本技術(shù)涉及涂料制備，尤其是涉及一種高附著力快干型無(wú)機(jī)硅酸鋅車間底漆及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、無(wú)機(jī)硅酸鋅車間底漆因其優(yōu)異的耐腐蝕性、耐溶劑性以及良好的耐熱性，在船舶制造、橋梁建設(shè)、石油化工等工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用于金屬表面防護(hù)。然而，現(xiàn)有的無(wú)機(jī)硅酸鋅車間底漆存在一些不足之處。一方面，底漆的附著力有待提高，在一些復(fù)雜環(huán)境或受到外力沖擊時(shí)，涂層容易出現(xiàn)剝落、起皮等現(xiàn)象，影響防護(hù)效果和使用壽命。另一方面，干燥速度較慢，尤其是在濕度較大或溫度較低的環(huán)境下，干燥時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致施工效率低下，增加施工成本，無(wú)法滿足大規(guī)模快速施工的需求。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，針對(duì)無(wú)機(jī)硅酸鋅車間底漆性能的提升有著不同的手段。為了提升干燥速度，常規(guī)做法是增加溶劑揮發(fā)速率，比如采用揮發(fā)性較強(qiáng)的溶劑來(lái)促使底漆更快變干。而在增強(qiáng)附著力方面，多依賴有機(jī)樹(shù)脂改性，通過(guò)在底漆中加入有機(jī)樹(shù)脂來(lái)改善底漆與金屬表面的結(jié)合能力。這些手段在一定程度上確實(shí)能夠改善底漆的部分性能。

3、然而，現(xiàn)有的手段存在明顯的缺陷。增加溶劑揮發(fā)速率雖然能加快干燥速度，但容易導(dǎo)致涂層“起皺”或者鋅粉沉降，影響涂層的質(zhì)量。依賴有機(jī)樹(shù)脂改性增強(qiáng)附著力，卻會(huì)降低涂層的耐候性與鋅粉利用率。并且現(xiàn)有的無(wú)機(jī)硅酸鋅車間底漆本身附著力不足，在復(fù)雜環(huán)境或受外力沖擊時(shí)，涂層易剝落、起皮；干燥速度也較慢，在濕度大或溫度低的環(huán)境下施工效率低下，無(wú)法滿足大規(guī)模快速施工的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了提升無(wú)機(jī)硅酸鋅車間底漆附著力和干燥速度，本技術(shù)提供一種高附著力快干型無(wú)機(jī)硅酸鋅車間底漆及其制備方法。

2、第一方面，本技術(shù)提供的一種高附著力快干型無(wú)機(jī)硅酸鋅車間底漆采用如下的技術(shù)方案：

3、一種高附著力快干型無(wú)機(jī)硅酸鋅車間底漆，按重量份數(shù)計(jì)，其制備原料包括改性鋅粉30-50份、改性石墨粉1.5-2.5份、硅酸鈉溶液20-35份、α相納米al2o35份、快干劑3-4份、附著力促進(jìn)劑3-5份、耐熱填料2.5-3.5份、分散劑1-2份、消泡劑0.6-1.0份和稀釋溶劑10-20份，所述快干劑包括環(huán)烷酸鋅、edta和異丙醇鈦，所述環(huán)烷酸鋅、edta以及異丙醇鈦的質(zhì)量比為1:(0.2-0.3):(0.45-0.55)。

4、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，改性鋅粉作為主要防銹成分，在涂層中形成犧牲陽(yáng)極，對(duì)金屬基材起到電化學(xué)保護(hù)作用；改性石墨粉作為耐高溫潤(rùn)滑劑，起到降低涂層熱膨脹系數(shù)和匹配鋼基材的效果；硅酸鈉溶液作為成膜物質(zhì)，水分揮發(fā)后形成無(wú)機(jī)硅酸鹽膜，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性；α相納米al2o3具有小尺寸效應(yīng)和高活性，可填充在涂層空隙中，進(jìn)一步提高涂層的致密度和附著力?？旄蓜┲械沫h(huán)烷酸鋅、edta和異丙醇鈦按特定質(zhì)量比協(xié)同作用，環(huán)烷酸鋅可促進(jìn)溶劑揮發(fā)，edta能絡(luò)合金屬離子加速反應(yīng)進(jìn)程，異丙醇鈦可參與成膜反應(yīng)加快固化速度，共同顯著提升底漆的干燥速度。附著力促進(jìn)劑通過(guò)其有效成分改善底漆與基底的界面結(jié)合力，提高附著力。耐熱填料能夠增強(qiáng)底漆的耐熱性能，使底漆在高溫環(huán)境下保持穩(wěn)定。分散劑有助于各成分均勻分散，避免團(tuán)聚，保證底漆性能的穩(wěn)定性。消泡劑可消除制備和使用過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡，提高涂層的平整度和質(zhì)量。稀釋溶劑則可調(diào)節(jié)底漆的粘度，方便施工操作。這些成分相互協(xié)同，實(shí)現(xiàn)了無(wú)機(jī)硅酸鋅車間底漆附著力和干燥速度的同時(shí)提升，克服了現(xiàn)有技術(shù)中底漆附著力不足和干燥速度慢的問(wèn)題。

5、在一個(gè)具體的可實(shí)施方案中，所述改性鋅粉的制備方法為：將鋅粉30-50份與kh-560?0.5-1.5份在乙醇溶液中預(yù)分散，60℃攪拌混勻，過(guò)濾干燥，得到表面包覆硅烷的改性鋅粉。

6、通常硅烷的改性用于提高填料的分散性，但發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，本技術(shù)的鋅粉用kh-560改性后獲得意外極大提升的附著力以及兼具的防腐性。這可能是由于，鋅粉表面經(jīng)kh-560硅烷偶聯(lián)劑改性后，硅烷在鋅粉表面形成空間位阻層，阻止鋅粉因范德華力團(tuán)聚。在底漆中，鋅粉表面部分羥基與硅酸鹽的si-oh反應(yīng)生成“zn-o-si”鍵，將鋅粉錨固于硅酸鹽骨架，且在底漆涂覆鋼基材上后，kh-560的環(huán)氧基與鋼基材表面上的羥基反應(yīng)，形成“基材-硅烷-鋅粉”鍵合網(wǎng)絡(luò)，使得底漆在基材表面基于環(huán)氧基錨固硅酸鹽骨架，基于硅酸鹽骨架錨固鋅粉，從而使得涂層致密，鋅粉層疊合理分布，且后續(xù)涂層中的鋅含量均勻性偏差降低，并在后續(xù)底漆涂覆鋼基材上后，鋅粉與基材的界面結(jié)合強(qiáng)度得到極大的提升，因此，選擇特定環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑改性鋅粉在硅酸鹽涂料中意外獲得了附著力和防腐性的極大提升。

7、在一個(gè)具體的可實(shí)施方案中，所述改性石墨粉的制備方法為：將石墨粉1-3份與kh-560?0.45-0.65份在乙醇溶液中預(yù)分散，60℃攪拌混勻，過(guò)濾干燥，得到表面包覆硅烷的改性石墨粉。

8、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，石墨的層狀結(jié)構(gòu)在涂層中形成微滑動(dòng)界面，可以降低涂層內(nèi)應(yīng)力，然而石墨的本征熱膨脹系數(shù)與鋼基材差異大，表面包覆硅烷后，通過(guò)“硅烷層緩沖”縮小熱膨脹差異，減少高溫下涂層與基材的熱應(yīng)力開(kāi)裂，提升了底漆在鋼基材上的涂層熱膨脹系數(shù)與鋼基材匹配度提升，同時(shí)還降低了鋼基材之間焊接時(shí)的熱應(yīng)力，減少底漆涂層起皮、剝落的風(fēng)險(xiǎn)。且硅烷的環(huán)氧基與硅酸鹽的si-oh反應(yīng)，將石墨粉“嵌入”硅酸鹽骨架，形成“基材-硅酸鹽-石墨-鋅粉”四維粘結(jié)網(wǎng)絡(luò)，提升了底漆在鋼基材上涂層的柔韌性和抗沖擊性。

9、在一個(gè)具體的可實(shí)施方案中，所述硅酸鈉溶液中硅酸鈉的模數(shù)為3.5-3.8。

10、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，硅酸鈉模數(shù)即sio2/na2o摩爾比，直接影響硅酸鹽的水解縮合反應(yīng)速率與成膜性能。高模數(shù)(3.5-3.8)中的sio32-濃度更高，水解生成的si(oh)4更多，縮合反應(yīng)更劇烈，成膜速度更快；高模數(shù)硅酸鹽形成的骨架中si-o鍵能更高，耐化學(xué)腐蝕性和耐水性均得到顯著提升；

11、在一個(gè)具體的可實(shí)施方案中，所述附著力促進(jìn)劑包括kh-560和e-44環(huán)氧樹(shù)脂，所述kh-560和e-44環(huán)氧樹(shù)脂的質(zhì)量比為3:1。

12、發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，根據(jù)此質(zhì)量比復(fù)配的kh-560和e-44環(huán)氧樹(shù)脂，協(xié)同提升了界面強(qiáng)度，kh-560的環(huán)氧基與鋼基材羥基反應(yīng)，形成“基材-硅烷”鍵合層，而e-44環(huán)氧樹(shù)脂的羥基(-oh)與硅酸鹽的si-oh反應(yīng)，形成“硅酸鹽-樹(shù)脂”交聯(lián)層，繼而雙重鎖定鋅粉與基材。并且kh-560的低表面張力與e-44的高粘度互補(bǔ)，避免了樹(shù)脂與硅酸鹽分層，樹(shù)脂與硅酸鹽的相容性得到提升，減少界面缺陷。同時(shí)，e-44的環(huán)氧基與kh-560的環(huán)氧基協(xié)同交聯(lián)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，固化收縮率降低，減少涂層內(nèi)應(yīng)力，提高了底漆的附著力。

13、在一個(gè)具體的可實(shí)施方案中，所述耐熱填料為zro2和硼酸鋅，所述zro2和硼酸鋅的質(zhì)量比為2:1。

14、發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，根據(jù)此質(zhì)量比復(fù)配的zro2和硼酸鋅，協(xié)同提升了耐熱性能。一方面，zro2在高溫下形成穩(wěn)定四方相，從而抑制硅酸鹽骨架的高溫分解。另一方面，硼酸鋅高溫分解生成b2o3，與硅酸鈉溶液中的na2o反應(yīng)生成na2b4o7玻璃態(tài)層，覆蓋鋅粉表面，阻止鋅氧化。且zro2與硼酸鋅協(xié)同降低涂層熱導(dǎo)率，減少高溫?zé)崃肯蚧膫鬟f，從而提升涂層的隔熱性能。并且硼酸鋅與zro2的復(fù)合填料成本僅為傳統(tǒng)稀土耐熱填料的三分之一，性價(jià)比顯著提升。

15、在一個(gè)具體的可實(shí)施方案中，所述稀釋溶劑包括丙二醇甲醚醋酸酯和碳酸二甲酯，所述丙二醇甲醚醋酸酯和碳酸二甲酯的質(zhì)量比為2:1。

16、發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，將慢干溶劑的丙二醇甲醚醋酸酯和快干溶劑的碳酸二甲酯按2:1比例混合溶劑，可以調(diào)控?fù)]發(fā)速率，使混合溶劑的揮發(fā)速率(即涂-4杯流平時(shí)間)控制在15-20s，避免溶劑過(guò)快蒸發(fā)導(dǎo)致的“橘皮”。并且丙二醇甲醚醋酸酯和碳酸二甲酯的極性接近硅酸鹽的極性，確保了稀釋溶劑對(duì)硅酸鹽的溶解性。同時(shí)，碳酸二甲酯的低毒性替代傳統(tǒng)苯類溶劑，極大地降低了voc含量，從而提高底漆的環(huán)保性。

17、在一個(gè)具體的可實(shí)施方案中，所述分散劑為聚羧酸鹽分散劑。

18、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，聚羧酸鹽(paas)的分散作用體現(xiàn)在：靜電位阻穩(wěn)定：paas的-coo-基團(tuán)吸附于鋅粉/al2o3表面，形成負(fù)電荷層，通過(guò)同性電荷排斥防止團(tuán)聚；空間位阻保護(hù)：paas的長(zhǎng)聚羧酸鏈在填料表面伸展，形成物理屏障，阻礙填料粒子靠近；ph適應(yīng)性：paas在堿性環(huán)境中解離更充分，吸附密度得到提升，分散效果優(yōu)于傳統(tǒng)陰離子分散劑。

19、在一個(gè)具體的可實(shí)施方案中，所述消泡劑為有機(jī)硅消泡劑。

20、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，有機(jī)硅的表面張力遠(yuǎn)低于水和硅酸鹽溶液，能快速鋪展于氣泡表面，氣泡液膜因表面張力差被拉伸變薄，最終破裂。同時(shí)有機(jī)硅與硅酸鹽的相容性差，僅在氣泡表面富集，不溶于體系，避免了二次起泡。

21、第二方面，本技術(shù)提供了一種高附著力快干型無(wú)機(jī)硅酸鋅車間底漆的制備方法，包括如下步驟：

22、s1、復(fù)合填料預(yù)混：將改性石墨粉、α相納米al2o3、耐熱填料、分散劑加入高速分散機(jī)，預(yù)混后強(qiáng)力分散均勻，制得預(yù)混填料；

23、s2：硅酸鹽-快干劑體系制備：硅酸鈉溶液中加入環(huán)烷酸鋅、edta，50℃攪拌混勻，滴加異丙醇鈦，升溫至60℃反應(yīng)，得硅酸鹽體系粘稠液；

24、s3、混合：將預(yù)混填料加入硅酸鹽體系粘稠液中混勻，接著加入kh-560、e-44環(huán)氧樹(shù)脂混勻后，再加入有機(jī)硅消泡劑強(qiáng)力分散；

25、s4、調(diào)漆：添加稀釋溶劑至調(diào)節(jié)粘度達(dá)涂-4杯18-22s(25℃)。

26、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，制備步驟以“填料預(yù)處理-化學(xué)催化-界面增強(qiáng)-粘度調(diào)控”的順序呈遞進(jìn)方式進(jìn)行，首先將改性石墨粉、α相al2o3、耐熱填料經(jīng)paas預(yù)分散后高速?gòu)?qiáng)力分散，確保填料均勻分布，避免后續(xù)混合時(shí)的二次團(tuán)聚；而后在硅酸鈉溶液中依次添加環(huán)烷酸鋅、edta和異丙醇鈦，確保催化反應(yīng)以水解→縮合→成膜的階段進(jìn)行；接著將預(yù)混填料加入硅酸鹽體系后，依次添加kh-560與e-44環(huán)氧樹(shù)脂，利用硅酸鹽的si-oh與兩者的環(huán)氧基反應(yīng)，形成“填料-硅酸鹽-樹(shù)脂”網(wǎng)絡(luò)；高速分散以加速反應(yīng)；最后添加稀釋溶劑調(diào)節(jié)粘度，避免過(guò)早稀釋導(dǎo)致的分散不均。該制備步驟的制備效率相較于傳統(tǒng)工藝得到極大地提升，并且涂層性能批次穩(wěn)定性提升，最終制得高附著力快干型的無(wú)機(jī)硅酸鋅車間底漆。

27、綜上所述，本技術(shù)包括以下至少一種有益技術(shù)效果：

28、1、本技術(shù)通過(guò)“路易斯酸催化+堿性環(huán)境維持+溶劑揮發(fā)加速”的三重協(xié)同機(jī)制，顯著提升干燥效率。環(huán)烷酸鋅(zn2+)作為無(wú)機(jī)路易斯酸，催化硅酸鹽水解生成更多si-oh基團(tuán)；edta螯合金屬離子并中和反應(yīng)釋放的h+，維持ph＝10.5-11.0的弱堿性環(huán)境，加速si-o-si縮合反應(yīng)；異丙醇鈦水解生成tio2溶膠，填充硅酸鹽孔隙并降低表面張力，加速溶劑揮發(fā)。三者協(xié)同作用下，有效提升了無(wú)機(jī)硅酸鋅車間底漆干燥效率，從而滿足車間高效生產(chǎn)需求；2、本技術(shù)通過(guò)“填料表面改性+雙界面增強(qiáng)劑”的雙重設(shè)計(jì)，構(gòu)建“基材-硅烷-鋅粉/石墨-硅酸鹽-樹(shù)脂”的四維粘結(jié)網(wǎng)絡(luò)。改性鋅粉的環(huán)氧基與鋼基材羥基發(fā)生環(huán)氧開(kāi)環(huán)反應(yīng)，且烷氧基與硅酸鹽si-oh反應(yīng)生成“zn-o-si”鍵，將鋅粉錨固于基材；改性石墨粉的柔性碳鏈填充填料間隙，降低內(nèi)應(yīng)力；kh-560的環(huán)氧基與鋼基材羥基反應(yīng)，e-44環(huán)氧樹(shù)脂固化后形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，機(jī)械錨固鋅粉與硅酸鹽。三者協(xié)同作用下，有效避免涂層脫落，有效提升附著力；

29、3、本技術(shù)通過(guò)“高溫穩(wěn)定填料+熱膨脹匹配+焊接防護(hù)”的復(fù)合設(shè)計(jì)，同步解決高溫穩(wěn)定性與焊接燒傷問(wèn)題。α相納米al2o3填充硅酸鹽孔隙，形成致密si-o-al-o骨架；zro2抑制硅酸鹽分解，硼酸鋅覆蓋鋅粉表面，阻止鋅氧化；改性石墨粉降低涂層熱膨脹系數(shù)。三者協(xié)同作用下，熱膨脹系數(shù)與基材匹配度度提升，滿足了高溫工況與焊接工藝需求。