具有长期贮存稳定性单组分水性富锌金属涂料制备方法

摘要

具有长期贮存稳定性单组分水性富锌金属涂料制备方法，涉及一种金属涂料制备方法，首先改性水性树脂，将水性树脂在1200 r/min的高速分散机下搅拌20～30 min，加入硅烷偶联剂，在50±2℃的环境下继续搅拌6～8小时，最后使用500目的滤网过滤；将高模数硅酸盐分散于预改性水性树脂中，制备出待用的改性水性树脂；配置单组分水性富锌涂料，将金属锌粉加入到改性水性树脂中，搅拌均匀后依次加入去离子水、分散剂、消泡剂，最终制得本涂料；制备的涂料不含苯、二甲苯等挥发性有机有毒溶剂体系（VOCs）；且涂料可长期贮存，极大的降低了施工难度，提升了涂料的贮存稳定性与施工便利性；同时涂料还具备优异的耐盐雾性能与电化学性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属涂料制备方法，，特别是涉及一种具有长期贮存稳定性单组分水性富锌金属涂料制备方法。

背景技术

全世界每年因腐蚀报废的钢结构及设备相当于钢年产量的约20-30％，造成了巨大的经济损失。常用的腐蚀防护方法有涂层保护、金属表面处理、电化学保护等。其中涂层保护是目前应用最广泛、最经济、最有效的腐蚀防护方法。

富锌涂料由于具有较强的电化学保护和屏蔽作用，广泛应用于桥梁、化工、海洋领域等腐蚀环境。富锌涂料可分为两大类：一种是无机富锌涂料，通常以硅酸盐作为成膜材料，具有优良的耐候性和耐热性，但涂层表面孔隙率较大，涂层不够致密且脆性大，易开裂。另一种为有机富锌涂料，以有机树脂作为成膜材料，树脂基体稳定性好，成膜性能好，但有机树脂具有一定的挥发性，易向空气中排放有毒污染空气的有机物（VOCs），同时由于树脂固化成膜特性，有机富锌涂料多为双组份，在使用前需将两种组分混合搅拌均匀后方可使用。并且当混合搅拌完成之后，涂料需在短时间内使用，否则涂料将发生固化，导致涂料失效，极大地缩短了施工时间，增加了施工难度。

申请公布号为CN106905819A的中国发明专利申请公开了一种双组份水性环氧富锌涂料，该水性环氧富锌涂料包括A组分和B组分，其中A组分包括：水性环氧树脂胶体30～50wt％、锌粉60～70wt％、石墨烯微片0.5～3wt％、颜填料和助剂10～20wt％；B组分为以对苯二胺作为主要胺类化合物的水性环氧固化剂，水性环氧固化剂是分散在水中的以对苯二胺作为主要胺类化合物改性后的环氧树脂。该涂料即具有树脂屏蔽阻隔作用，又能够发挥活性金属锌粉电化学保护作用，但由于石墨烯微片的纳米团聚效应，分散在树脂中较易堆叠团聚，其在实际涂层应用中很难发挥均匀分散的阻隔作用与电化学保护作用，同时双组份涂料在实际施工过程中需长时间搅拌至分散均匀，否则极大影响作用效果及增大施工难度。

申请公布号为CN113429864A的中国发明专利申请公开了一种双组份全水性环氧富锌涂料，该水性环氧富锌涂料包括A组分和B组分，其中A组分为水性环氧树脂；B组分包括以下质量份数的组分：水性环氧固化剂8～10份，水2.0～3.5份；消泡剂0.03～0.06份，二甲基乙醇胺0.05～0.25份，10％氢氧化钠0.0～0.2份，防闪锈剂一0.02～0.04份，防闪锈剂二0.02～0 .04份，润湿分散剂0 .03～0 .06份，分散剂0 .1～0.4份，5％纳米硅酸镁锂0.5～1 .5份，锌粉86～88份，所述A组分与B组分的质量比为25～32:95～105。该涂料采用碱性材料阻止锌粉与水进行反应，同时采用水性环氧材料避免有机物挥发污染空气，但其仍为双组份且一旦混合搅拌后贮存时间较短不具备长期贮存的条件，施工难度也较大。

许多重防腐领域的应用日益广泛，在大气和海洋重防腐领域，得到愈来愈多业内人士的认可，在保证水性富锌涂料优异的耐盐雾性能同时，有待开发一种可长期贮存的单组分水性富锌涂料。

发明内容

本发明提供的目的在于提供一种具有长期贮存稳定性单组分水性富锌金属涂料制备方法，本发明制备的水性富锌涂料其成膜物为改性的水性树脂，性价比高，具有溶剂型富锌涂料的共性：腐蚀性、电化学性能，还具有长期贮存稳定性与零VOC排放等特点。

本发明的技术方案是：

具有长期贮存稳定性单组分水性富锌金属涂料制备方法，所述方法包括以下制备过程：

（1）、改性水性树脂，将水性树脂在1200 r/min的高速分散机下搅拌20～30 min，加入硅烷偶联剂，在50±2 ℃的环境下继续搅拌6～8小时，最后使用500目的滤网过滤；将高模数硅酸盐分散于预改性水性树脂中，高速分散机混合搅拌60～90 min，制备出待用的改性水性树脂；

（2）、配置单组分水性富锌涂料，将金属锌粉加入到改性水性树脂中，搅拌均匀后依次加入去离子水、分散剂、消泡剂，再混合搅拌30～60 min，直至分散均匀，最终制得本涂料；

按重量份数计，该涂料组分和含量为：金属锌粉60～100份，水性树脂20～60份，硅烷偶联剂1～10份，高模数硅酸盐2～8份，分散剂0.1～2份，去离子水10～50份，消泡剂0.01～0.5份。

所述的具有长期贮存稳定性单组分水性富锌金属涂料制备方法，所述锌粉为球形颗粒，粒径为5～30 µm。

所述的具有长期贮存稳定性单组分水性富锌金属涂料制备方法，所述水性树脂为丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂中的一种或两种以上。

所述的具有长期贮存稳定性单组分水性富锌金属涂料制备方法，所述高模数硅酸盐为硅酸铁、硅酸铝、硅酸钾、硅酸镁、硅酸钠中的一种或两种以上，模数为4～6 M。

所述的具有长期贮存稳定性单组分水性富锌金属涂料制备方法，所述硅烷偶联剂为KH-540、KH-550、KH-560、KH-570、KH-580、KH-151、KH-171中的一种或两种以上。

所述的具有长期贮存稳定性单组分水性富锌金属涂料制备方法，所述分散剂为乙醇、甲醇、乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、二丙二醇中的一种或两种以上，消泡剂为二甲基硅油。

本发明的优点及有益效果是：

1.本发明采用硅烷偶联剂与高模数硅酸盐改性水性树脂，使其包覆在锌球表面，阻止活性金属反应，使涂料具备优异的耐腐蚀性、电化学性能等优点的同时，还可长期贮存，具备长期贮存稳定性。该涂料适用于船舶、桥梁、海上钻井平台、钢结构、工业零部件等重防腐领域，提供钢铁防锈保护。

2.本发明的涂料不含苯、二甲苯等挥发性有毒溶剂（VOCs），即不产生带有危害性的挥发性有机物相比于溶剂型树脂富锌涂料，本发明制备的水性富锌涂料更加安全环保。

3.本发明所制备的涂料改进了水性富锌涂料性能较差，且为双组份及不可长期贮存等缺点，具备优异的耐盐雾及电化学性能且可长期贮存，具备优异的耐贮存稳定性。

具体实施方式

本发明应用于钢铁表面具有长期贮存稳定性的单组分水性富锌涂料的制备方法，按重量份数计，该具有长期贮存稳定性的单组分水性富锌涂料包括以下组分和含量：金属锌粉60～100份，水性树脂20～60份，硅烷偶联剂1～10份，高模数硅酸盐2～8份，分散剂0.1～2份，去离子水10～50份，消泡剂0.01～0.5份。

锌粉为球形颗粒，粒径为1～30 µm。水性树脂为丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂中的一种或两种以上。高模数硅酸盐为硅酸铁、硅酸铝、硅酸钾、硅酸镁、硅酸钠中的一种或两种以上，模数为4～6 M。硅烷偶联剂为KH-540、KH-550、KH-560、KH-570、KH-580、KH-151、KH-171中的一种或两种以上。分散剂为乙醇、甲醇、乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、二丙二醇中的一种或两种以上。消泡剂为二甲基硅油。

本发明应用于钢铁表面具有长期贮存稳定性的单组分水性富锌涂料的制备方法，包括以下步骤：

（1）、改性水性树脂，将水性树脂在1200 r/min的高速分散机下搅拌20～30 min，加入硅烷偶联剂，在50±2 ℃的环境下继续搅拌6～8小时，最后使用500目的滤网过滤。将高模数硅酸盐分散于预改性水性树脂中，高速分散机混合搅拌60～90 min，制备出待用的改性水性树脂;

（2）、配置单组分水性富锌涂料，将金属锌粉加入到改性水性树脂中，搅拌均匀后依次加入去离子水、分散剂、消泡剂，再混合搅拌30～60 min，直至分散均匀，最终制得应用于钢铁表面具有长期贮存稳定性的单组分水性富锌涂料。

将制备好的应用于钢铁表面具有长期贮存稳定性的单组分水性富锌涂料装入样品瓶中，置于恒温水浴锅中进行常温贮存，贮存一定时间后（1年后）取样观察，涂料无沉淀、无固化，仍可正常喷涂。使用压力为0.03～0.05 MPa、喷涂距离为150～200 mm的处理工艺进行喷涂，涂层厚度均控制在100±20 μm。涂层盐雾性能达到1500 h，且电化学性能优异。

下面通过实施例对本发明进一步详细描述。

实施例1：

本实施例中，应用于钢铁表面具有长期贮存稳定性的单组分水性富锌涂料的制备方法如下：

1、改性水性树脂，将20 g水性丙烯酸树脂在1200 r/min的高速分散机下搅拌30min，加入0.5 g硅烷偶联剂KH-550与0.5 g硅烷偶联剂KH-560，在50 ℃的环境下继续搅拌6小时，使用500目的滤网过滤。后将2 g高模数硅酸钾分散于预改性丙烯酸树脂中，高速分散机混合搅拌60 min，制备出代用的改性丙烯酸树脂;

2、将60 g 粒径为5～15 μm球形金属锌粉加入到改性丙烯酸树脂中，搅拌均匀后依次加入10 g去离子水、1 g分散剂聚乙二醇以及0.01 g消泡剂二甲基硅油，再混合搅拌30min，分散均匀，制得最终应用于钢铁表面具有长期贮存稳定性的单组分水性富锌涂料。

将制备好的涂料装入样品瓶中，置于恒温水浴锅进行测试，常温贮存1年。1年后取样观察发现涂料无沉淀、无固化，可正常喷涂。使用压力为0.03 MPa、喷涂距离为150 mm的处理工艺进行喷涂，涂层厚度均控制在100 μm。涂层盐雾性能达到1500h，表面无锈点，涂层具备优异的耐腐蚀性能。

实施例2：

本实施例中，应用于钢铁表面具有长期贮存稳定性的单组分水性富锌涂料的制备方法如下：

1、性水性树脂，将40 g聚氨酯树脂在1200 r/min的高速分散机下搅拌25 min，加入5 g硅烷偶联剂KH-580，在52 ℃的环境下继续搅拌6小时，使用500目的滤网过滤。后将2.5 g高模数硅酸钾与2.5 g高模数硅酸镁分散于预改性聚氨酯树脂中，高速分散机混合搅拌70 min，制备出代用的改性聚氨酯树脂;

2、将80 g 粒径为10～20 μm球形金属锌粉加入到改性聚氨酯树脂中，搅拌均匀后依次加入20 g去离子水、1 g分散剂甲醇以及0.25 g消泡剂二甲基硅油，再混合搅拌45min，分散均匀，制得最终应用于钢铁表面具有长期贮存稳定性的单组分水性富锌涂料。

将制备好的涂料装入样品瓶中，置于恒温水浴锅进行测试，常温贮存1年。1年后取样观察发现涂料无沉淀、无固化，可正常喷涂。使用压力为0.05 MPa、喷涂距离为180 mm的处理工艺进行喷涂，涂层厚度均控制在110 μm。涂层盐雾性能达到1500h，表面无锈点，涂层具备优异的耐腐蚀性能。

实施例3：

本实施例中，应用于钢铁表面具有长期贮存稳定性的单组分水性富锌涂料的制备方法如下：

1、改性水性树脂，将60 g水性环氧树脂在1200 r/min的高速分散机下搅拌25min，加入5 g硅烷偶联剂KH-570与5 g硅烷偶联剂KH-171，在50 ℃的环境下继续搅拌7小时，使用500目的滤网过滤。后将8 g高模数硅酸钾分散于预改性水性环氧树脂中，再使用高速分散机混合搅拌90 min，制备出代用的改性水性环氧树脂;

2、将100 g 粒径为8～18 μm球形金属锌粉加入到改性水性环氧树脂中，搅拌均匀后依次加入50 g去离子水、1 g分散剂乙二醇、1 g分散剂二醇以及0.5 g消泡剂二甲基硅油，再混合搅拌60 min，分散均匀，制得最终应用于钢铁表面具有长期贮存稳定性的单组分水性富锌涂料。

将制备好的涂料装入样品瓶中，置于恒温水浴锅进行测试，常温贮存1年。1年后取样观察发现涂料无沉淀、无固化，可正常喷涂。使用压力为0.05 MPa、喷涂距离为200 mm的处理工艺进行喷涂，涂层厚度均控制在100 μm。涂层盐雾性能达到1500h，表面无锈点，涂层具备优异的耐腐蚀性能。

实施例4：

本实施例中，应用于钢铁表面具有长期贮存稳定性的单组分水性富锌涂料的制备方法如下：

1、改性水性树脂，将120 g水性丙烯酸树脂在1200 r/min的高速分散机下搅拌30min，加入10 g硅烷偶联剂KH-151与10 g硅烷偶联剂KH-171，在48 ℃的环境下继续搅拌8小时，使用500目的滤网过滤。后将16 g高模数硅酸钾分散于预改性水性丙烯酸树脂中，高速分散机混合搅拌90 min，制备出代用的改性水性丙烯酸树脂;

2、将200 g 粒径为7～16 μm球形金属锌粉加入到改性水性丙烯酸树脂中，搅拌均匀后依次加入100 g去离子水、2 g分散剂丙二醇、2 g分散剂聚乙二醇以及1 g消泡剂二甲基硅油，再混合搅拌60 min，分散均匀，制得最终应用于钢铁表面具有长期贮存稳定性的单组分水性富锌涂料。

将制备好的涂料装入样品瓶中，置于恒温水浴锅进行测试，常温贮存1年。1年后取样观察发现涂料无沉淀、无固化，可正常喷涂。使用压力为0.04 MPa、喷涂距离为150 mm的处理工艺进行喷涂，涂层厚度均控制在130 μm。涂层盐雾性能达到1500h，表面无锈点，涂层具备优异的耐腐蚀性能。

实施例5：

本实施例中，应用于钢铁表面具有长期贮存稳定性的单组分水性富锌涂料的制备方法如下：

1、改性水性树脂，将80 g水性酚醛树脂在1200 r/min的高速分散机下搅拌25min，加入12 g硅烷偶联剂KH-540，在50 ℃的环境下继续搅拌7小时，使用500目的滤网过滤。后将10 g高模数硅酸钾分散于预改性水性酚醛树脂中，高速分散机混合搅拌90 min，制备出代用的改性水性酚醛树脂;

2、将160 g 粒径为15～25 μm球形金属锌粉加入到改性水性酚醛树脂中，搅拌均匀后依次加入70 g去离子水、3 g分散剂二丙二醇以及0.5 g消泡剂二甲基硅油，再混合搅拌60 min，分散均匀，制得最终应用于钢铁表面具有长期贮存稳定性的单组分水性富锌涂料。

将制备好的涂料装入样品瓶中，置于恒温水浴锅进行测试，常温贮存1年。1年后取样观察发现涂料无沉淀、无固化，可正常喷涂。使用压力为0.04 MPa、喷涂距离为200 mm的处理工艺进行喷涂，涂层厚度均控制在120 μm。涂层盐雾性能达到1500h，表面无锈点，涂层具备优异的耐腐蚀性能。

以上实施例结果表明，本发明应用于钢铁表面具有长期贮存稳定性的单组分水性富锌涂料在生产及使用过程中不产生危害性挥发有机物（VOCs），大大地降低对环境的污染，相比于溶剂型有机富锌涂料，本申请制备的水性富锌涂料更加环保。且当涂料贮存一段时间后，所喷敷出的涂层仍具有优异的耐盐雾及电化学等性能，具备优异的贮存稳定性。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。