硅酸鋰富鋅涂料粘結(jié)劑的研究

硅酸鋰富鋅涂料粘結(jié)劑的研究

0硅酸鈉鉀為添加劑富鋅涂料是指含有超過70%金屬鋅的涂料。它的粘合劑分為有機(jī)聚合物和有機(jī)硅酸鹽。1）有機(jī)硅酸鹽的耐熱性能優(yōu)于有機(jī)聚合物。在生產(chǎn)和使用過程中，它對(duì)環(huán)境和施工效果是無害的。這是創(chuàng)建復(fù)合硫酸涂料的一個(gè)方向。目前，制備無機(jī)酸鹽稀釋劑的硅酸鹽粘結(jié)劑主要是高模數(shù)的硅酸鹽和硅酸鈉（鉀）的混合物。目前，還沒有關(guān)于硅酸鈉（鉀）是添加劑的硅酸鹽混合物。作者將硅酸鈉（鉀）作為粘合劑的添加劑，考察了該添加劑對(duì)涂料的防水性能，并研究了富氏涂料的制備方法。在制備過程中，水和堿的雜質(zhì)對(duì)涂料的性能的影響。1實(shí)驗(yàn)部分1.1各種粘合劑的制備1.1.1硅酸鋰的合成參照文獻(xiàn)方法制備:以硅酸鈉水溶液和稀H2SO4為原料,通過置換反應(yīng)生成水合硅酸和Na2SO4,水洗除去Na2SO4后在攪拌下加入LiOH·H2O,經(jīng)過堿溶反應(yīng)后得到透明的硅酸鋰溶液.產(chǎn)品模數(shù)4.8,固含量為27%.1.1.2硅酸鋰/鈉混合水溶液的制備方法一:在1.1.1節(jié)中,將部分LiOH·H2O換成等摩爾的NaOH,使體系中n(SiO2)∶n(Li2O+Na2O)=4.8∶1,n(LiOH·H2O)∶n(NaOH)=4∶1,固含量為27.0%,即可得到透明的硅酸鋰/鈉混合水溶液.方法二:在1.1.1節(jié)制備的硅酸鋰水溶液中加入1/3質(zhì)量份數(shù)的模數(shù)為4.0,固含量為27%硅酸鈉水溶液(自制),得到透明的硅酸鋰/鈉混合水溶液.硅酸鋰/鉀混合水溶液的制備方法同上.其中,模數(shù)為4.0,固含量為27%的硅酸鉀水溶液系硅酸經(jīng)KOH堿溶制備.1.1.3甲基硅酸鈉/甲基硅酸鈉混合水溶液的制備方法一:將工業(yè)甲基硅酸(山東蓬萊仙閣化工廠生產(chǎn))和硅酸按1∶3質(zhì)量比與LiOH·H2O和NaOH混合堿(n(LiOH·H2O)∶n(NaOH)=4∶1)按模數(shù)4.8,固含量27%投料反應(yīng),得到透明的硅酸/甲基硅酸-鋰/鈉混合水溶液.方法二:在1.1.1節(jié)制備的硅酸鋰水溶液中加入1/3質(zhì)量份數(shù)的固含量為27%甲基硅酸鈉水溶液(由山東蓬萊仙閣化工廠生產(chǎn)的固含量為30%甲基硅酸鈉稀釋而得),得到透明的混合水溶液.硅酸/甲基硅酸-鋰/鉀混合水溶液依上述方法制備,其中模數(shù)為3.0,固含量為27%的甲基硅酸鉀水溶液系甲基硅酸經(jīng)KOH堿溶制備.1.2粘結(jié)劑的性能測(cè)試將1.5mm厚10#碳鋼冷軋板雙面噴砂,除油后裁成300mm×300mm尺寸作為試板,在其頂角處鉆一直徑1mm的小孔作為懸掛點(diǎn).將已制備的各種粘結(jié)劑按1∶3質(zhì)量比與1000目鋅粉混合后噴涂試板的兩面,1d后進(jìn)行性能測(cè)試,將兩面涂層沿對(duì)角線劃×,在相對(duì)體積質(zhì)量為5%的NaNO3沸騰水溶液中浸泡30d后,取出觀察涂層脫落及銹蝕情況,結(jié)果見表1和圖1.2結(jié)果與討論2.1甲基硅酸鈉溶液的制備固體硅酸及甲基硅酸經(jīng)堿溶后以膠體粒子形式分散在水中,各種雜質(zhì)離子(客體離子)的存在使膠體粒子擴(kuò)散層變薄,ξ電位降低,膠粒易聚沉【4】.在制備及洗滌硅酸和甲基硅酸過程中,用自來水代替去離子水或洗滌次數(shù)少于3次,制備出的粘結(jié)劑水溶液存放15d后就會(huì)出現(xiàn)白色硅酸鹽沉淀.在1.1.2節(jié)的方法二中使用的甲基硅酸鈉工業(yè)品系用自來水制備,與用去離子水制備的硅酸鋰溶液混合15d后也會(huì)出現(xiàn)少量白色沉淀,其穩(wěn)定性和防腐效果不如采用去離子水制備的產(chǎn)品好.因此粘結(jié)劑的制備必須使用去離子水并盡量除盡雜質(zhì),才可保證產(chǎn)品穩(wěn)定期在12個(gè)月以上.2.2膠體溶液穩(wěn)定性測(cè)定硅酸或甲基硅酸經(jīng)混合堿處理(方法一)得到的膠體溶液穩(wěn)定性(穩(wěn)定期超過12個(gè)月)比先分別制備再混合(方法二)得到的膠體溶液穩(wěn)定性(在5～6個(gè)月中出現(xiàn)沉淀)好,并且模數(shù)達(dá)4.8的硅酸及甲基硅酸的鈉或鉀水溶液也不容易制備【4】.1)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為三次試驗(yàn)結(jié)果平均值.2.3甲基硅酸或甲基硅酸單獨(dú)堿解硅酸反應(yīng)中的硅系統(tǒng)固體硅酸或甲基硅酸中的分子是以部分聚合的方式存在的,將它溶于堿水溶液中,實(shí)際上是堿金屬離子進(jìn)攻硅氧橋使其部分分解聚變成膠體尺寸的粒子.在堿性條件下,硅原子上引入甲基取代基,由于甲基的疏水性,使其水溶性降低,表現(xiàn)在硅酸中加入1/3質(zhì)量份數(shù)的甲基硅酸或甲基硅酸單獨(dú)使用時(shí),堿溶反應(yīng)中固體消失、體系變透明的時(shí)間由單獨(dú)堿解硅酸時(shí)的1h增加到5～6h.2.4堿溶反應(yīng)速率的確定對(duì)于鋰、鈉、鉀水合離子,由于離子半徑增大及電荷密度減小使它們的水合層厚度依次降低,堿性逐漸增強(qiáng),對(duì)固體硅酸堿溶反應(yīng)的速率依次增大.實(shí)驗(yàn)表明,在LiOH·H2O中有部分KOH存在下,堿溶反應(yīng)速率比有等量NaOH存在下堿溶反應(yīng)速率快,它們又都比單獨(dú)使用LiOH·H2O的堿溶反應(yīng)速率快.2.5涂層的耐鹽水性由表1可以看出:由于硅酸鋰粘結(jié)劑脫水成膜后對(duì)鋼鐵的附著力較差,不能單獨(dú)使用;加入部分鉀或鈉離子以后,涂層的耐鹽水性增強(qiáng),Na+和K+之間增強(qiáng)的程度差異不大,這可能是耐水性能和粘接性能綜合作用的結(jié)果.圖1對(duì)比結(jié)果表明:在硅原子上引入甲基取代基可明顯增強(qiáng)涂層的耐水性;制備粘結(jié)劑混合溶液時(shí)方法一優(yōu)于方法二,這是由于方法二所采用的硅酸及甲基硅酸的鈉或鉀鹽水溶液模數(shù)較低,混合產(chǎn)物膠體粒子均一性較差所致.3高涂層的黏合性在硅酸中加入1/3質(zhì)量份數(shù)的甲基硅酸可明顯提高涂層的耐水性;堿溶反應(yīng)時(shí)在LiOH·H2O中加入1/4摩爾份數(shù)的NaOH或KOH可加快堿溶反應(yīng)的速率,并可明顯增強(qiáng)涂層的粘附性能從而增強(qiáng)其防腐性能;制備粘結(jié)劑時(shí)將硅酸與混合堿共同反應(yīng)比單獨(dú)制備硅酸鹽再混合效果好.制備硅酸鋰無機(jī)富鋅涂料粘結(jié)劑較理想的方案是:以去離子水為溶劑,將硅酸/甲基硅酸混合物(質(zhì)量比為3∶1)與LiOH·H2O/NaOH(或