海水潮差区用强韧抗渗防污水性硅酸盐涂层及其制备方法

技术领域

本发明涉及硅酸盐涂层制备相关技术领域，特别涉及海水潮差区用强韧抗渗防污水性硅酸盐涂层及其制备方法。

背景技术

水性硅酸盐涂料是一种具有电化学和化学保护双重功能的阴极保护性防腐涂料，具有优异的耐腐蚀性、耐化学品性和耐高温性，主要应用于海洋工程、石化高温管道等重防腐领域。目前市场上现有的水性硅酸盐涂层具有以下缺陷：

(1)水性无机涂层存在孔隙，导致涂层屏蔽效果较差；

(2)耐水性能较差，其原因为使用水作为硅酸盐的溶剂，固化时，依靠水的挥发；

(3)无机涂层骨架主要由Si-O键构成，因此脆性较大，其增韧的方法主要通过有机-无机杂化，目前，常用的高分子聚合物为有机硅、环氧树脂、硅丙、丙苯和聚氨酯树脂，所形成的硅酸盐涂层的韧性有所增加，但是耐盐雾性、耐水性和耐老化性与传统水性无机富锌底漆物相比没有太大提高；

(4)由于致密性、耐腐蚀性能较差，其常作为多涂层体系底漆使用，无法在重防腐领域作为单涂层使用；

(5)使用锌粉作为功能填料，形成阴极保护，锌粉储存过程中容易出现凝聚，导致涂层使用时，涂层性能降低，此外，锌粉无法阻挡腐蚀介质渗透涂层与基体接触。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用玄武岩鳞片提高抗渗透性及异氰酸酯基不饱和聚酯提高韧性的水性硅酸盐涂层及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：海水潮差区用强韧抗渗防污水性硅酸盐涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、端异氰酸酯基不饱和聚酯溶液的制备

(1)首先将蓖麻油与丙酮按1:3-4的质量比进行稀释，得到稀释后的蓖麻油，然后将端羟基不饱和聚酯与苯乙烯按1:2-3的质量比进行稀释，得到稀释后的端羟基不饱和聚酯；

(2)将二异氰酸酯溶解在2-3重量倍的丙酮中，在60-80℃的油浴中边搅拌边缓慢滴加经丙酮稀释后的蓖麻油溶液，使蓖麻油与二异氰酸酯中的羟基与异氰酸酯基的摩尔比为1:2-2.2；

(3)滴加完成后继续搅拌反应40-60min，再缓慢滴入经苯乙烯稀释的端羟基不饱和聚酯，使端羟基不饱和聚酯中的羟基与剩余异氰酸酯基的摩尔比为0.8-0.9:1；

(4)滴加完成后继续搅拌40-60min，得到端异氰酸酯基不饱和聚酯溶液，密封冷却后待用；

步骤二、稳定高模数硅酸钾溶液制备

A.将模数为3.2-3.5的硅酸钾溶液倒入反应器中，在60-70℃下进行预热，并充分搅拌；

B.将蒸馏水加入纳米二氧化硅中，搅拌0.5-1h后，静置2-3h使纳米SiO

C.在转速大于4500rpm的高速搅拌下，于1.5-4h内缓慢加入上述所制得的纳米SiO

D.搅拌下缓慢加入剩余的蒸馏水，用氢氧化钾溶液调整其pH值为12-13，得无色透明高模数硅酸钾溶液；

步骤三、强韧抗渗水性硅酸钾涂层的制备

将端异氰酸酯基不饱和聚酯溶液及高模数硅酸钾溶液进行混合后，加入一定量的玄武岩鳞片及纳米氧化亚铜粒子，并加入分散剂和颜填料进行机械搅拌，即得到所需涂料。

优选的，所述海水潮差区用强韧抗渗防污水性硅酸盐涂料的配方为(按重量份比)：硅酸钾溶液100-120份、端异氰酸酯基不饱和聚酯溶液20-30份、纳米氧化亚铜10-20份、玄武岩鳞片15-20份、颜填料5-20份、分散剂5-10份。

优选的，所述步骤二中A步骤搅拌的转速为500-2500rpm。

优选的，所述步骤二中B步骤搅拌的转速为转速150-500rpm。

优选的，所述步骤二中C步骤在加入纳米SiO

优选的，所述步骤二中D步骤加入的氢氧化钾溶液重量百分浓度为5-15％。

本发明还提出一种海水潮差区用强韧抗渗防污水性硅酸盐涂层，根据上述制备方法获得。

本发明还提出一种海水潮差区用强韧抗渗防污水性硅酸盐涂层，按重量份比包括：硅酸钾溶液100-120份、端异氰酸酯基不饱和聚酯溶液20-30份、纳米氧化亚铜10-20份、玄武岩鳞片15-20份、颜填料5-20份、分散剂5-10份。

本发明的技术效果和优点：与现有技术相比，本发明通过在涂料中加入玄武岩鳞片和异氰酸酯基不饱和聚酯，玄武岩鳞片发挥其功能性，在涂层中产生“迷宫效应”，提高涂层的抗渗透性，玄武岩鳞片发挥其耐受性，可以显著提高涂层的抗Cl-侵蚀性、耐辐射性、耐酸碱性等，同时玄武岩鳞片与纳米氧化亚铜的复合使用，提高了涂层的防海生物污损性，提高水性硅酸钾涂层与基体结合力，加入异氰酸酯基不饱和聚酯能够提高水性硅酸钾涂层的韧性。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

海水潮差区用强韧抗渗防污水性硅酸盐涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、端异氰酸酯基不饱和聚酯溶液的制备

(1)首先将蓖麻油与丙酮按1:3的质量比进行稀释，得到稀释后的蓖麻油，然后将端羟基不饱和聚酯与苯乙烯按1:2的质量比进行稀释，得到稀释后的端羟基不饱和聚酯；

(2)将二异氰酸酯溶解在2重量倍的丙酮中，在60℃的油浴中边搅拌边缓慢滴加经丙酮稀释后的蓖麻油溶液，使蓖麻油与二异氰酸酯中的羟基与异氰酸酯基的摩尔比为1:2；

(3)滴加完成后继续搅拌反应40min，再缓慢滴入经苯乙烯稀释的端羟基不饱和聚酯，使端羟基不饱和聚酯中的羟基与剩余异氰酸酯基的摩尔比为0.8:1；

(4)滴加完成后继续搅拌40min，得到端异氰酸酯基不饱和聚酯溶液，密封冷却后待用；

步骤二、稳定高模数硅酸钾溶液制备

A.将模数为3.2的硅酸钾溶液倒入反应器中，在60℃下进行预热，并充分搅拌，搅拌的转速为500rpm；

B.将蒸馏水加入纳米二氧化硅中，保持转速150rpm搅拌0.5h后，静置2h使纳米SiO

C.在转速大于4500rpm的高速搅拌下，于1.5h内缓慢加入上述所制得的纳米SiO

D.搅拌下缓慢加入剩余的蒸馏水，用重量百分浓度为5％的氢氧化钾溶液调整其pH值为12，得无色透明高模数硅酸钾溶液；

步骤三、强韧抗渗水性硅酸钾涂层的制备

将端异氰酸酯基不饱和聚酯溶液及高模数硅酸钾溶液进行混合后，加入一定量的玄武岩鳞片及纳米氧化亚铜粒子，并加入分散剂和颜填料进行机械搅拌，即得到所需涂料，其中各组分的配比为：硅酸钾溶液100份、端异氰酸酯基不饱和聚酯溶液20份、纳米氧化亚铜10份、玄武岩鳞片15份、颜填料5份和分散剂5份。颜填料和分散剂为普通的着色颜填料和分散剂，不作限定，本领域技术人员熟知的即可。

实施例2

海水潮差区用强韧抗渗防污水性硅酸盐涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、端异氰酸酯基不饱和聚酯溶液的制备

(1)首先将蓖麻油与丙酮按1:3的质量比进行稀释，得到稀释后的蓖麻油，然后将端羟基不饱和聚酯与苯乙烯按1:3的质量比进行稀释，得到稀释后的端羟基不饱和聚酯；

(2)将二异氰酸酯溶解在2重量倍的丙酮中，在70℃的油浴中边搅拌边缓慢滴加经丙酮稀释后的蓖麻油溶液，使蓖麻油与二异氰酸酯中的羟基与异氰酸酯基的摩尔比为1:2.1；

(3)滴加完成后继续搅拌反应50min，再缓慢滴入经苯乙烯稀释的端羟基不饱和聚酯，使端羟基不饱和聚酯中的羟基与剩余异氰酸酯基的摩尔比为0.9:1；

(4)滴加完成后继续搅拌50min，得到端异氰酸酯基不饱和聚酯溶液，密封冷却后待用；

步骤二、稳定高模数硅酸钾溶液制备

A.将模数为3.3的硅酸钾溶液倒入反应器中，在65℃下进行预热，并充分搅拌，搅拌的转速为1500rpm；

B.将蒸馏水加入纳米二氧化硅中，保持转速300rpm搅拌1h后，静置2.5h使纳米SiO

C.在转速大于4500rpm的高速搅拌下，于3h内缓慢加入上述所制得的纳米SiO

D.搅拌下缓慢加入剩余的蒸馏水，用重量百分浓度为10％的氢氧化钾溶液调整其pH值为13，得无色透明高模数硅酸钾溶液；

步骤三、强韧抗渗水性硅酸钾涂层的制备

将端异氰酸酯基不饱和聚酯溶液及高模数硅酸钾溶液进行混合后，加入一定量的玄武岩鳞片及纳米氧化亚铜粒子，并加入、分散剂和颜填料进行机械搅拌，即得到所需涂料，其中各组分的配比为：硅酸钾溶液110份、端异氰酸酯基不饱和聚酯溶液25份、纳米氧化亚铜15份、玄武岩鳞片18份、颜填料15份和分散剂7份。

实施例3

海水潮差区用强韧抗渗防污水性硅酸盐涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、端异氰酸酯基不饱和聚酯溶液的制备

(1)首先将蓖麻油与丙酮按1:4的质量比进行稀释，得到稀释后的蓖麻油，然后将端羟基不饱和聚酯与苯乙烯按1:3的质量比进行稀释，得到稀释后的端羟基不饱和聚酯；

(2)将二异氰酸酯溶解在3重量倍的丙酮中，在80℃的油浴中边搅拌边缓慢滴加经丙酮稀释后的蓖麻油溶液，使蓖麻油与二异氰酸酯中的羟基与异氰酸酯基的摩尔比为1:2.2；

(3)滴加完成后继续搅拌反应60min，再缓慢滴入经苯乙烯稀释的端羟基不饱和聚酯，使端羟基不饱和聚酯中的羟基与剩余异氰酸酯基的摩尔比为0.8:1；

(4)滴加完成后继续搅拌60min，得到端异氰酸酯基不饱和聚酯溶液，密封冷却后待用；

步骤二、稳定高模数硅酸钾溶液制备

A.将模数为3.5的硅酸钾溶液倒入反应器中，在70℃下进行预热，并充分搅拌，搅拌的转速为2500rpm；

B.将蒸馏水加入纳米二氧化硅中，保持转速500rpm搅拌1h后，静置3h使纳米SiO

C.在转速大于4500rpm的高速搅拌下，于4h内缓慢加入上述所制得的纳米SiO

D.搅拌下缓慢加入剩余的蒸馏水，用重量百分浓度为15％的氢氧化钾溶液调整其pH值为13，得无色透明高模数硅酸钾溶液；

步骤三、强韧抗渗水性硅酸钾涂层的制备

将端异氰酸酯基不饱和聚酯溶液及高模数硅酸钾溶液进行混合后，加入一定量的玄武岩鳞片及纳米氧化亚铜粒子，并加入分散剂和颜填料进行机械搅拌，即得到所需涂料，其中各组分的配比为：硅酸钾溶液120份、端异氰酸酯基不饱和聚酯溶液30份、纳米氧化亚铜20份、玄武岩鳞片20份、颜填料20份和分散剂10份。

对比例1

通过与实施例2相同的步骤制备出高模数硅酸钾溶液，然后将无机硅酸钾及高模数硅酸钾溶液进行混合，接着加入一定量的玄武岩鳞片及纳米氧化亚铜粒子，并加入分散剂和颜填料进行机械搅拌，即得到所需涂料，其中各组分的配比为：硅酸钾溶液110份、无机硅酸钾25份、纳米氧化亚铜15份、玄武岩鳞片18份、颜填料15份和分散剂7份。

对比例2

通过与实施例2相同的步骤制备出端异氰酸酯基不饱和聚酯溶液及高模数硅酸钾溶液，然后将端异氰酸酯基不饱和聚酯溶液及高模数硅酸钾溶液进行混合，接着加入一定量的纳米氧化亚铜粒子，并加入分散剂和颜填料进行机械搅拌，即得到所需涂料，其中各组分的配比为：硅酸钾溶液110份、端异氰酸酯基不饱和聚酯溶液25份、纳米氧化亚铜15份、颜填料15份和分散剂7份。

表1. 3组实施例和2组对比例的性能测试

结合上述3个实施例、2个对比例以及表1的数据表明，上述3个实施例和2个对比例中的方法均能制备出强韧抗渗水性硅酸钾涂层，其中第2组实施例中制备的强韧抗渗水性硅酸钾涂层相比于未加端异氰酸酯基不饱和聚酯溶液的对比例2来说柔韧性较强，而接触角相对于其他的实施例和对比例来说角度最大，耐盐雾性相对于其他的实施例和对比例来说性能最好，抗菌防污性相对于其他的实施例和对比例来说其检测结果留存的细菌最少，所以第2组实施例中制备的强韧抗渗水性硅酸钾涂层效果最好。本发明通过在涂料中加入玄武岩鳞片和端异氰酸酯基不饱和聚酯，玄武岩鳞片发挥其功能性，在涂层中产生“迷宫效应”，提高涂层的抗渗透性，玄武岩鳞片发挥其耐受性，可以显著提高涂层的耐酸碱性等，同时玄武岩鳞片与纳米氧化亚铜的复合使用，提高了涂层的防海生物污损性，提高水性硅酸钾涂层与基体结合力，而端异氰酸酯基不饱和聚酯提高水性硅酸钾涂层的柔韧性。

最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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。