[发明专利]双组分硅烷聚合物金属重防腐水性工业涂料

说明书

                          技术领域

本发明涉及一种双组分水性金属重防腐工业涂料，尤其涉及一种由金属颜填料、树脂、水、助剂组成的金属保护屏障乳化聚合物和硅烷聚合物及固化剂经过乳液聚合而成，本发明的硅烷聚合物具有克服硅烷聚合时产生凝胶缺陷的性能，还将与由金属颜填料、树脂、水、助剂组成的金属保护屏障乳化聚合物组成分子间的互穿网络结构，从而组成了防腐性能优异的金属重防腐水性工业涂料，这种硅烷聚合物金属重防腐水性涂料也是一种低VOC含量和对环境友好的用于金属基材表面的非溶剂型重防腐工业涂料。

                          背景技术

在化工、石油、机械、轻工、城建等行业中，绝大多数设备、管道、产品由于腐蚀介质的存在而发生腐蚀，腐蚀介质的浓度随环境温度的变化而改变，因此腐蚀非常严重。在各种防腐技术中，由于涂料防腐施工简便，适应性广，不受设备面积和形状的约束，重涂和修复方面费用低而得到广泛应用。据日本腐蚀和防腐蚀协会调查表明，在涂料、金属表面处理、耐腐蚀材料、防锈油、缓蚀剂、电化学保护、腐蚀研究等七大防腐技术投资中，涂料防腐投资的经费占60％以上，由此可见涂料防腐的重要地位和研究开发的活跃程度。

防腐涂料和其它涂料一样，其配方组成主要包括基料(树脂)、颜填料、助剂和溶剂。基料树脂是成膜物质，是涂料中的主要成分，它的分子结构决定着涂料的主要性能；颜填料是用来辅助隔离腐蚀因素的，根据作用机理又可分为防锈颜料和片状填料；溶剂分为有机或无机溶剂及水，用来溶解基料树脂，便于涂料成膜。

重防腐涂料(Heavy-duty Coating)是指在苛刻的腐蚀环境中使用，包括底涂和面涂的配套涂料。所以，防腐性能强、涂料使用寿命长并能适应苛刻的金属腐蚀环境的涂料，被称为金属重防腐涂料。

有机硅聚合物是特种高分子材料，它是在第二次世界大战期间作为飞机、火箭的特殊材料发展起来的。由于有机硅材料具有一系列的优异性能，迄今已发展成为技术密集、在国民经济中占有一定地位的新型化工体系，并使各行业获得了巨大的经济效益。特别是近年来，由于高技术的发展，有机硅聚合物的品种已明显向功能型、精细化、专用化、系列化的方向发展，其品种多达5000余种，并且还在不断增加。它是最能适应时代要求和发展最快的材料之一，所以世界许多国家在此领域不惜大量投入。现在，有机硅化学基础理论、生产技术、产品应用等，已涉及许多科学领域，是一个极有发展前途的行业。

金属的硅烷表面处理工艺，是1992年起由美国国防部、空军研究所大力资助，在美国辛辛那提大学材料系Wim.J.Ooij教授的指导下，系统地研究和开发出来的技术。经硅烷处理过的金属表面的防锈性和防腐蚀及对有机涂层的粘接性能优异。但是，当不涂油漆时，硅烷膜层太薄而无法给金属表面提供长期的防腐蚀保护。尤其是硅烷

膜不能作为一种重防腐底性涂料或底漆使用而与面漆配套使用。从上世纪90年代后期开始，国内的重庆大学、同济大学、浙江大学、华东理工大学、中科院和一些企业对硅烷用于黑色金属及有色金属表面的防腐蚀性能做过一些研究，但没有带进水性防腐涂料的研究领域。

欧盟、美国、日本等发达国家从2007年1月1日、6月1日开始执行新的涂料和油漆环保验收标准，严格控制涂料和油漆中每升的VOC(有机挥发物)不能超过100克。

金属防腐涂料大多为溶剂型，挥发性有机化合物的含量高，造成环境污染。水性涂料由于VOC含量很少，施工过程无火灾危险，是绿色环保涂料，是全世界现代金属防腐涂料大力发展的趋势。

硅烷是一类硅基的有机/无机杂化物，其基本分子式为：R′(CH₂)nSi(OR)₃。其中OR是可水解的基团，R′是有机官能团。其优异的防腐性及对有机涂层的胶粘性能主要表现在：金属表面上硅烷膜的形成是从凝聚前的氢键富集的界面到缩聚后Si-O-Si及Si-O-Me共价键的形成过程，剩余的硅烷分子则通过SiOH基团之间的缩聚反应在金属表面上形成具有Si-O-Si的三维网状结构的硅烷膜。

硅烷分子在使用前通常需要进行水解，不同的硅烷有不同的水解过程。常用的方法是制成硅烷水溶液或将硅烷溶液溶入进涂料的组分里。其水解平衡反应式可简单表示为：

            Si(OR)₃+H₃OSi(OH)₃+3ROH    (1)