球状锌粉、5-50重量％片状金属粉体、4.5-25重量％耐碱性无机颜填料和0.05-1重量％羧酸盐类湿润分散剂。
上述提及的水性双组份无机锌涂料，其中组分A中的水溶性树脂可以为聚乙二醇，含量优选5-15重量％；无机氧化物纳米胶体溶液可以为氧化铝纳米胶体溶液、氧化钛纳米胶体溶液、氧化铁纳米胶体溶液、氧化硅纳米胶体溶液、氧化锆纳米胶体溶液中的至少一种，其含量优选20-35重量％；碱类硅酸盐可以为硅酸钾、硅酸锂、硅酸铵、硅酸钠中的至少一种；硅烷偶联剂可以为烷基烷氧基硅烷、乙烯基烷氧基硅烷、氨烷基烷氧基硅烷、六甲基二硅胺烷、氯三甲基硅烷中的至少一种；无机颜料可以为二氧化硅或硫酸钡；碱性水溶液可以为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、氨水中的至少一种；其中组分B中的片状金属粉体可以为片状锌粉，含量优选为10-20重量％；球状锌粉的锌含量大于95％，80％锌粉的颗粒度小于25μm；耐碱性无机颜填料可以为云母粉、云母氧化铁、磷铁矿粉、钛铁粉中的至少一种。
本发明提供一种如上所述的水性双组分无机锌涂料的制备方法，其组分A与组分B的重量比为1∶1.5-4，所述组分A的制备包括下述步骤通过将20-55重量％碱类硅酸盐、5-45重量％水溶性树脂、20-55重量％无机氧化物纳米胶体溶液和2-20重量％硅烷偶联剂在搅拌下反应得到溶胶，并陈化得到凝胶，再加入10-35重量％纯水、0-10重量％无机颜料、2-15重量％碱性水溶液和0.05-1重量％水性消泡剂，研磨后得到的混合物为组份A；所述组分B是由40-90重量％球状锌粉、5-50重量％片状金属粉体、4.5-25重量％耐碱性无机颜填料和0.05-1重量％羧酸盐类湿润分散剂混合制得。
如上所述，由于本发明的水性双组分无机锌涂料，以碱类硅酸盐、水溶性树脂、硅烷偶联剂单体、无机氧化物钠米胶体溶液、无机颜料、碱性水溶液、水性消泡剂等为原料制得的为含憎水基团的胶体粒子混合物，使涂层能在短时间内固化，涂层的早期耐水性得到解决。本发明的水性双组分无机锌涂料中锌粉含量高，形成的涂层对钢基材具有阴极保护作用；本发明的涂料中由于片状金属粉体的加入，使所得涂料形成的涂层表面粗糙，与底材的附着力强，满足抗滑移系数不小于0.45的要求；同时片状金属粉体的加入使腐蚀介质通过涂层到达基材(钢表面)的路径增加，使涂层的耐水性和防腐蚀性能更加优异、耐盐雾性能好。而且本发明的水性双组分无机锌涂料在较低温度、乃至室温条件下即可得到，制备较方便，且设备简单，热能消耗少；其在制造过程中无废水、废渣及废气产生，符合环保要求。
具体实施例方式
实施例1
A组分将10克聚乙二醇、49.5克硅酸钠溶液和20克纳米氧化硅胶体溶液、2克乙基三甲氧基硅烷投入装有搅拌器和冷凝管的四口烧瓶中，高速搅拌升温，在95℃下反应3.5小时，降温至室温后，得到凝胶，加入3克氢氧化钠，13克纯水，0.1克水性消泡剂CF-16(由B1ackburn Chemica1s Ltd.Co.生产)和2.4克二氧化硅，研磨1小时，得到的混合物为涂料的A组份。
B组分将10克片状锌粉、7克钛铁粉、1克湿润分散剂DAP-C(由北京清华永昌化工有限公司生产)，82克球状锌粉投入搅拌器中，搅拌1小时，混合均匀，得到的混合物为涂料的B组份。
使用时将A组分和B组分以重量比1∶2混合。
实施例2A组分将25克聚乙二醇、24.7克硅酸钾溶液和20克纳米氧化铝胶体溶液、10克氯三甲基硅烷投入装有搅拌器和冷凝管的四口烧瓶中，高速搅拌，在室温下反应8小时，陈化得到凝胶，加入2克氨水，15克纯水，0.3克水性消泡剂CF-246(由Blackburn Chemicals Ltd.Co.生产)，3克硫酸钡研磨1小时，得到的混合物为涂料的A组分。
B组分将14克片状锌粉、5克磷铁粉、0.1克湿润分散剂DAP-C(由北京清华永昌化工有限公司生产)，80.9克球状锌粉投入搅拌器中，搅拌1小时，混合均匀，得到的混合物为涂料的B组分。
使用时将A组分与B组分以重量比1∶2.2混合。
实施例3A组分将5克聚乙二醇、38克硅酸钾溶液和31克纳米氧化硅胶体溶液、10克甲基三甲氧基硅烷投入装有搅拌器和冷凝管的四口烧瓶中，高速搅拌升温，在95℃下反应5小时，降温至室温后，得到凝胶，加入5克氢氧化钾，10.7克纯水，0.3克水性消泡剂CF-246(由Blackburn Chemicals Ltd.Co.生产)，研磨1小时，得到的混合物为涂料的A组分。
B组分将25克片状锌粉、25克云母粉、0.5克湿润分散剂DAP-C(由北京清华永昌化工有限公司生产)，49.5克球状锌粉投入搅拌器中，搅拌1小时，混合均匀，得到的混合物为涂料的B组份。
使用时将A组分与B组分以重量比1∶1.5混合。
实施例4A组分将5克聚乙二醇、25克硅酸钾溶液和35克纳米氧化硅胶体溶液、14.7克六甲基二硅胺烷投入装有搅拌器和冷凝管的四口烧瓶中，高速搅拌升温，在40℃下反应8小时，降温至室温后，得到凝胶，加入3克NaOH、7克KOH，10克纯水，0.3克水性消泡剂CF-246(由Blackburn Chemicals Ltd.Co.生产)，研磨1小时，得到的混合物为涂料的A组分。
B组分
将5克片状铝粉、5克磷铁粉、0.1克湿润分散剂DAP-C(由北京清华永昌化工有限公司生产)，89.9克球状锌粉投入搅拌器中，搅拌1小时，混合均匀，得到的混合物为涂料的B组分。
使用时将A组分与B组分以重量比1∶3.5混合。
实施例5A组分将8克聚乙二醇、25克硅酸铵溶液、13克硅酸锂溶液和21克纳米氧化铁-氧化钛-氧化锆混合胶体溶液、5克三甲基甲氧基硅烷、5.3克六甲基二硅胺烷，投入装有搅拌器和冷凝管的四口烧瓶中，高速搅拌升温，在40℃下反应7小时，降温至室温后，得到凝胶，加入10克KOH，12.5克纯水，0.2克水性消泡剂CF-246(由Blackburn Chemicals Ltd.Co.生产)，研磨1小时，得到的混合物为涂料的A组分。
B组分将5克片状锌粉、5克云母氧化铁、0.2克湿润分散剂DAP-C(由北京清华永昌化工有限公司生产)，89.8克球状锌粉投入搅拌器中，搅拌1小时，混合均匀，得到的混合物为涂料的B组分。
使用时将A组分与B组分以重量比1∶3混合。
本发明采用的烷基偶联剂除上述提及的烷基烷氧基硅烷(如乙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、三甲基甲氧基硅烷)、氯三甲基硅烷、六甲基二硅胺烷以外，还可以采用乙烯基烷氧基硅烷、氨烷基烷氧基硅烷。
对按照上述方法制得的本发明的水性双组分无机锌涂料进行了性能测定，其测定结果与北京市建筑涂料厂生产的可用于保护高强度螺栓连接面的BTR-48无机富锌漆和日本专利JP10235286A2、JP11277356A2报道的可用于螺栓连接面的涂料的性能对比如下表
从表中可以看出，本发明的水性双组分无机锌涂料不仅具有抗滑移系数高、耐盐雾性能好的特点；而且属自固化、早期耐水性好以及在制造中不含有机挥发物，环保性能好。
权利要求
1.一种水性双组分无机锌涂料，包括组分A和组分B，其特征在于，所述组分A包括20-55重量％碱类硅酸盐、5-45重量％水溶性树脂、20-55重量％无机氧化物纳米胶体溶液、2-20重量％硅烷偶联剂、0-10重量％无机颜料、2-15重量％碱性水溶液、0.05-1重量％水性消泡剂和10-35重量％纯水；所述组分B包括40-90重量％球状锌粉、5-50重量％片状金属粉体、4.5-25重量％耐碱性无机颜填料和0.05-1重量％羧酸盐类湿润分散剂。
2.根据权利要求1所述的水性双组分无机锌涂料，其中组分A中水溶性树脂的含量为5-15重量％。
3.根据权利要求1所述的水性双组分无机锌涂料，其中组分A中无机氧化物纳米胶体溶液的含量为20-35重量％。
4.根据权利要求1所述的水性双组分无机锌涂料，其中组分B中片状金属粉体的含量为10-20重量％。
5.根据权利要求1所述的水性双组分无机锌涂料，其中组分A中碱类硅酸盐可以为硅酸钾、硅酸锂、硅酸铵、硅酸钠中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的水性双组分无机锌涂料，其中组分A中水溶性树脂为聚乙二醇。
7.根据权利要求1所述的水性双组分无机锌涂料，其中组分A中无机氧化物纳米胶体溶液可以为氧化铝纳米胶体溶液、氧化钛纳米胶体溶液、氧化铁纳米胶体溶液、氧化硅纳米胶体溶液、氧化锆纳米胶体溶液中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的水性双组分无机锌涂料，其中组分A中硅烷偶联剂可以为烷基烷氧基硅烷、乙烯基烷氧基硅烷、氨烷基烷氧基硅烷、六甲基二硅胺烷、氯三甲基硅烷中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的水性双组分无机锌涂料，其中组分A中无机颜料为二氧化硅或硫酸钡。
10.根据权利要求1所述的水性双组分无机锌涂料，其中组分A中碱性水溶液可以为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、氨水中的至少一种。
11.根据权利要求1所述的水性双组分无机锌涂料，其中组分B中球状锌粉的锌含量大于95％，80％锌粉的颗粒度小于25μm。
12.根据权利要求1所述的水性双组分无机锌涂料，其中组分B中片状金属粉体为片状锌粉。
13.根据权利要求1所述的水性双组分无机锌涂料，其中组分B中耐碱性无机颜填料可以为云母粉、云母氧化铁、磷铁矿粉、钛铁粉中的至少一种。
14.一种如权利要求1-13任意一项所述的水性双组分无机锌涂料的制备方法，其组分A与组分B的重量比为1∶1.5-4，其特征在于，所述组分A的制备包括下述步骤通过将20-55重量％碱类硅酸盐、5-45重量％水溶性树脂、20-55重量％无机氧化物纳米胶体溶液和2-20重量％硅烷偶联剂在搅拌下反应得到溶胶，并陈化得到凝胶，再加入10-35重量％纯水、0-10重量％无机颜料、2-15重量％碱性水溶液和0.05-1重量％水性消泡剂，研磨后得到的混合物为组分A；所述组分B是由40-90重量％球状锌粉、5-50重量％片状金属粉体、4.5-25重量％耐碱性无机颜填料和0.05-1重量％羧酸盐类湿润分散剂混合制得。
全文摘要
本发明涉及一种水性双组分无机锌涂料及其制造方法。该涂料通过将制备好的组分A与组分B以1∶1.5－4的重量比混合而制成，所述组分A的制备包括通过将20－55重量％碱类硅酸盐、5－45重量％水溶性树脂、20－55重量％无机氧化物纳米胶体溶液和2－20重量％硅烷偶联剂在搅拌下反应得到溶胶，并陈化得到凝胶，再加入10－35重量％纯水、0－10重量％无机颜料、2－15重量％碱性水溶液和0.05－1重量％水性消泡剂，研磨后得到的混合物为组份A。组分B由40－90重量％球状锌粉、5－50重量％片状金属粉体、4.5－25重量％耐碱性无机颜填料和0.05－1重量％羧酸盐类湿润分散剂混合制得。该制造方法制成的涂料早期耐水性好，抗滑移系数高，耐盐雾腐蚀性能好；在生产和使用过程中，无废水、废渣及废气产生，符合环保要求。
文档编号C09D5/00GK1526780SQ0315111
公开日2004年9月8日 申请日期2003年9月22日 优先权日2003年9月22日
发明者汪国庆, 汪庆锋, 胡晶 申请人:上海暄洋纳米材料有限公司