醇溶性无机富锌底漆的研制

化物及络合物等，这些生成物结构致密，是极难溶的稳
定化合物，沉结在涂层表面，能有效地防止氧、水和盐
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类的侵蚀，起到防锈的效果，使铁得到保护。 2.2 树脂合成研究
由上述理论分析可见，无机富锌底漆的性能和硅 酸乙酯的水解与缩合过程密切相关。水解环境不同，水 解和缩聚反应的速率不同，酸性环境有利于水解，碱性 环境有利于缩合。在制定无机富锌底漆配方时，要求硅 酸乙酯的水解物在涂覆前以中、低相对分子质量的预 聚物存在，所以通常选用酸作为催化剂。
反应，PVB 树脂中也存在活泼的—OH 基团，因此可以 预计由硅酸乙酯水解液和 PVB 树脂组成的黏结剂在 贮存过程中黏度会有变化。图 1 是黏结剂黏度随时间 的变化曲线，表 3 是黏结剂贮存 180 d 前后与锌粉浆 复配喷涂的漆膜性能对照。
黏结剂
贮存前 贮存后
表 3 黏结剂贮存 180 d 前后漆膜性能对照
35
2 10.75 1~2
4~5 未通过 ＜48
35
4
9.50
1
5~10 未通过 ＞48
35
2
9.50
1
5~10 未通过 ＞48
45
2 10.75 1~2
4~5 未通过 ＜48
55
2 10.75 1~2
4
未通过 ＜48
从表 1 可以看出，在所选取的试验范围内，酸的加 入量、反应温度对漆膜的性能影响不大，而水加入量的 变化严重影响漆膜的各项性能指标。加入的水量较大 时，漆膜的柔韧性相对较好，固化速率快，但附着力较 差；加入的水量较少时，虽然有较好的附着力，但漆膜 的柔韧性较差，漆膜固化很慢。
表 6 20 ℃时不同湿度下漆膜的固化时间
相对湿度 /%
40
60
80
90
固化时间 /h ＞96
30 ~ 40
10 ~ 20
≤10
针对不同使用要求，底漆可与多种中间漆及面漆 进行匹配，从试验结果来看，底漆的匹配性能很好。但 无机富锌底漆为多孔性的涂层，为保证涂层防腐性能， 在涂面漆时面漆黏度不能太大，喷涂时应先扫涂薄薄 的一层，然后再喷涂全部涂层。
始研究应用无机富锌底漆，近年来仍有相关专利发表。
目前，这种底漆已逐渐发展成为防腐性、耐候性、耐热
性优异的无机涂料。
2 醇溶性无机富锌底漆的研制
2.1 底漆研制理论
醇溶性无机富锌底漆以硅酸乙酯的水解物为黏结
剂，通过与空气中的水蒸气反应而固化。硅酸乙酯的水
解与缩合是一个非常复杂的过程，这一过程可概括为
3 种反应类型[1-2]：
为了得到适合底漆条件的硅酸乙酯水解预聚物， 必须对硅酸乙酯的水解和缩合过程对漆膜的影响作详 细的研究。文献表明：水解与缩合过程与水解时的温 度、pH 及水的加入量有关。因此，重点考察了水的加入 量、酸的加入量以及反应温度对水解反应及漆膜性能 的影响。
在三口烧瓶中加入硅酸乙酯及异丙醇，水浴加热 至指定温度，恒温，不断搅拌，将 HCl 和水的混合液滴 加到体系中，搅拌并恒温。反应后的水解液与锌粉浆按 一定比例配成漆液，喷涂制板并测其性能。配方设计及 漆膜性能见表 1。
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醇溶性无机富锌底漆的研制
吴飞
（北京航空材料研究院，北京 100095）
摘 要：简述了醇溶性无机富锌底漆的研制及防腐机理，通过试验证明水的加入量对醇溶性无机富锌底漆
的性能有显著的影响，PVB 的加入能显著改善漆膜的性能，底漆与各种环氧、聚氨酯类中间漆、面漆
由表 5 可以看出，不同组合漆膜间的黏结力均大 于 10 MPa，除 881HL 外，其余涂层体系断裂界面均为
底漆与底材间的断裂，说明所研制的无机富锌底漆与 其上的涂层层间结合力良好，可以配套使用。
表 5 无机富锌底漆与 881 等涂料层间结合力
涂层体系
黏结力 /MPa 断裂界面
无机富锌底漆 +901Z（环氧中间漆） 12.31
醇溶性无机富锌底漆具有优异的防腐、防蚀性能， 被广泛用于桥梁、管路、舰船及工厂设施等钢结构的防 腐。近期在武汉军山长江大桥、三峡工程等重大防腐项 目中均有醇溶性无机富锌底漆的应用，说明该类涂料 具有广阔的应用前景。
5 结语
研究证明水的加入量对醇溶性无 （下转第 33 页）
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表 1 水的加入量、温度、酸的加入量与漆膜性能
温度 HC（l 1M） 水 附着力 柔韧性 耐冲击性 固化速
/℃
/mL /mL （画圈）/级 /mm （40 cm） 率/h
35
4 12.00 2~3
4
未通过 ＜36
35
2 12.00
2
4~5 未通过 ＜36
35
4 10.75 1~2
4~5 未通过 ＜48
Key words: ethyl silicate，inorganic zinc-rich，primer
1 引言
无机富锌底漆一般分为水性无机富锌和醇溶性无
机富锌两种。水性无机富锌适合于干燥条件下施工，对
施工环境要求较为苛刻，施工难度较高；醇溶性无机富
锌通过与空气中的水蒸气反应而固化，尤其适合我国
南方高湿条件下施工。西方国家于 20 世纪 50 年代开
从表 1 中还可以看出，单纯用硅酸乙酯水解物作 为无机富锌底漆的成膜物，漆膜的多项技术指标均不 能满足要求。因此，有必要对水解的树脂进行改性。 2.3 树脂改性研究
参考有关文献，经探索性试验，采用聚乙烯醇缩丁
醛（PVB）对水解液进行改性。PVB 树脂品种很多，不同
品种相对分子质量差别很大。研究表明，低相对分子质 量的 PVB 树脂与硅酸乙酯有较好的相容性，对硅酸乙
的层间结合力良好。
关键词：硅酸乙酯；无机富锌；底漆
中图分类号：TQ632.1
文献标识码：A
文章编号：1007－9548（2011）04-0010－03
Development of Alcohol-solubwk.baidu.come Inorganic Zinc-rich Primer
Wu Fei
Abstract: The alcohol -soluble inorganic zinc -rich primer was developed, and its anticorrosive mechanism was briefly described. The test results indicated that the amount of water has an obvious effect on its performances, and PVB apparently improved the properties of the coating film. In addition, the primer showed strong adhesion with various epoxy or polyurethane inter coats and top coats.
醇溶性无机富锌底漆施工时，对钢铁表面处理的 要求较严格，一般要求表面处理除锈等级必须达到 Sa 2.5 级，并有一定的粗糙度。施工时，应先将锌粉浆组分 混合均匀，按照规定的配比，将锌粉浆倒入黏结剂中， 搅拌成均匀的漆液，方可进行有气喷涂或无气喷涂。醇 溶性无机富锌底漆为湿固化类型的涂料，其干燥机理 是吸收空气中的水蒸气而固化，因此空气湿度对漆膜 的干燥性能影响很大。试验中发现如果大气的湿度很 低，漆膜将长期不能固化，漆膜的力学性能及防腐性能 均不能达到要求，因此底漆施工时应保证有足够的湿 度。表 6 是 20 ℃时不同湿度下漆膜的固化时间。
柔韧性/mm
3
耐热性（400 ℃，100 h）
漆膜不脱落
耐盐雾（3.5%NaCl，35 ℃）
＞2 000 h
耐湿热（47 ℃，RH>95%）
＞3 000 h
耐老化
＞2 000 h
无机富锌底漆防腐性能优良，但由于该类底漆为 无机多孔涂层，与其上涂覆的涂层层间结合力差，是长 期以来妨碍该类涂料广泛应用的问题之一[4]。为了考 察所研制的无机富锌底漆与中间漆、面漆的配套性能， 在涂有底漆的试样上，分别涂覆 881、901 系列的中间 漆、面漆，采用拉开法（GB 5210）测试了无机富锌底漆 和 881、901 系列中间漆、面漆之间的层间结合力，试验 结果见表 5。
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酯水解液有良好的改性效果。表 2 是低相对分子质量 PVB 改性黏结剂对漆膜性能的影响。
表 2 PVB 改性黏结剂对漆膜性能的影响
性能
附着力 / 级
耐冲击性
划格法 画圈法 （50 cm）
硅酸乙酯水解液
1
2
未通过
PVB 改性的水解液
0
1
通过
柔韧性 /mm
5 3~4
2.4 黏结剂黏度对性能的影响 硅酸乙酯水解液中，存在生成水和生成醇的缩合
—Si—OR + H2O→ —Si—OH + ROH
⑴
—Si—OR + HO—Si→ Si—O—Si + ROH
⑵
—Si—OH + HO—Si→ Si—O—Si + H2O
⑶
式⑴为生成硅醇（—Si—OH）的水解反应；式⑵为
生成醇的缩合反应；式⑶为生成水的缩合反应。部分水
解的硅酸乙酯涂覆于钢铁表面，可进一步吸收空气中
附着力 / 级 划格法 画圈法
耐冲击性 （50 cm）
柔韧性 /mm
0
1
通过
3
0
1
通过
3
由图 1 可知，黏结剂的黏度与时间近似成对数函 数关系，黏结剂在贮存初期黏度有较大的增加，而到后 期黏度增加不大。从表 3 的数据看，漆膜的各项性能指 标无明显的变化，说明黏度的这种增大对漆膜的性能 并未形成不利的影响。 2.5 锌粉防沉技术研究
3 性能指标
通过以上研究，所得醇溶性无机富锌底漆的性能 指标见表 4。
表 4 醇溶性无机富锌底漆的性能指标
项目
实测性能
漆膜外观
均匀、平整、连续、灰色、无光
细度/μm
≤30
适用期/h
8
表干/min
5
实干（20 ℃，RH>60%）/h
＜48
贮存时间（25 ℃）
＞6 月
附着力（划格）/级
0
耐冲击性/cm
50
底漆与底材间
无机富锌底漆 +881D（环氧底漆）
13.72
底漆与底材间
无机富锌底漆 +881LM （环氧内用面漆）
12.86
底漆与底材间
无机富锌底漆 +881YM （聚氨酯外用面漆）
11.62
底漆与底材间
无机富锌底漆 +881HL （环氧煤沥青）
12.27
底漆与面漆间
4 醇溶性无机富锌底漆的施工和应用
锌粉密度较大，而黏结剂组分黏度低，如将锌粉直 接加入到黏结剂组分中，锌粉极易沉淀。为了使锌粉与
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黏结剂混合后沉淀速度减缓，易于施工，必须进行锌粉 的防沉处理。
常用的防沉方法是在漆液中加入防沉剂，本试验 在初期选用了超细二氧化硅、有机膨润土等进行性能 研究。研究发现，加入超细二氧化硅对锌粉的防沉作用 不大，锌粉在溶液中最终形成坚硬的沉降层，而加入有 机膨润土，辅以适当的助剂，可以使锌粉在溶液中形成 体积较大、松软的沉淀层，一经搅拌即可使锌粉均匀分 散，因此可使锌粉浆在贮存时保持良好的贮存稳定状 态；同时有机膨润土能形成网状结构，赋予涂料结构黏 度，具有触变性，在涂料施工时，由于其良好的防沉作 用，锌粉的沉淀速度大为降低，较好地保证了涂料在施 工过程中的均一性。
的水分而缩合交联，并与钢材表面活性铁反应形成
锌-硅酸-铁化合物，同时，也和锌粒子的表面反应，最
终形成一层坚硬的硅酸锌漆膜。
无机富锌底漆的防腐蚀机理，主要有电化学保护
和化学防护两类[3]。
⑴电化学保护：金属锌比铁活泼，容易失去电子，
在微电池中锌作为牺牲阳极，失去电子变成离子锌，使
铁得到了保护。
⑵化学防护：锌在涂层表面会反应形成碳酸锌、氯