專利名稱：高摩爾比硅酸鉀粘合劑的合成方法及水性防腐涂料組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高摩爾比硅酸鉀粘合劑的合成方法及以其為活性物質(zhì)的涂料組成物，屬于化學(xué)組合物技術(shù)領(lǐng)域。
該專利存在的問題是高摩爾比硅酸鉀粘合劑貯存穩(wěn)定性差，由該粘合劑制成的富鋅涂料粘度低，厚涂性差，對(duì)金屬底材的表面處理要求嚴(yán)格。
中國(guó)專利99103350敘述了采用沉淀二氧化硅提高硅酸鉀溶液中二氧化硅與氧化鉀的摩爾比。從理論上講，由該專利形成的硅酸鉀摩爾比得到了提高，但沉淀二氧化硅作為一種顏料，在硅酸鉀溶液中僅為物理分散混合，不能參與反應(yīng)，硅酸鉀的結(jié)構(gòu)未發(fā)生本質(zhì)的變化。因此，由該種高摩爾比硅酸鉀制成的涂料與低摩爾比硅酸鉀制成的涂料無多大的改進(jìn)。
本發(fā)明的高摩爾比硅酸鉀粘合劑的合成工藝1)向反應(yīng)器中加入低摩爾比硅酸鉀溶液，加熱并控制攪拌速度在600～1000rpm，形成渦流，滴加占低摩爾比硅酸鉀溶液的50～70％的水溶性硅溶膠，保持渦流穩(wěn)定，于45～70℃保溫20～60min，直到形成透明粘稠的溶液；
2)滴加占低摩爾比硅酸鉀溶液的0.5～20％的硅烷偶聯(lián)劑；3)滴加占低摩爾比硅酸鉀溶液10～30％的穩(wěn)定劑溶液；4)加入占低摩爾比硅酸鉀溶液0.5～3％的有機(jī)高分子乳液；5)加入適量水，保持0.5～1.5h，直到達(dá)到所需的固含量24～28％，形成的高摩爾比硅酸鉀進(jìn)行過濾，包裝。
根據(jù)需要上述合成方法中還可加入占低摩爾比硅酸鉀溶液的1～2％的增稠劑溶液。
本發(fā)明所用的水溶性增稠劑，可選縮甲基纖維素、羥乙基纖維素、海藻酸鈉等，預(yù)先配成0.5～2.5％的水溶液。
上述的低摩爾比的硅酸鉀溶液，一般是將石英砂和鉀鹽在高溫、高壓反應(yīng)中制得。通常的摩爾比為3.3∶1，固含量為45％左右，粘度較大，含有的雜質(zhì)較多。本發(fā)明在使用前需要進(jìn)行稀釋、過濾精制。用無離子水將低摩爾比的硅酸鉀溶液稀釋成30～35％的溶液，經(jīng)過過濾，濾去機(jī)械雜質(zhì)，成為透明的粘稠溶液。
上述的水溶性硅溶膠分子式為H2SiO3，是以SiO2為基本單位在水中的分散體，其膠團(tuán)顆粒的粒徑范圍一般在5～40nm。本發(fā)明對(duì)水溶性硅溶膠的質(zhì)量有嚴(yán)格要求，其固含量為25～30％，且透明，為水白色。
上述的硅氧烷偶聯(lián)劑是一類具有特殊結(jié)構(gòu)的低分子有機(jī)硅化合物，有水溶性的，也有非水溶性的。其作用為硅氧烷遇水發(fā)生水解反應(yīng)，生成硅醇基，含有的羥基與形成的高摩爾比硅酸鉀反應(yīng)，起到鏈封閉的作用。與此同時(shí)，硅烷自身的結(jié)構(gòu)使其與金屬底材表面形成化學(xué)鍵，大大提高了附著力。本發(fā)明所選用的硅烷為水溶性的，可以為甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β(氨基乙基)-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷等硅烷中的一種或幾種。
作為本發(fā)明的穩(wěn)定劑溶液是堿性的，可采用堿金屬或堿土金屬的氫氧化物、低分子季胺堿、氨水及叔胺等。一般配成20～30％的水溶液，溶液中含有雜質(zhì)，需要過濾精制。該溶液的作用為高摩爾比硅酸鉀提供一堿性的適應(yīng)環(huán)境，保持溶液的穩(wěn)定性。否則，形成的高摩爾比硅酸鉀，在短期內(nèi)就會(huì)發(fā)白、增稠，直至膠化。
本發(fā)明加入與高摩爾比硅酸鉀具有相容性的有機(jī)合成乳液，改進(jìn)成膜性，增強(qiáng)漆膜的附著力及柔韌性，包括丙烯酸、水性環(huán)氧、氯化聚烯烴、橡膠類等聚合物乳液。
將上述高摩爾比硅酸鉀粘合劑稱為甲組分，以甲組分為活性物質(zhì)與乙組分混合制備水性涂料組合物，甲組分與乙組分的重量比為1∶2～3。所述的乙組分至少含有80％的超細(xì)鋅粉。
上述乙組分中還可以包括片狀鋅粉、超細(xì)磷鐵粉、氧化鋅、超細(xì)云母粉、滑石粉、硅灰石等顏填料，提高涂膜的耐水、防腐等性能。
在上述涂料組合物中，還可加入適量緩蝕劑、分散劑等各種助劑。
所述的緩蝕劑可以是聚磷酸鹽、鉻酸鹽、磷酸鹽、重鉻酸鹽、碳酸鹽等的一種或幾種組合物。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是由于加入水溶性硅溶膠，使二氧化硅更易與低摩爾比硅酸鉀參與反應(yīng)，工藝更容易控制。攪拌速度一般控制在1000r/min左右，即可達(dá)到渦流狀態(tài)，減少了因速度過高，水分容易揮發(fā)的弊病，節(jié)能效果顯著；由于加入了堿性穩(wěn)定劑溶液，在摩爾比提高后加入，使高摩爾比硅酸鉀的貯存穩(wěn)定性提高，延長(zhǎng)了使用壽命。由于采用有機(jī)高分子乳液進(jìn)行改進(jìn)，增強(qiáng)漆膜的附著力及柔韌性。
本發(fā)明制成的涂料不含有機(jī)溶劑，無毒、無污染，高摩爾比的硅酸鉀粘合劑和鋅粉在常溫下混合后，能快速自固化形成堅(jiān)硬的涂膜，與金屬底材的附著力好，干膜中鋅粉含量達(dá)85％以上，具有極好地耐腐蝕、耐高溫、耐候及防輻射性能?？蓮V泛應(yīng)用于車輛、船舶、橋梁、鉆井平臺(tái)、海岸設(shè)施、管道、貯罐等鋼結(jié)構(gòu)的防腐保護(hù)。
表1是制造約600g摩爾比為5.1～6.2∶1、固含量為25～30％的高摩爾比硅酸鉀粘合劑的五個(gè)典型實(shí)施。
表1高摩爾比硅酸鉀粘合劑配方實(shí)例

以表1的實(shí)施例1為例說明制備方法如下取300g摩爾比為3.3∶1的硅酸鉀溶液加入容器中，升溫，攪拌轉(zhuǎn)速700rpm，產(chǎn)生渦流；當(dāng)溫度升至40℃時(shí)，在渦流處滴加150g水溶性硅溶膠，隨時(shí)調(diào)整攪拌速度，保持渦流穩(wěn)定，滴加完后，形成溫度為45～70℃的透明粘稠溶液；滴加5g甲基三甲氧基硅烷，2min滴加一次，此時(shí)，溶液粘度有較大的變化，可適當(dāng)降低攪拌速度，甲基三甲氧基硅烷滴完后，保溫約40～60min；隨后滴加58g氫氧化鉀穩(wěn)定劑溶液，攪拌約20min；再分別滴加6g苯丙乳液和4g海藻酸鈉增稠劑溶液；最后滴加62g水，為使混合更加均勻，可調(diào)整攪拌速度至1000rpm，保溫20～60min，對(duì)最終形成的粘合劑溶液進(jìn)行過濾，包裝，并對(duì)其常規(guī)性能進(jìn)行測(cè)試。
表2是制備水性涂料組合物的典型事例。
表2水性涂料組合物配方實(shí)例

以表2的實(shí)施例1為例說明制備方法如下稱取28份的高摩爾比硅酸鉀溶液作甲組分，在攪拌下，慢慢依次加入乙組分中的70份325目鋅粉，0.6份超細(xì)云母粉、1.1份硅灰石和0.3份滑石粉，加完后，攪拌約15～30min，攪拌均勻，用40-100目濾網(wǎng)過濾，然后在經(jīng)過除油、噴砂處理的鋼板上進(jìn)行刷板或噴板，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行各種性能檢測(cè)，其性能指標(biāo)如下粘度(ISO流出杯6號(hào))≥6s細(xì)度≤80μm固含量≥75％密度≥2.9g/cm3涂膜顏色灰色干燥時(shí)間表干≤20min，實(shí)干≤2h附著力(2mm劃格)1級(jí)彎曲試驗(yàn)≤20mm耐沖擊性≥30cm鉛筆硬度≥5H
表面電阻率＜107Ω耐3％鹽水(1000h)無異常耐油性(1000h)無異常耐溶劑性(1000h)無異常耐鹽霧耐濕熱(1000h)無起泡、脫落、銹蝕現(xiàn)象，劃痕處無銹蝕耐濕熱(1000h)無起泡、脫落、銹蝕現(xiàn)象耐人工加速老化(1000h)基本無變。
權(quán)利要求
1.一種高摩爾比硅酸鉀粘合劑的合成方法，其特征在于，包括下列步驟1)向反應(yīng)器中加入低摩爾比硅酸鉀溶液，加熱并控制攪拌速度在600～1000rpm，形成渦流，滴加占低摩爾比硅酸鉀溶液的50～70％的水溶性硅溶膠，保持渦流穩(wěn)定，于45～70℃保溫20～60min，直到形成透明粘稠的溶液；2)滴加占低摩爾比硅酸鉀溶液的0.5～20％的硅烷偶聯(lián)劑；3)滴加占低摩爾比硅酸鉀溶液10～30％的穩(wěn)定劑溶液；4)加入占低摩爾比硅酸鉀溶液0.5～3％的有機(jī)高分子乳液；5)加入適量水，保持0.5～1.5h，直到達(dá)到所需的固含量24～28％，形成的高摩爾比硅酸鉀進(jìn)行過濾，包裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的高摩爾比硅酸鉀粘合劑的合成方法，其特征在于，合成方法中還可加入占低摩爾比硅酸鉀溶液的1～2％的增稠劑溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的高摩爾比硅酸鉀粘合劑的合成方法，其特征在于，所述的增稠劑選自縮甲基纖維素、羥乙基纖維素、海藻酸鈉，預(yù)先配成0.5～2.5％的水溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的高摩爾比硅酸鉀粘合劑的合成方法，其特征在于，所述的低摩爾比硅酸鉀溶液的摩爾比為3.3∶1，固含量為45％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的高摩爾比硅酸鉀粘合劑的合成方法，其特征在于，所述的硅烷偶聯(lián)劑是水溶性的，選自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β(氨基乙基)-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷等硅烷中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的高摩爾比硅酸鉀粘合劑的合成方法，其特征在于，所述的穩(wěn)定劑溶液是堿性的，選自堿金屬或堿土金屬的氫氧化物、低分子季胺堿、氨水及叔胺等。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的高摩爾比硅酸鉀粘合劑的合成方法，其特征在于，所述的有機(jī)高分子乳液包括丙烯酸、水性環(huán)氧、氯化聚烯烴、橡膠類等聚合物乳液。
8.一種涂料組合物，其特征在于，將根據(jù)權(quán)利要求1合成的高摩爾比硅酸鉀粘合劑作為甲組分，以甲組分為活性物質(zhì)與乙組分混合制備水性涂料組合物，甲組分與乙組分的重量比為1∶2～3，所述的乙組分至少含有80％的超細(xì)鋅粉。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的涂料組合物，其特征在于，所述的乙組分中還可以包括片狀鋅粉、超細(xì)磷鐵粉、氧化鋅、超細(xì)云母粉、滑石粉、硅灰石。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的涂料組合物，其特征在于，在涂料組合物中還可加入適量緩蝕劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了高摩爾比硅酸鉀粘合劑的合成方法，即向低摩爾比硅酸鉀溶液中加入水溶性硅溶膠，并加入少量的硅烷作為封閉劑和附著力增強(qiáng)劑，加入合適的穩(wěn)定劑，并加入有機(jī)高分子乳液改進(jìn)粘合劑的成膜性；本發(fā)明還公開了此種粘合劑與鋅粉配比得到的防腐涂料組合物。
文檔編號(hào)C09J1/00GK1468924SQ03112510
公開日2004年1月21日 申請(qǐng)日期2003年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月2日
發(fā)明者季瑞峰, 劉登良 申請(qǐng)人:海洋化工研究院