本發(fā)明涉及一種用于鋼結(jié)構(gòu)防腐的水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽溶液及其制備方法和應(yīng)用，尤其涉及一種高模數(shù)水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽溶液、可與鋅粉搭配使用、用于金屬表面防腐、環(huán)保經(jīng)濟的、具有強防腐性能的水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽防腐涂料的制備方法。

背景技術(shù)：

目前，防腐涂料中使用最多的主要成膜物質(zhì)為有機高分子類，而無機類防腐涂料由于技術(shù)上的缺陷應(yīng)用受到限制。但水性無機富鋅涂料的出現(xiàn)刷新了無機類防腐涂料使用的空白記錄，其主要成膜物質(zhì)是堿金屬硅酸鹽溶液，這種堿金屬有四種，分別是鋰、鈉、鉀、銨。硅酸鋰成膜性能最好，耐水性較好，但價格昂貴，成本較高；硅酸鈉成膜性能較好，但耐水性極差，易開裂，但價格最為便宜；硅酸鉀則綜合了前兩者的優(yōu)缺點，其成膜性能好又較便宜，是使用最多的一種硅酸鹽類；而硅酸銨則具有價格較高、制備工藝復(fù)雜、成膜性能不好等缺點。因此，想要得到高性能的硅酸鹽類防腐涂料，必須綜合各種堿金屬硅酸鹽的優(yōu)勢，方可在成本和性能上取得雙贏。

純無機硅酸鹽類的成膜物質(zhì)固化后形成si-o-si的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但由于堿金屬離子的存在，其涂膜耐水性差且硬度高、脆性大、易開裂。這些問題的出現(xiàn)使得涂膜表面層的環(huán)境介質(zhì)極易滲入到底層基材，影響涂膜的保護效果。因此，單純的無機硅酸鹽成膜體系并不能滿足工業(yè)上嚴(yán)苛的工作要求。國內(nèi)外已有研究者針對此問題提出應(yīng)對方案，即向其中添加有機類輔助成膜物質(zhì)。這種輔助類成膜物質(zhì)一方面可以在無機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中填充縫隙，又可以與無機類成膜物共同參與固化反應(yīng)，形成新的化學(xué)鍵，賦予涂膜優(yōu)異的機械性能，如硬度降低、柔韌性提高，開裂程度減小甚至為零等。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的首要目的在于提供一種水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽溶液的制備方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種由上述制備方法制備得到的水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽溶液。

本發(fā)明的再一目的在于提供一種由上述水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽溶液制備得到水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽防腐涂料。

本發(fā)明所提供的技術(shù)方案具體如下：

一種水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽溶液的制備方法，包括以下步驟：首先在50～60℃恒溫水浴和速率為500～1000r/min的機械攪拌下，將硅溶膠滴加進硅酸鋰溶液、硅酸鉀溶液、硅酸鈉溶液三者組成的硅酸鹽混合液中，得到硅溶膠-硅酸鹽混合液；然后滴加硅烷偶聯(lián)劑，反應(yīng)2～3h后降溫至室溫，得到復(fù)合硅酸鹽溶液；然后滴加有機乳液，在室溫下攪拌1～2h，即得水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽溶液；

所述硅酸鹽混合液由以下重量百分比的原料混合而成：

模數(shù)為2.72的硅酸鉀溶液30～50％，

模數(shù)為3.10～3.40的硅酸鈉溶液40～60％，

模數(shù)為4.00的硅酸鋰溶液5～15％；

所述硅溶膠的質(zhì)量為硅酸鹽混合液的30～50％；

所述硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量為硅溶膠-硅酸鹽混合液的2～10％；

所述有機乳液的添加量為復(fù)合硅酸鹽溶液質(zhì)量的10～30％。

所述硅酸鉀溶液中，質(zhì)量占比：sio2為26.91％，k2o為15.50％；

所述硅酸鈉溶液的模數(shù)為3.27，質(zhì)量占比：sio2為26.00％，na2o為8.20％；

所述硅酸鋰溶液的模數(shù)為4.00，質(zhì)量占比：sio2為19.63％，li2o為2.44％；

所述硅溶膠的相對密度為1.2，質(zhì)量占比：sio2為30％，堿性物質(zhì)為0.5％，ph＝10.5。

所述的硅烷偶聯(lián)劑為氨丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、γ-(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、巰丙基三甲氧基硅烷、氯丙基三甲氧基硅烷中的一種或幾種。

所述有機乳液為苯丙乳液、純丙乳液、硅丙乳液、環(huán)氧-硅丙乳液中的一種或幾種。

所述復(fù)合硅酸鹽溶液的模數(shù)為5.0～6.0，固含量為30～40％；

一種水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽溶液，由上述制備方法制備得到。

所述水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽溶液的固含量為40％。

由上述水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽溶液制備得到的水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽防腐涂料。

上述水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽防腐涂料在鋼結(jié)構(gòu)防腐領(lǐng)域的應(yīng)用。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果：

(1)本發(fā)明所選用的有機乳液中含有環(huán)氧基或硅氧烷鍵，在固化過程中，堿性條件可以使環(huán)氧開環(huán)以提高附著力，而乳液中的硅氧烷水解，可與硅酸鹽共縮聚，提高交聯(lián)度。

(2)本發(fā)明所選用的有機乳液具有回彈性、柔韌性、粘接性等優(yōu)異性能，且均為水性產(chǎn)品，無毒無害，不燃不爆，可作為通用性防腐底漆，附著力強，也可單獨用于金屬的普通防腐。

(3)本發(fā)明制備得到的防腐涂料只需在粗糙度在噴砂sa2.5級以上的涂裝基材表面刷涂、噴涂即可，操作簡便；防腐涂料室溫即可固化，表干時間為20min，實干時間為10h左右。

具體實施方式

以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明，需要指出的是，以下所述實施例旨在便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。

以下實施例中所采用的原料中，硅酸鉀溶液的模數(shù)為2.72，質(zhì)量占比：sio2為26.91％，k2o為15.50％；硅酸鈉溶液的模數(shù)為3.27，質(zhì)量占比：sio2為26.00％，na2o為8.20％；硅酸鋰溶液的模數(shù)為4.00，質(zhì)量占比：sio2為19.63％，li2o為2.44％，；硅溶膠的相對密度為1.2(20℃)，質(zhì)量占比：sio2為30％，堿性物質(zhì)如na2o為0.5％，ph＝10.5。

實施例1

本實施例中，水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽溶液按照質(zhì)量計，包括以下組分：

硅酸鉀溶液100g

硅酸鈉溶液100g

硅酸鋰溶液20g

硅溶膠88g

甲基三甲氧基硅烷15.4g

硅丙乳液97.02g

水適量

上述水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽防腐涂料的制備方法包括以下步驟：

首先稱取100g硅酸鉀溶液、100g硅酸鈉溶液和20g硅酸鋰溶液于反應(yīng)釜中混合均勻，得到硅酸鹽混合液；在50℃恒溫水浴和速率為500r/min的機械攪拌下，將88g硅溶膠滴加進硅酸鹽混合液中，得到硅溶膠-硅酸鹽混合液；然后滴加15.4g甲基三甲氧基硅烷，反應(yīng)2～3h后降溫至室溫，得到復(fù)合硅酸鹽溶液；再滴加97.02g硅丙乳液，在室溫下攪拌1～2h，補加計量的水，即得固含量為40wt％的水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽溶液。

將400目鋅粉加入水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽溶液中充分?jǐn)嚢?，其中鋅粉與水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽溶液的質(zhì)量比為7：3。攪拌均勻即得水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽防腐涂料，將其刷涂在sa2.5級粗糙度的馬口鐵片上，濕膜厚度控制在100μm左右。

對上述固含量為40wt％的水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽溶液制得的水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽防腐涂料進行性能測試，結(jié)果如表1所示：

表1

從表1可以看出，本發(fā)明制備的水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽防腐涂料機械性能優(yōu)異，耐腐蝕性強，適于傳統(tǒng)防腐用漆。

實施例2

本實施例中，水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽溶液按照質(zhì)量計，包括以下組分：

硅酸鉀溶液100g

硅酸鈉溶液120g

硅酸鋰溶液20g

硅溶膠96g

巰丙基三甲氧基硅烷16.8g

環(huán)氧-硅丙乳液70.56g

水適量

上述水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽溶液的制備方法包括以下步驟：

首先稱取100g硅酸鉀溶液、120g硅酸鈉溶液和20g硅酸鋰溶液于反應(yīng)釜中混合均勻，得到硅酸鹽混合液；在60℃恒溫水浴和速率為800r/min的機械攪拌下，將96g硅溶膠滴加進硅酸鹽混合液中，得到硅溶膠-硅酸鹽混合液；然后滴加16.8g巰丙基三甲氧基硅烷，反應(yīng)2～3h后降溫至室溫，得到復(fù)合硅酸鹽溶液；再滴加70.56g環(huán)氧-硅丙乳液，在室溫下攪拌1～2h后補加計量的水，即得固含量為40wt％的水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽溶液。

將400目鋅粉加入水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽溶液中充分?jǐn)嚢?，其中鋅粉與水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽溶液的質(zhì)量比為7：3。攪拌均勻即得水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽防腐涂料，將其刷涂在sa2.5級粗糙度的馬口鐵片上，濕膜厚度控制在100μm左右。

對上述固含量為40wt％的水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽溶液制得的水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽防腐涂料進行性能測試，結(jié)果如表2所示：

表2

從表1可以看出，本發(fā)明的水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽防腐涂料機械性能優(yōu)異，耐腐蝕性強，適于傳統(tǒng)防腐用漆。

實施例3

本實施例中，水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽溶液按照質(zhì)量百分比計，包括以下組分：

硅酸鉀溶液100g

硅酸鈉溶液120g

硅酸鋰溶液30g

硅溶膠100g

氨丙基三甲氧基硅烷17.5g

環(huán)氧-硅丙乳液73.5g

水適量

上述水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽溶液的制備方法包括以下步驟：

首先稱取100g硅酸鉀溶液、120g硅酸鈉溶液和30g硅酸鋰溶液于反應(yīng)釜中混合均勻，得到硅酸鹽混合液；在55℃恒溫水浴和速率為1000r/min的機械攪拌下，將100g硅溶膠滴加進硅酸鹽混合液中，得到硅溶膠-硅酸鹽混合液；然后滴加17.5g氨丙基三甲氧基硅烷，反應(yīng)2～3h后降溫至室溫，得到復(fù)合硅酸鹽溶液；再滴加73.5g環(huán)氧-硅丙乳液，在室溫下攪拌1～2h后補加計量的水，即得固含量為40wt％的水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽溶液。

將400目鋅粉加入水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽溶液中充分?jǐn)嚢瑁渲袖\粉與水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽溶液的質(zhì)量比為7：3。攪拌均勻即得水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽防腐涂料，將其刷涂在sa2.5級粗糙度的馬口鐵片上，濕膜厚度控制在100μm左右。

上述固含量為40wt％的水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽溶液制得的水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽防腐涂料進行性能測試，結(jié)果如表3所示：

表3

從表3可以看出，本發(fā)明的水性有機-無機復(fù)合硅酸鹽防腐涂料機械性能優(yōu)異，耐腐蝕性強，適于傳統(tǒng)防腐用漆。

以上所述的實施例僅限于本發(fā)明的技術(shù)方案要求，但并非限制于本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補充或等效替換均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。