一種水性有機‑無機複合矽酸鹽溶液及其製備方法和應用與流程
2023-11-01 06:08:07 2
本發明涉及一種用於鋼結構防腐的水性有機-無機複合矽酸鹽溶液及其製備方法和應用，尤其涉及一種高模數水性有機-無機複合矽酸鹽溶液、可與鋅粉搭配使用、用於金屬表面防腐、環保經濟的、具有強防腐性能的水性有機-無機複合矽酸鹽防腐塗料的製備方法。
背景技術：
目前，防腐塗料中使用最多的主要成膜物質為有機高分子類，而無機類防腐塗料由於技術上的缺陷應用受到限制。但水性無機富鋅塗料的出現刷新了無機類防腐塗料使用的空白記錄，其主要成膜物質是鹼金屬矽酸鹽溶液，這種鹼金屬有四種，分別是鋰、鈉、鉀、銨。矽酸鋰成膜性能最好，耐水性較好，但價格昂貴，成本較高；矽酸鈉成膜性能較好，但耐水性極差，易開裂，但價格最為便宜；矽酸鉀則綜合了前兩者的優缺點，其成膜性能好又較便宜，是使用最多的一種矽酸鹽類；而矽酸銨則具有價格較高、製備工藝複雜、成膜性能不好等缺點。因此，想要得到高性能的矽酸鹽類防腐塗料，必須綜合各種鹼金屬矽酸鹽的優勢，方可在成本和性能上取得雙贏。
純無機矽酸鹽類的成膜物質固化後形成si-o-si的三維網絡結構，但由於鹼金屬離子的存在，其塗膜耐水性差且硬度高、脆性大、易開裂。這些問題的出現使得塗膜表面層的環境介質極易滲入到底層基材，影響塗膜的保護效果。因此，單純的無機矽酸鹽成膜體系並不能滿足工業上嚴苛的工作要求。國內外已有研究者針對此問題提出應對方案，即向其中添加有機類輔助成膜物質。這種輔助類成膜物質一方面可以在無機網絡結構中填充縫隙，又可以與無機類成膜物共同參與固化反應，形成新的化學鍵，賦予塗膜優異的機械性能，如硬度降低、柔韌性提高，開裂程度減小甚至為零等。
技術實現要素：
本發明的首要目的在於提供一種水性有機-無機複合矽酸鹽溶液的製備方法。
本發明的另一目的在於提供一種由上述製備方法製備得到的水性有機-無機複合矽酸鹽溶液。
本發明的再一目的在於提供一種由上述水性有機-無機複合矽酸鹽溶液製備得到水性有機-無機複合矽酸鹽防腐塗料。
本發明所提供的技術方案具體如下：
一種水性有機-無機複合矽酸鹽溶液的製備方法，包括以下步驟：首先在50～60℃恆溫水浴和速率為500～1000r/min的機械攪拌下，將矽溶膠滴加進矽酸鋰溶液、矽酸鉀溶液、矽酸鈉溶液三者組成的矽酸鹽混合液中，得到矽溶膠-矽酸鹽混合液；然後滴加矽烷偶聯劑，反應2～3h後降溫至室溫，得到複合矽酸鹽溶液；然後滴加有機乳液，在室溫下攪拌1～2h，即得水性有機-無機複合矽酸鹽溶液；
所述矽酸鹽混合液由以下重量百分比的原料混合而成：
模數為2.72的矽酸鉀溶液30～50％，
模數為3.10～3.40的矽酸鈉溶液40～60％，
模數為4.00的矽酸鋰溶液5～15％；
所述矽溶膠的質量為矽酸鹽混合液的30～50％；
所述矽烷偶聯劑的質量為矽溶膠-矽酸鹽混合液的2～10％；
所述有機乳液的添加量為複合矽酸鹽溶液質量的10～30％。
所述矽酸鉀溶液中，質量佔比：sio2為26.91％，k2o為15.50％；
所述矽酸鈉溶液的模數為3.27，質量佔比：sio2為26.00％，na2o為8.20％；
所述矽酸鋰溶液的模數為4.00，質量佔比：sio2為19.63％，li2o為2.44％；
所述矽溶膠的相對密度為1.2，質量佔比：sio2為30％，鹼性物質為0.5％，ph＝10.5。
所述的矽烷偶聯劑為氨丙基三甲氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷、γ-(2，3-環氧丙氧)丙基三甲氧基矽烷、巰丙基三甲氧基矽烷、氯丙基三甲氧基矽烷中的一種或幾種。
所述有機乳液為苯丙乳液、純丙乳液、矽丙乳液、環氧-矽丙乳液中的一種或幾種。
所述複合矽酸鹽溶液的模數為5.0～6.0，固含量為30～40％；
一種水性有機-無機複合矽酸鹽溶液，由上述製備方法製備得到。
所述水性有機-無機複合矽酸鹽溶液的固含量為40％。
由上述水性有機-無機複合矽酸鹽溶液製備得到的水性有機-無機複合矽酸鹽防腐塗料。
上述水性有機-無機複合矽酸鹽防腐塗料在鋼結構防腐領域的應用。
本發明具有以下優點和有益效果：
(1)本發明所選用的有機乳液中含有環氧基或矽氧烷鍵，在固化過程中，鹼性條件可以使環氧開環以提高附著力，而乳液中的矽氧烷水解，可與矽酸鹽共縮聚，提高交聯度。
(2)本發明所選用的有機乳液具有回彈性、柔韌性、粘接性等優異性能，且均為水性產品，無毒無害，不燃不爆，可作為通用性防腐底漆，附著力強，也可單獨用於金屬的普通防腐。
(3)本發明製備得到的防腐塗料只需在粗糙度在噴砂sa2.5級以上的塗裝基材表面刷塗、噴塗即可，操作簡便；防腐塗料室溫即可固化，表幹時間為20min，實幹時間為10h左右。
具體實施方式
以下結合實施例對本發明作進一步詳細說明，需要指出的是，以下所述實施例旨在便於對本發明的理解，而對其不起任何限定作用。
以下實施例中所採用的原料中，矽酸鉀溶液的模數為2.72，質量佔比：sio2為26.91％，k2o為15.50％；矽酸鈉溶液的模數為3.27，質量佔比：sio2為26.00％，na2o為8.20％；矽酸鋰溶液的模數為4.00，質量佔比：sio2為19.63％，li2o為2.44％，；矽溶膠的相對密度為1.2(20℃)，質量佔比：sio2為30％，鹼性物質如na2o為0.5％，ph＝10.5。
實施例1
本實施例中，水性有機-無機複合矽酸鹽溶液按照質量計，包括以下組分：
矽酸鉀溶液100g
矽酸鈉溶液100g
矽酸鋰溶液20g
矽溶膠88g
甲基三甲氧基矽烷15.4g
矽丙乳液97.02g
水適量
上述水性有機-無機複合矽酸鹽防腐塗料的製備方法包括以下步驟：
首先稱取100g矽酸鉀溶液、100g矽酸鈉溶液和20g矽酸鋰溶液於反應釜中混合均勻，得到矽酸鹽混合液；在50℃恆溫水浴和速率為500r/min的機械攪拌下，將88g矽溶膠滴加進矽酸鹽混合液中，得到矽溶膠-矽酸鹽混合液；然後滴加15.4g甲基三甲氧基矽烷，反應2～3h後降溫至室溫，得到複合矽酸鹽溶液；再滴加97.02g矽丙乳液，在室溫下攪拌1～2h，補加計量的水，即得固含量為40wt％的水性有機-無機複合矽酸鹽溶液。
將400目鋅粉加入水性有機-無機複合矽酸鹽溶液中充分攪拌，其中鋅粉與水性有機-無機複合矽酸鹽溶液的質量比為7：3。攪拌均勻即得水性有機-無機複合矽酸鹽防腐塗料，將其刷塗在sa2.5級粗糙度的馬口鐵片上，溼膜厚度控制在100μm左右。
對上述固含量為40wt％的水性有機-無機複合矽酸鹽溶液製得的水性有機-無機複合矽酸鹽防腐塗料進行性能測試，結果如表1所示：
表1
從表1可以看出，本發明製備的水性有機-無機複合矽酸鹽防腐塗料機械性能優異，耐腐蝕性強，適於傳統防腐用漆。
實施例2
本實施例中，水性有機-無機複合矽酸鹽溶液按照質量計，包括以下組分：
矽酸鉀溶液100g
矽酸鈉溶液120g
矽酸鋰溶液20g
矽溶膠96g
巰丙基三甲氧基矽烷16.8g
環氧-矽丙乳液70.56g
水適量
上述水性有機-無機複合矽酸鹽溶液的製備方法包括以下步驟：
首先稱取100g矽酸鉀溶液、120g矽酸鈉溶液和20g矽酸鋰溶液於反應釜中混合均勻，得到矽酸鹽混合液；在60℃恆溫水浴和速率為800r/min的機械攪拌下，將96g矽溶膠滴加進矽酸鹽混合液中，得到矽溶膠-矽酸鹽混合液；然後滴加16.8g巰丙基三甲氧基矽烷，反應2～3h後降溫至室溫，得到複合矽酸鹽溶液；再滴加70.56g環氧-矽丙乳液，在室溫下攪拌1～2h後補加計量的水，即得固含量為40wt％的水性有機-無機複合矽酸鹽溶液。
將400目鋅粉加入水性有機-無機複合矽酸鹽溶液中充分攪拌，其中鋅粉與水性有機-無機複合矽酸鹽溶液的質量比為7：3。攪拌均勻即得水性有機-無機複合矽酸鹽防腐塗料，將其刷塗在sa2.5級粗糙度的馬口鐵片上，溼膜厚度控制在100μm左右。
對上述固含量為40wt％的水性有機-無機複合矽酸鹽溶液製得的水性有機-無機複合矽酸鹽防腐塗料進行性能測試，結果如表2所示：
表2
從表1可以看出，本發明的水性有機-無機複合矽酸鹽防腐塗料機械性能優異，耐腐蝕性強，適於傳統防腐用漆。
實施例3
本實施例中，水性有機-無機複合矽酸鹽溶液按照質量百分比計，包括以下組分：
矽酸鉀溶液100g
矽酸鈉溶液120g
矽酸鋰溶液30g
矽溶膠100g
氨丙基三甲氧基矽烷17.5g
環氧-矽丙乳液73.5g
水適量
上述水性有機-無機複合矽酸鹽溶液的製備方法包括以下步驟：
首先稱取100g矽酸鉀溶液、120g矽酸鈉溶液和30g矽酸鋰溶液於反應釜中混合均勻，得到矽酸鹽混合液；在55℃恆溫水浴和速率為1000r/min的機械攪拌下，將100g矽溶膠滴加進矽酸鹽混合液中，得到矽溶膠-矽酸鹽混合液；然後滴加17.5g氨丙基三甲氧基矽烷，反應2～3h後降溫至室溫，得到複合矽酸鹽溶液；再滴加73.5g環氧-矽丙乳液，在室溫下攪拌1～2h後補加計量的水，即得固含量為40wt％的水性有機-無機複合矽酸鹽溶液。
將400目鋅粉加入水性有機-無機複合矽酸鹽溶液中充分攪拌，其中鋅粉與水性有機-無機複合矽酸鹽溶液的質量比為7：3。攪拌均勻即得水性有機-無機複合矽酸鹽防腐塗料，將其刷塗在sa2.5級粗糙度的馬口鐵片上，溼膜厚度控制在100μm左右。
上述固含量為40wt％的水性有機-無機複合矽酸鹽溶液製得的水性有機-無機複合矽酸鹽防腐塗料進行性能測試，結果如表3所示：
表3
從表3可以看出，本發明的水性有機-無機複合矽酸鹽防腐塗料機械性能優異，耐腐蝕性強，適於傳統防腐用漆。
以上所述的實施例僅限於本發明的技術方案要求，但並非限制於本發明，凡在本發明的原則範圍內所做的任何修改、補充或等效替換均應包含在本發明的保護範圍之內。