CN116218310B - 一种硅溶胶改性丙烯酸防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅溶胶改性丙烯酸防腐涂料及其制备方法，防腐涂料，包括大粒径硅溶胶，丙烯酸乳液，缓蚀剂和水性防闪锈剂，其中，大粒径硅溶胶的质量分数为丙烯酸乳液的10％‑30％；所述大粒径硅溶胶的粒径为20‑100nm。本发明的硅溶胶改性丙烯酸防腐涂层可在室温下固化，具有较高的机械和物理稳定性。硅溶胶的加入，不仅提高了涂层的机械强度、粘附性能而且提高了涂层的防腐性能。

Description

一种硅溶胶改性丙烯酸防腐涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于水性防腐涂层技术领域，具体涉及一种硅溶胶改性丙烯酸防腐涂料及其制备方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

金属材料很容易受到自然环境的影响而发生腐蚀现象。为了有效防护金属基材腐蚀，目前工业上所广泛采用喷涂或刷涂防腐涂层的方法，其中以溶剂型防腐涂层为主。因含有大量的有机溶剂，不仅严重污染环境和危害人类健康，同时还对资源造成了极大的浪费。水性涂料因其环保性好、VOC含量低，是防腐涂层未来发展的重要方向。

水性丙烯酸树脂是一种低VOC的绿色环保型防腐涂层产品，具有较好的光泽度、耐候性、耐化学品性和高的稳定性，其优点是没有污染、无毒性、无刺激性且生产安稳、价格便宜。但常规丙烯酸酯树脂存在如成膜温度高、涂层硬度低、耐水性不好、附着力差等缺点，因此需要对其进行改性，提升性能。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种硅溶胶改性丙烯酸防腐涂料及其制备方法。本发明涉及一种大粒径、高浓度硅溶胶的制备方法及其制品。将其与纯丙烯酸乳液混溶作为防腐涂层的成膜基材，添加水性防闪锈剂，缓蚀剂磷酸锌，制备了一种高粘附丙烯酸防腐涂层。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供一种硅溶胶改性丙烯酸防腐涂料，包括大粒径硅溶胶，丙烯酸乳液，缓蚀剂和水性防闪锈剂，其中，大粒径硅溶胶的质量分数为丙烯酸乳液的10％-30％；

所述大粒径硅溶胶的粒径为20-100nm。

大粒径硅溶胶的化学式如下所示:

在一些实施例中，所述大粒径硅溶胶的制备方法为：将活化后的硅粉加入碱液中，进行粒子的多级生长，获得大粒径硅溶胶。

优选的，所述碱液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液，碱液的质量浓度为0.5％-1.5％。

优选的，每级生长的温度为80-90℃，生长的时间为5-10h。

优选的，硅粉的活化方法为将硅粉置于60-80℃的热水中活化处理。

在一些实施例中，所述缓蚀剂为磷酸锌，磷酸锌占大粒径硅溶胶与丙烯酸乳液的混合液的质量分数为3％-7％。

优选的，水性防闪锈剂占涂料的质量百分数为0.2％-0.5％。

第二方面，本发明提供所述硅溶胶改性丙烯酸防腐涂料的制备方法，包括如下步骤：

将大粒径硅溶胶按比例加入丙烯酸乳液中，混合均匀后，向其中加入缓蚀剂和水性防闪锈剂，分散均匀，即得。

第三方面，本发明提供一种硅溶胶改性丙烯酸防腐涂层，将所述硅溶胶改性丙烯酸防腐涂料均匀涂覆于基材上，固化后，即得。

上述本发明的一种或多种实施例取得的有益效果如下：

本发明的大粒径、高浓度硅溶胶，通过单质硅粉水解法合成，制备方法简单、废水排放少；大粒径、高浓度的硅溶胶具有较好的粘结性能，可与丙烯酸乳液混溶，使有机高分子均匀地分布在硅-氧-硅无机涂层的间隙，使所形成的涂层兼具有无机和有机的特性，性能上优势互补。

此外，硅溶胶既具耐水、耐碱、耐候性、透气性好的特点，又赋予了有机聚合物成膜性好、粘附性强、光泽高等特性。因此，硅溶胶改性丙烯酸涂层可进一步改善涂层的机械强度、粘附性能以及防腐性能，同时使得硅溶胶改性丙烯酸防腐涂层可在室温下固化。

在硅溶胶的制备方法上，采用分批、缓慢加入硅粉的方式，使制备的硅溶胶粒径大小均匀，并且通过粒子的多级生长，制备得到的是大粒径的硅溶胶。本申请在硅溶胶改性丙烯酸乳液的制备工艺中，不涉及化学反应，采用均质机进行物理共混，混合均匀，改性效果良好。

制备的硅溶胶改性丙烯酸乳液与现有的该类乳液相比，乳液形成的涂层抗拉强度较高，达到10MPa以上；对基材上有较高的附着力，在碳钢上的附着力达到4.3MPa；对碳钢有优良的防腐效果，EIS低频区的阻抗模值较纯碳钢高了3个数量级。

本发明中反应条件简单，制备过程简单，环境友好，可大规模推广。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例1制备的不同粒径硅溶胶的粒径分布图。

图2是本发明实施例1制备的不同粒径硅溶胶的傅里叶红外光谱图。

图3是本发明实施例2-8和对比例1制备得到的硅溶胶改性丙烯酸防腐涂层的拉伸图。

图4是本发明实施例4、7和对比例1制备得到的硅溶胶改性丙烯酸防腐涂层的附着力图。

图5是本发明实施例4、7和对比例1制备得到的硅溶胶改性丙烯酸防腐涂层的电化学测试图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

首先将20g硅粉在70℃热水中活化，然后将其缓慢加入到含有180g去离子水和2.0g氢氧化钠的三口烧瓶中，在85℃下反应8h，冷却，抽滤，滤液即为作为初级粒子的硅溶胶。将所得初级粒子作为母液，进行粒子多级生长，蒸发浓缩，得到20-100nm的高浓度硅溶胶。

实施例2

称取一定质量的纯丙烯酸乳液，向其加入10％的实施例1硅溶胶，0.2-0.5％的水性防闪锈剂，在均质机1500r/min下，均匀分散1h，将其涂敷在基材上，固化。

实施例3

称取一定质量的纯丙烯酸乳液，向其加入15％的实施例1硅溶胶，0.2-0.5％的水性防闪锈剂，在均质机1500r/min下，均匀分散1h，将其涂敷在基材上，固化。

实施例4

称取一定质量的纯丙烯酸乳液，向其加入20％的实施例1硅溶胶，0.2-0.5％的水性防闪锈剂，在均质机1500r/min下，均匀分散1h，将其涂敷在基材上，固化。

实施例5

称取一定质量的纯丙烯酸乳液，向其加入30％的实施例1硅溶胶，0.2-0.5％的水性防闪锈剂，在均质机1500r/min下，均匀分散1h，将其涂敷在基材上，固化。

实施例6

称取一定质量的纯丙烯酸乳液，向其加入20％的实施例1硅溶胶，0.2-0.5％的水性防闪锈剂，在均质机1500r/min下，均匀分散1h，并向混合乳液中加入其3％高纯白磷酸锌，在均质机1500r/min下，均匀分散1h后，将其涂敷在基材上，固化。

实施例7

称取一定质量的纯丙烯酸乳液，向其加入20％的实施例1硅溶胶，0.2-0.5％的水性防闪锈剂，在均质机1500r/min下，均匀分散1h，并向混合乳液中加入其5％高纯白磷酸锌，在均质机1500r/min下，均匀分散1h后，将其涂敷在基材上，固化。

实施例8

称取一定质量的纯丙烯酸乳液，向其加入20％的实施例1硅溶胶，0.2-0.5％的水性防闪锈剂，在均质机1500r/min下，均匀分散1h，并向混合乳液中加入其7％高纯白磷酸锌，在均质机1500r/min下，均匀分散1h后，将其涂敷在基材上，固化。

对比例1

为了更好的说明硅溶胶和缓蚀剂磷酸锌对复合涂层的影响，在对比例中，将纯丙烯酸乳液涂敷在基材上，固化，得到纯丙烯酸涂层。

试验例1

测试实施1得到的硅溶胶的平均粒径，如图1所示。平均粒径为20nm-100nm。粒度分布随着颗粒大小的增加而变宽，但变化并不明显。

测试实施1得到的不同粒径硅溶胶的傅里叶红外光谱，如图2所示。在图中，3480cm^-1左右的峰值可以归结为硅溶胶表面吸附的水的O-H基团和Si-OH基团的伸缩振动。1634cm^-1的位置是Si-OH弯曲振动的吸收峰。而1110cm^-1和800cm^-1分别是Si-O-Si的反对称拉伸振动峰和对称拉伸振动吸收峰。470cm^-1处的吸收峰是由Si-O键的弯曲振动引起的。从上述数据分析可以看出，硅溶胶被成功制备。

测试实施例2-8和对比例1制备得到的防腐涂层的拉伸图，如图3所示。添加硅溶胶可以增强涂层的拉伸强度，硅溶胶的添加量在20％以下，涂层抗拉强度都高于10MPa，这是因为涂层中有机无机粒子交联度较好，微缺陷较少，形成了较为完整的空间网络连续结构。添加硅溶胶显著降低了涂层的断裂伸长率，这是因为加入硅溶胶后，涂层呈刚性，柔韧性降低。

测试实施例4、7和对比例1制备得到的防腐涂层的粘附力图，如图4所示。向丙烯酸乳液中添加硅溶胶可以增加涂层与基材的粘附力。当硅溶胶添加为20％时，涂层粘附力可达到4MPa，加入磷酸锌后涂层粘附力达到4.3MPa，这是因为未添加硅溶胶的乳液固含量较低，在干燥过程中，水和溶剂的挥发会形成较多的孔隙，同时产生残余应力，在涂层中形成众多微缺陷。当涂层受拉拔式应力时，这些微缺陷处应力集中易发展成微裂纹，进而形成断裂带，降低涂层的附着力。添加一定量的硅溶胶能较好地填充在涂层的微孔隙中，有利于增强基体强度以及分散涂层所受外界应力，从而增强涂层的粘附力。硅溶胶中大量的硅羟基与基材的结合力较强，有提高附着力的作用。

测试实施例4、7和对比例1制备的防腐涂层的电化学测试图，如图5所示。实例7复合涂层在Q235碳钢的EIS谱图，低频区的阻抗约为10⁶Ω·cm²，选择合适添加量的硅溶胶，且加上缓蚀剂的协同作用，且可以增强涂层腐蚀前期的抗腐蚀能力。

在极化曲线中，纯丙烯酸乳液涂层的I_corr为1.26×10^-7A·cm^-2，E_corr为-0.78V，复合涂层的I_corr为6.31×10^-10A·cm^-2，E_corr为-0.24V，腐蚀电流减小，电位正移，硅溶胶和磷酸锌提高屏蔽性能，磷酸锌还可以有效转移合金在腐蚀过程中产生的电子，使Q235钢表面钝化，从而提高涂层的防腐性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种硅溶胶改性丙烯酸防腐涂料，其特征在于：由大粒径硅溶胶，纯丙烯酸乳液，缓蚀剂和水性防闪锈剂制备而成，其中，大粒径硅溶胶的质量分数为纯丙烯酸乳液的10%-30%；

所述大粒径硅溶胶的粒径为20-100nm；

所述缓蚀剂为磷酸锌，磷酸锌占大粒径硅溶胶与纯丙烯酸乳液的混合液的质量分数为3%-7%；

所述大粒径硅溶胶的制备方法为：将活化后的硅粉加入碱液中，进行粒子的多级生长，获得大粒径硅溶胶；

水性防闪锈剂占涂料的质量百分数为0.2%-0.5%。

2.根据权利要求1所述的硅溶胶改性丙烯酸防腐涂料，其特征在于：所述碱液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。

3.根据权利要求2所述的硅溶胶改性丙烯酸防腐涂料，其特征在于：碱液的质量浓度为0.5%-1.5%。

4.根据权利要求1所述的硅溶胶改性丙烯酸防腐涂料，其特征在于：每级生长的温度为80-90℃，生长的时间为5-10h。

5.根据权利要求1所述的硅溶胶改性丙烯酸防腐涂料，其特征在于：硅粉的活化方法为将硅粉置于60-80℃的热水中活化处理。

6.权利要求1-5任一所述硅溶胶改性丙烯酸防腐涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

将大粒径硅溶胶按比例加入纯丙烯酸乳液中，混合均匀后，向其中加入缓蚀剂和水性防闪锈剂，分散均匀，即得。

7.一种硅溶胶改性丙烯酸防腐涂层，其特征在于：将权利要求1-5任一所述硅溶胶改性丙烯酸防腐涂料均匀涂覆于基材上，固化后，即得。