專利名稱：一種納米凹土無機富鋅防腐涂料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及防腐涂料領域，具體涉及一種采用超細鋅粉、納米凹土、無機粘合劑為主要原料制成的納米凹土無機富鋅防腐涂料及其制備方法。
背景技術：
金屬的腐蝕，是指金屬受環境介質的化學或電化學作用而被破壞的現象。金屬的腐蝕遍及國民經濟各個領域，給國民經濟帶來了巨大的損失。據統計每年全世界腐蝕報廢的金屬約一億噸，占年產量的20% 40%。目前，全世界每年因金屬結構腐蝕造成的經濟損失已高達數千億美元以上。長期以來，人們一直采用多種技術對金屬加以保護，防止腐蝕的發生。其中，金屬設備防腐蝕最有效、最常用的方法之一是在金屬表面涂敷防腐涂料。富鋅涂料由于既具有物理性的屏蔽作用，又具有電化學的陰極保護作用，因而廣泛用于管道、橋梁、車輛、化工設備、船舶等的防腐蝕，是目前使用最為廣泛的重防腐涂料之一。根據成膜物質的不同，富鋅涂料可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(如環氧樹脂、聚醋樹脂等)為成膜物質，以高含量鋅粉為顏填料的防銹涂料，由于有機富鋅涂料中存在揮發性有機物質(V0C)，因而其對環境有較大負面影響。無機富鋅涂料是以堿金屬硅酸鹽的水溶液為成膜基液，并與鋅粉復配而成的高性能無機涂料。相比有機富鋅涂料，無機富鋅涂料綠色環保(無V0C)、耐溫性高，是目前國際上最具發展前途的環保型涂料之一。無機富鋅涂料具有上述的優點，但同時也存在一些不足:無機富鋅涂料的涂層中鋅含量超過70%以上，涂層較“脆”耐沖擊性能不佳；涂層與基體結合力不高易開裂，會產生龜裂的涂層缺陷等。這些因素影響了無機富鋅涂料的防腐蝕性能和綜合力學性能，限制了該涂料的廣泛應用。
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公開號為CN101418150A的中國發明專利申請公開了一種新型水性富鋅防腐涂料，由甲、乙組分組成，以該涂料總重量百分比計，包含:甲組分，鋅粉50% 56%、觸變劑10% 15% ；乙組分，硅酸鉀8% 10%、水17% 20%、增稠劑1% 2%以及助劑4% 7%，使用時甲、乙組分混合即得水性富鋅防腐涂料。通過上述組分的復配，提高了涂料的防腐性能，同時，具有較好的附著力、耐高溫性以及耐老化性，使其具有長效防腐作用。但是該水性富鋅防腐涂料的力學性能不佳，如抗沖擊強度和柔韌性均較差，其力學性能有待進一步提高。

發明內容
本發明提供了一種納米凹土無機富鋅防腐涂料，通過各組分的復配，能夠顯著提高本發明納米凹土無機富鋅防腐涂料的抗沖擊強度和柔韌性。一種納米凹土無機富鋅防腐涂料，由甲組分和乙組分混合而成，甲組分與乙組分的質量比為1:2 4 ;以甲組分質量百分數100%計，所述的甲組分由以下質量百分含量的組分組成；無機粘合劑 68% 87% ；
合成樹脂乳液8% 30% ；
潤濕分散劑 1.5% 4% ；
消泡劑0.5% 2%;
以乙組分質量百分數100%計，所述的乙組分由以下質量百分含量的組分組成；
鋅粉85% 98%;
納米凹土2% 15%。
本發明中，所用納米凹土由凹土礦石粉經提純、解離和分散制備而成，是一種天然的納米纖維狀無機材料。納米凹土比表面積大，孔隙率高，表面原子具有極高的不飽和性，故納米凹土的粒子表面活性非常大，通過表面處理和高速乳化分散處理，在本發明納米凹土無機富鋅防腐涂料中可分散均勻。涂料固化過程中，納米凹土表面原子與無機粘合劑反應使涂層固化形成鈍化膜。分散的纖維狀納米凹土可有效填充涂層的針孔，抑制涂層龜裂的形成。另外，納米凹土具有纖維狀結構在涂料中可傳遞應力吸收高能量，抑制涂料中微裂紋的產生，從而有效抗擊沖擊力和控制裂縫。因此，在上述特定組分和特定含量組成的納米凹土無機富鋅防腐涂料，具有較好的抗沖擊強度和柔韌性。
作為優選，所述的無機粘合劑的模數為3.0 5.0，該模數的無機粘合劑具有更好的成膜性和干膜附著力，所述的無機粘合劑為硅酸鉀溶液、硅酸鈉溶液、硅酸鋰溶液中的一種或多種，多種是指兩種以上(包括兩種)，可采用市售產品。
合成樹脂乳液可改善涂料的穩定性和分散性，作為優選，所述的合成樹脂乳液為苯丙乳液或硅丙乳液，苯丙乳液或硅丙乳液與本發明優選的無機粘合劑具有更好的相容性，能夠使得本發明納米凹土無機富鋅防腐涂料具有優異的穩定性和分散性。
潤濕分散劑可改善涂料中固體顆粒的分散穩定性，作為優選，所述的潤濕分散劑為聚羧酸鈉鹽型潤濕分散劑，聚羧酸鈉鹽型潤濕分散劑對本發明中納米凹土和鋅粉具有更好的分散效果，聚羧酸鈉鹽型潤濕分散劑可采用市售產品，具體可采用諾普科公司生產的型號為SN-5040的聚羧酸鈉鹽 型潤濕分散劑。
消泡劑可抑制涂料制備過程中氣泡的形成減少干膜氣孔，作為優選，所述的消泡劑為聚醚類消泡劑或二氧化硅型消泡劑，具體可采用南通宏峰工業助劑有限公司生產的SPG-10型聚醚類消泡劑或杭州卡瑞特化工公司生產的SN154型二氧化硅型消泡劑，聚醚類消泡劑或二氧化硅型消泡劑在本發明納米凹土無機富鋅防腐涂料中，擴散性和滲透性好，具有更佳的消泡效果。
鋅粉通過其具有的電化學陰極保護和一定的物理性屏蔽實現其對被保護基體的防腐作用，作為優選，所述的鋅粉的粒度為300目至800目，以300目至800目鋅粉制備的本發明納米凹土無機富鋅防腐涂料具有更好的涂膜均一性。
納米凹土具有纖維狀結構在涂料中可傳遞應力吸收高能量，抑制涂料中微裂紋的產生，從而有效抗擊沖擊力和控制裂縫，作為優選，所述的納米凹土為直徑25 80nm、長0.5 3 μ m的纖維狀凹凸棒石，以直徑25 80nm、長0.5 3 μ m纖維狀凹凸棒石制備的本發明納米凹土無機富鋅防腐涂料具有更優異的防腐蝕性能和力學性能。
本發明還提供了一種納米凹土無機富鋅防腐涂料的制備方法，制備過程可控性好，易于操作，生產成本較低，易于工業化生產。
一種納米凹土無機富鋅防腐涂料的制備方法，包括以下步驟:
I)甲組分的制備:將無機粘合劑、合成樹脂乳液、潤濕分散劑和消泡劑混合均勻，即得甲組分；2)向步驟I)中的甲組分中加入乙組分，即納米凹土和鋅粉，混合均勻后得到納米凹土無機富鋅防腐涂料。步驟2)中，所述的納米凹土的制備包括:在5000 7000轉/分鐘的高速剪切力的作用下將凹土加入水中形成懸浮液，并加入鹽酸和六偏磷酸鈉，經超聲波振蕩后靜置，待體系明顯分成上部懸浮液和下部密實的沉淀層，倒出上部懸浮液，抽濾分離后的固體經真空干燥制得納米凹土。其中，制備過程中，加入鹽酸和六偏磷酸鈉是為了進行活化和分散，對懸浮液超聲波振蕩是為了使凹土充分水化分散。步驟2)中，向步驟I)中的甲組分中加入乙組分，優選為先向步驟I)中的甲組分中加入納米凹土，在1000 3000轉/分鐘高速攪拌乳化，再加入鋅粉。先加入納米凹土，高速攪拌乳化，有利于納米凹土在涂料中分散均勻，使得納米凹土能夠更好地傳遞應力吸收高能量，抑制涂料中微裂紋的產生，之后再加入鋅粉，鋅粉使得最終制備的納米凹土無機富鋅防腐涂料具有更好的涂膜均一性。與現有技術相比，本發明的優點如下:一、本發明納米凹土無機富鋅防腐涂料，甲組分由特定含量的無機粘合劑、合成樹脂乳液、潤濕分散劑以及消泡劑組成，乙組分由特定含量的鋅粉以及納米凹土組成，所用納米凹土為天然礦物，原材料來源廣泛、價格便宜，通過各組分的復配，能夠顯著提高本發明納米凹土無機富鋅防腐涂料的抗沖擊強度和柔韌性。本發明納米凹土無機富鋅防腐涂料具有與金屬基材結合力強，耐鹽霧、耐沖擊性能好等優點，其不僅適合用于重防腐方面，而且可以用于對涂料力學性能要求很高的場合。本發明納米凹土無機富鋅防腐涂料可廣泛應用于海洋鉆采石油平臺、船舶、石化設備及濱海地區橋梁、管線等防腐保護，具有很好的經濟效益和廣闊的市場前景。

二、本發明納米凹土無機富鋅防腐涂料可采用噴涂或刷涂，涂層干燥速度快，涂膜作為金屬表面的底漆與其它防腐漆具有很好配套性，可長期耐鹽霧和濕熱腐蝕破壞。三、本發明納米凹土無機富鋅防腐涂料的制備方法，制備過程可控性好，易于操作,生產成本較低,易于工業化大規模生產。


圖1為本發明納米凹土(即直徑25 80nm、長0.5 3 ii m的纖維狀凹凸棒石)的透射電子顯微鏡照片。
具體實施例方式通過實施例對本發明作進一步詳細描述。一種納米凹土無機富鋅防腐涂料的制備方法，包括以下步驟:I)甲組分的制備:以甲組分質量百分數100%計，甲組分采用以下質量百分含量的組分；無機粘合劑 68% 87% ；合成樹脂乳液8% 30% ；
潤濕分散劑 1.5% 4% ；消泡劑0.5% 2%;將模數為3.0 5.0的無機粘合劑(硅酸鉀溶液、硅酸鈉溶液、硅酸鋰溶液中的一種或多種)放入容器中，在攪拌中加入上述合成樹脂乳液(苯丙乳液或硅丙乳液)、潤濕分散劑(聚羧酸鈉鹽型潤濕分散劑)和消泡劑(聚醚類消泡劑或二氧化硅型消泡劑)制得甲組分；2)乙組分中納米凹土的制備:在高速攪拌(6000轉/分鐘)的作用下將50g凹土加入IOOOmL去離子水中形成懸浮液,并加入2.5mol鹽酸和1.0mol六偏磷酸鈉,經超聲波振蕩，使凹土充分水化分散，然后靜置三小時，待體系明顯分成上部懸浮液和下部密實的沉淀層，倒出上部懸浮液，抽濾分離后的固體于60°C下真空干燥12小時制得上述納米凹土，即直徑25 80nm、長0.5 3 y m的纖維狀凹凸棒石,該納米凹土的透射電子顯微鏡照片如圖1所示。 3)納米凹土無機富鋅防腐涂料的配制:以乙組分質量百分數100%計，乙組分由以下質量百分含量的組分組成；鋅粉85% 98% ；納米凹土2% 15%。將步驟2)制備的納米凹土加入己經配好的甲組分中，通過高速(6000轉/分鐘)乳化處理使納米凹土在液體中分散均勻，最后，加入300 800目鋅粉，甲組分和乙組分的質量比為1:2 4，使二者充分混和均勻，即得納米凹土無機富鋅防腐涂料。本發明納米凹土無機富鋅防腐涂料的抗沖擊強度、耐鹽霧性、柔韌性和附著力分別按照 GB/T1732-1993、GB/T1771-1991、GB/T1731-1993、GB/T1720-1989 標準測試。實施例1I)取87克模數為3.5的硅酸鉀-硅酸鈉溶液(河北邢臺大洋化工有限公司生產，型號DY-KN)，并加入10克苯丙乳液(羅門哈斯AS-398)、2克潤濕分散劑(諾普科公司生產的型號為SN-5040的聚羧酸鈉鹽型潤濕分散劑)和I克消泡劑(南通宏峰工業助劑有限公司生產的SPG-10型聚醚類消泡劑)，攪拌使其完全分散，制成甲組分；2)將8克納米凹土 (直徑25 80nm、長0.5 3 y m的纖維狀凹凸棒石)加入上述的甲組分溶液中，在1500轉/分鐘條件下攪拌1.5小時使納米凹土在液體中分散均勻,最后加入292克500目鋅粉，甲組分和乙組分的質量比為1:3，并持續攪拌30分鐘，過濾得到納米凹土無機富鋅防腐涂料。將本實施例納米凹土無機富鋅防腐涂料用高壓有氣噴涂分別噴到經砂紙處理過的馬口鐵基體上和經噴砂處理過的鐵板上。待完全固化后，得涂膜樣板Y1。留作性能評價試驗。實施例2I)取81克模數為4.0的硅酸鉀溶液(河北邢臺大洋化工有限公司生產，型號DY-K)并加入15克苯丙乳液(羅門哈斯AS-398)、2.5克潤濕分散劑(諾普科公司生產的型號為SN-5040的聚羧酸鈉鹽型潤濕分散劑)和1.5克消泡劑(南通宏峰工業助劑有限公司生產的SPG-10型聚醚類消泡劑)，攪拌使其完全分散，制成甲組分。2)將10克納米凹土 (直徑25 80nm、長0.5 3 y m的纖維狀凹凸棒石)加入上述的甲組分溶液中，在1500轉/分鐘條件下攪拌1.5小時使納米凹土在液體中分散均勻，最后加入290克600目鋅粉，甲組分和乙組分的質量比為1:3，并持續攪拌30分鐘，過濾得到納米凹土無機富鋅防腐涂料。將本實施例納米凹土無機富鋅防腐涂料用高壓有氣噴涂分別噴到經砂紙處理過的馬口鐵基體上和經噴砂處理過的鐵板上。待完全固化后，得涂膜樣板Y2。留作性能評價試驗。實施例3I)取86克模數為4.8的硅酸鋰溶液(淄博化學試劑廠有限公司生產)并加入8克苯丙乳液(羅門哈斯AS-398)、4克潤濕分散劑(諾普科公司生產的型號為SN-5040的聚羧酸鈉鹽型潤濕分散劑)和2克消泡劑(杭州卡瑞特化工公司生產的SN154型二氧化硅型消泡劑)，攪拌使其完全分散，制成甲組分。2)將4克納米凹土 (直徑25 80nm、長0.5 3 y m的纖維狀凹凸棒石)加入上述的甲組分中，在1500轉/分鐘條件下攪拌1.5小時使納米凹土在液體中分散均勻，最后加入196克400目鋅粉，甲組分和乙組分的質量比為1:2，并持續攪拌30分鐘，過濾得到納米凹土無機富鋅防腐涂料。將本實施例納米凹土無機富鋅防腐涂料用高壓有氣噴涂分別噴到經砂紙處理過的馬口鐵基體上和經噴砂處理過的鐵板上。待完全固化后，得涂膜樣板Y3。留作性能評價試驗。實施例4I)取68克模數為3.0的硅酸鉀-硅酸鈉溶液(河北邢臺大洋化工有限公司生產，型號DY-KN)并加入30克硅丙乳液(東方亞科力BC-3206)、1.5克潤濕分散劑(諾普科公司生產的型號為SN-5040的聚羧酸鈉鹽型潤濕分散劑)和0.5克消泡劑(杭州卡瑞特化工公司生產的SN154型二氧化硅型消泡劑)，攪拌使其完全分散，制成甲組分。2)將30克納米凹土 (直徑25 80nm、長0.5 3 y m的纖維狀凹凸棒石)加入上述的甲組分溶液中，在1500轉/分鐘條件下攪拌1.5小時使納米凹土在液體中分散均勻，最后加入170克300目鋅粉，甲組分和乙組分的質量比為1:2，并持續攪拌30分鐘，過濾得到納米凹土無機富鋅防腐涂料。將本實施例納米凹土無機富鋅防腐涂料用高壓有氣噴涂分別噴到經砂紙處理過的馬口鐵基體上和經噴砂處理過的鐵板上。待完全固化后，得涂膜樣板Y4。留作性能評價試驗。實施例5I)取80克模數為3.0的硅酸鋰-硅酸鈉溶液(淄博化學試劑廠有限公司生產)并加入15克硅丙乳液(東方亞科力BC-3206)、3克潤濕分散劑(諾普科公司生產的型號為SN-5040的聚羧酸鈉鹽型潤濕分散劑)和2克消泡劑(杭州卡瑞特化工公司生產的SN154型二氧化硅型消泡劑)，攪拌使其完全分散，制成甲組分。2)將20克納米凹土 (直徑25 80nm、長0.5 3 y m的纖維狀凹凸棒石)加入上述的甲組分中，在1500轉/分鐘條件下攪拌1.5小時使納米凹土在液體中分散均勻,最后加入380克800目鋅粉，甲組分和乙組分的質量比為1:4，并持續攪拌30分鐘，過濾得到納米凹土無機富鋅防腐涂料。

將本實施例納米凹土無機富鋅防腐涂料用高壓有氣噴涂分別噴到經砂紙處理過的馬口鐵基體上和經噴砂處理過的鐵板上。待完全固化后，得涂膜樣板Y5。留作性能評價試驗。
表I富鋅涂膜板性能評價
權利要求
1.一種納米凹土無機富鋅防腐涂料，其特征在于，由甲組分和乙組分混合而成，甲組分與乙組分的質量比為1:2 4 ; 以甲組分質量百分數100%計，所述的甲組分由以下質量百分含量的組分組成； 無機粘合劑 68% 87% ； 合成樹脂乳液8% 30% ； 潤濕分散劑 1.5% 4% ； 消泡劑0.5% 2% ； 以乙組分質量百分數100%計，所述的乙組分由以下質量百分含量的組分組成； 鋅粉 85% 98% ； 納米凹土 2% 15%。
2.根據權利要求1所述的納米凹土無機富鋅防腐涂料，其特征在于，所述的無機粘合劑的模數為3.0 5.0。
3.根據權利要求1或2所述的納米凹土無機富鋅防腐涂料，其特征在于，所述的無機粘合劑為硅酸鉀溶液、硅酸鈉溶液、硅酸鋰溶液中的一種或多種。
4.根據權利要求1所述的納米凹土無機富鋅防腐涂料，其特征在于，所述的合成樹脂乳液為苯丙乳液或硅丙乳液。
5.根據權利要求1所述的納米凹土無機富鋅防腐涂料，其特征在于，所述的潤濕分散劑為聚羧酸鈉鹽型潤濕分散劑。
6.根據權利要求1所述的納米凹土無機富鋅防腐涂料，其特征在于，所述的消泡劑為聚醚類消泡劑或二氧化硅型消泡劑。
7.根據權利要求1所述的納米凹土無機富鋅防腐涂料，其特征在于，所述的鋅粉的粒度為300目至800目。
8.根據權利要求1所述的納米凹土無機富鋅防腐涂料，其特征在于，所述的納米凹土為直徑25 80nm、長0.5 3 μ m的纖維狀凹凸棒石。
9.根據權利要求1 8任一項所述的納米凹土無機富鋅防腐涂料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: O甲組分的制備:將無機粘合劑、合成樹脂乳液、潤濕分散劑和消泡劑混合均勻，即得甲組分； 2)向步驟I)中的甲 組分中加入乙組分，即納米凹土和鋅粉，混合均勻后得到納米凹土無機富鋅防腐涂料。
10.根據權利要求9所述的納米凹土無機富鋅防腐涂料的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述的納米凹土的制備包括:在5000 7000轉/分鐘的高速剪切力的作用下將凹土加入水中形成懸浮液，并加入鹽酸和六偏磷酸鈉，經超聲波振蕩后靜置，待體系明顯分成上部懸浮液和下部密實的沉淀層，倒出上部懸浮液，抽濾分離后的固體經真空干燥制得納米凹土。
全文摘要
本發明公開了一種納米凹土無機富鋅防腐涂料，由質量比為12～4的甲組分和乙組分混合而成，以甲組分質量百分數100%計，所述的甲組分由質量百分含量68～87%的無機粘合劑、8～30%的合成樹脂乳液、1.5～4%的潤濕分散劑以及0.5～2%的消泡劑組成；以乙組分質量百分數100%計，所述的乙組分由質量百分含量85～98%的鋅粉和2～15%的納米凹土的組分組成。本發明納米凹土無機富鋅防腐涂料具有與金屬基材結合力強以及柔韌性、耐鹽霧、耐沖擊性能好等優點，可應用于各種不同的場合。本發明還公開了一種納米凹土無機富鋅防腐涂料的制備方法，可控性好，易于操作，生產成本較低，易于工業化生產。
文檔編號C09D1/04GK103173045SQ201310072730
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月7日 優先權日2013年3月7日
發明者劉豐華, 許高杰, 程昱川, 郭建軍 申請人:中國科學院寧波材料技術與工程研究所