新一代水性无机富锌涂料

新一代水性无机富锌涂料
2008/11/10/08:22 来源：涂料涂装资讯网
魏向阳
( 南京宣鹏科技有限公司，南京 210018)
摘要：在常见的水性无机富锌涂料中，添加有机成膜基料和缓蚀性材料，使水性无机富锌涂料的施工适应性大大拓宽，改善了涂膜的附着性、致密性、耐老化性和抗滑移性。

关键词：水性无机富锌涂料；超强缓蚀性；抗滑移性；致密性
0 引言
海洋环境是极其严酷的腐蚀环境，海洋船舶及海洋工程设施所用的防护涂料属于重防腐涂料。

通常的防腐蚀涂料，大部分是溶剂型涂料，含有大量的挥发性有机物，这类涂料在使用过程中不仅浪费了资源，还造成环境污染。

本文研究了一套用水性无机富锌涂料作底漆，高固体分复合树脂防腐涂料作面漆的海洋环境防腐涂料配套体系，已在大型钢架桥、输油管道、船舶、海港码头、贮罐等众多领域得到实践验证。

这种配套体系的优点主要体现在绿色环保、高效防腐、使用
期长、方便保养等方面。

水性无机富锌涂料以水为分散介质 ,VOC 含量近似为零，不含重金属和其他有害的有机物。

经过几代的发展，到目前为止，高模数硅酸钾富锌防腐涂料已经成为水性无机硅酸盐防腐蚀涂料的主流产品 [ 1 ] 。

高模数硅酸钾富锌涂料是
液为基料制成的硅酸钾富锌涂料。

与低模数硅酸钾富锌涂料及其他硅酸盐防腐涂料相比，高模数硅酸钾基料更容易与锌粉混合反应，固化时间也大为缩短，减少了单层涂装及面涂的时间。

此外，由高模数硅酸钾基料形成的防腐涂层的耐水性、耐冲击性和附着性均比以低模数硅酸钾及其他硅酸盐基料所形成的防腐涂层强
[ 2 ] 。

本文在施工性、贮存稳定性，延缓腐蚀性等方面，进行了改进，对高模数硅酸钾富锌涂料的改进进行初步研究和阐述。

1 实验部分
1. 1 仪器与原材料
1 . 1 . 1 实验仪器
电炉；高速搅拌器；温度控制仪；电子天平；柔韧性测定器；漆膜冲击试验器；盐雾箱；划格器等。

1 . 1 .
2 原材料
硅酸钾溶液：青岛泡花碱厂；硅溶胶：江阴国联化工有限公司；烷氧基硅烷：化学纯，杭州硅宝化工有限公司；硅酸乙酯：化学纯，天津市化学试剂一厂；海藻酸钠：分析纯，市售；水杨酸：分析纯，市售；硅酸：分析纯，上海化学试剂采购供应站；乙醇：分析纯，市售；锌粉：工业级，市售；缓蚀性复合颜料：自制；防闪蚀助剂：自制；防锈乳液：自制；表面活性剂：南京立派化工有限公司；马口铁板。

1. 2 试验方法
1 .
2 .1 高模数硅酸钾溶液的制备
将定量的蒸馏水倒人装有高速搅拌器和加热装置的反应器中，升到一定温度，在搅拌下慢慢加入计量的硅酸钾溶液，滴加硅溶胶，将体系升到一定温度，再向反应器中滴加硅烷，在此过程中补加配方余下的蒸馏水；滴加完硅烷后，
高速搅拌 1. 5 ～ 2 . 0 h, 降温，静置 24 ～ 48 h, 从上层倾倒、过滤，
取出澄清透明溶液，即得到高模数的硅酸钾溶液。

下层含有白色粒状物的溶液留待下次生产或试验再用。

1 . 2.
2 海藻酸钠溶液的制备
(1) 将水杨酸和乙醇按 1 ∶ 10 的比例配成水杨酸乙醇溶液，过滤，备用。

(2) 将海藻酸钠配成质量浓度为 1% 的纯水溶液，过滤，备用。

(3) 在 100 g 海藻酸钠纯水溶液中加入 1 g 水杨酸乙醇溶液，搅拌均匀，即得本实验中用的海藻酸钠溶液。

1 .
2 .
3 高模数硅酸钾富锌涂料的制备
将定量的高模数硅酸钾溶液、海藻酸钠溶液、防锈乳液、表面活性剂、锌粉、缓蚀性颜料、防闪蚀助剂倒入烧杯中，搅拌均匀，即得到高模数硅酸钾富锌涂料。

试验时也曾经将防锈乳液在高模数硅酸钾溶液制备时热拼一部份，主要是想解决涂料的贮存稳定性问题，但效果并不明显，相关试验正在进一步进行中。

1 .
2 .4 样板的表面处理及涂装
用溶剂洗净样板上的污物，将样板用实验室喷砂机喷砂处理，直到样板表面现出金属本色，粗糙度不大于50 μ m, 表面无可见污物或斑渍，吹去样板表面砂粒，立即用水性无机富锌涂料喷涂样板，喷涂厚度控制在干膜厚30 μ m 和50 μ m [ 3 ] 。

1 .
2 . 5 漆膜性质的测定 [ 4 ]
附着力： 1 级；盐雾试验： 10 000 h 表面完好；表干时间： 2 ～
20 min；实干时间： 24 h；耐温性： 450 ℃涂膜无影响，瞬时高温 600 ℃涂膜无影响；涂刷面积： 8 ～ 10 m 2 /L；焊接试验：焊缝合格，涂料对焊接无影响；无毒试验：浸泡液符合国家生活饮用水标准，经口毒性试验，受试物属无毒级 ( 河北省卫生厅认定的涉及饮用水卫生安全产品检验机构———河北省卫生检测中心的检验报告 ) 。

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1. 2 . 6 改进后产品涂膜部分性能与原产品的比较
(1) 漆膜的附着性
在温度为 (25 ± 2) ℃相对湿度为 (50 ± 5) % 条件下，对放置不同时间的涂膜样板进行附着力测试，结果见表 1 。

表 1 附着力试验
注：样板 1 是未加防锈乳液的，做 3 个平衡试样；样板 2 是加了防锈乳液的，做 3 个平衡试样。

Gt0 /5B ———井字型刀切边缘是完全光滑，格子边缘没有任何剥落； Gt1 /4B ———在割痕相交处有小片涂层剥落，大约是面积的 5%； Gt2 /3B ———涂层延边缘及部分格子被剥落，面积大约是 5% 。

(2) 漆膜的柔韧性
在温度为 (25 ± 2) ℃相对湿度为 50 ± 5% 条件下，对漆膜柔韧性进行测试，结果见表 2 所示。

表 2 漆膜柔韧性测试
注：样板 1 是未加防锈乳液的，做 3 个平衡试样；样板 2 是加了防锈乳液的，做 3 个平衡试样。

好是指样板上漆膜丝毫未脱落，边缘没有裂缝；
良好是指样板上漆膜丝毫未脱落，边缘有细微的裂缝；差是指棱角处有漆膜脱落，边缘有小裂缝。

(3) 漆膜的耐冲击性
在温度为 (25 ± 2) ℃相对湿度为 (50 ± 5) % 条件下，对漆膜进行耐冲击性能测试，结果见表 3 所示。

表 3 漆膜耐冲击性试验
注：样板 1 是未加防锈乳液的，做 3 个平衡试样；样板 2 是加了防锈乳液的，做 3 个平衡试样。

优是指样板冲击坑边缘无漆膜脱落，无任何裂缝；
良是指样板冲击坑边缘无漆膜脱落，有些细纹；中是指样板冲击坑边缘有部份漆膜脱落，有些粗裂缝；差是指样板冲击坑边缘有大量漆膜脱落，有很多粗裂缝。

(4) 漆膜的耐高温性
在温度为 (25 ± 2) ℃相对湿度为 (50 ± 5) % 条件下，漆膜干燥 7 d 后测试其耐高温性，在样板经不同的温度烘烤后，测试其附着力和耐冲击性结果见表 4 所示。

表 4 漆膜耐高温性
(5) 漆膜的耐盐雾性
在温度为 (25 ± 2) ℃相对湿度为 (50 ± 5) % 条件下，漆膜干燥 7 d 后测试其耐盐雾性。

每块样板上划“ X ”，在盐雾箱中放置一定时间后，观察其表面颜色和锈蚀情况。

结果见表 5 所示。

表 5 漆膜耐盐雾试验
注：样板 A 是原水性无机富锌涂料产品，做 3 个平衡试样。

样板 B 是添加了防锈乳液、防闪蚀助剂、缓蚀性复合料的产品，做 3 个平衡试样。

优是
指颜色正常无变化，无白色析出物，“ X ”痕清晰，划痕外无任何锈点；良是指颜色正常，有白色析出物，“ X ”痕清晰，划痕外有少量锈点；中是指颜色正常，有白色析出物，“ X ”痕稍有破坏，划痕外有大量锈点；差是指颜色有深浅，很多白色析出物，“ X ”痕破坏严重，划痕外有大量锈点。

(6) 漆膜的抗滑移系数测试
①试件说明：
试件为两栓拉力接头，双面拼接 ,M22 10 . 9 s 级螺栓，材质为 16Mn 钢，表面处理为喷砂，喷涂水性无机富锌涂料，干膜厚为100 μ m 。

试件如图 1 所示。

图 1 漆膜抗滑移系数测试
②测试结果见表 6 。

表 6 漆膜抗滑移试验测试结果
试样 NO . 1 涂装产品为本公司原产品，抗滑移系数最小值为 0 . 715；试样 NO . 2 为添加缓蚀性防锈颜料后改进产品，抗滑移系数最小值为 0. 746 改进后的涂料涂层抗滑移性有明显提高。

2 结果与讨论
2. 1 影响高模数硅酸钾溶液制备的因素
关于实验过程中温度、硅烷种类、硅烷用量、硅溶胶、 pH 值、搅拌速度对高模数硅酸钾溶液性能影响的分析请参见文献 [ 3 ] 。

2. 2 防闪蚀助剂的作用
水性无机富锌防腐涂料的溶剂为水，在成品涂料中粘接剂含量较少，形成的干涂膜不致密，在施工环境较潮湿、较阴冷时，水的挥发速度较慢，薄涂容易产生闪锈现象。

防闪蚀助剂在涂膜中的作用是与基材表面形成一层钝化膜，减少锌粉起反应前的快速生锈现象。

2. 3 缓蚀性复合料的作用
缓蚀性颜料由金属活性稍强的材料和耐磨物质组成。

锌粉为常用的钢铁锈蚀保护材料，因其单质金属性比钢铁活泼，水性无机富锌涂层长时间裸露于大气中易被氧化老化，导致涂膜发白，减弱防腐效果，缩短防腐使用寿命。

在水性无机
富锌涂料中增加适量缓蚀性复合料可以减少金属锌粉活性，延缓金属锌粉涂料的老化，提高漆膜的耐老化性能。

在单层缓蚀性无机富锌涂料作防锈涂层时，长时
间暴露于空气中较少有发白现象，即“白锈”现象大大减轻。

本公司自制的缓蚀
性复合料中含有极高熔点和硬度的材料，提高了涂膜的摩擦系数，增强了被防护物钣面间摩擦力，即抗滑移性能大大提高。

经过铁道部产品质量监督检验中心金
属化学检验站检验，抗滑移系数达 0 . 74 以上。

高熔点材料使涂膜耐瞬时温度和长期使用温度都有提高，正常使用温度可达 600 ℃，瞬时温度可达
700 ℃。

2. 4 防锈乳液的作用
自制了胶束粒径很小的防锈乳液，如果乳液粒径太大，在电解质浓度极高的硅酸钾溶液中很容易破乳，造成粘接料的贮存稳定性很差。

通过研究，在水性无机富锌涂料的粘接基料中添加防锈乳液后，粘接基料的固体分有了明显提高，提高了涂膜的湿附着性和致密性，使水性无机富锌涂料在施工后短时间内粘接性能得到明显提高，拓宽了该涂料的施工适应性。

涂层完全干燥后，柔韧性、冲击强度也有了很大的提高。

在基材没有经过严格前处理或者施工时的温度、湿度、风力不符合通常喷涂条件的情况下，施工该涂料也能得到性能良好的涂层和防腐防锈效果。

3 结语
研制的水性无机富锌涂料，根据两年来大生产及用户使用实践反馈的情况，在基料及防锈颜料等几个方面进行了改进。

改变了市面上高模数硅酸钾富锌涂料
易发生凝胶，贮存稳定性较差的缺点 [ 5 ] 。

改进粘接基料后的成品水性无机
富锌涂料双组分混合后的静置黏度有了提高，使喷涂施工时喷涂罐里相对密度大的防锈颜料不易沉降，另外，涂料运动黏度得到降低，有利于施工，改善了涂膜的流平性和致密性，拓宽了通常水性无机富锌涂料在施工过程中的苛刻条件和前处理要求。

通过对基料、耐蚀颜料、防闪蚀助剂等方面的综合性调整，水性无机富锌单层涂膜的耐盐雾性得到很大提高，新一代缓蚀型水性无机富锌涂料以其优
异的防腐性、自修复性、耐温性、可焊性和零 VOC 释放，已成为在大气和海洋重防腐领域中使用最为广泛的品种之一。