探究有机--无机杂化对无机富锌涂料性能的影响

赵航

摘 要：水性涂料是以水作为溶剂和分散剂，具有环境友好、性价比高、低/零VOC等优势，是一种发展潜力巨大的环保涂料。无机富锌涂料作为一种新型水性涂料，很多学者在探究有机-无机杂化对无机富锌涂料性能影响方面也言论不一。基于此，本文重点探究有机-无机杂化对无机富锌涂料性能的影响。

關键词：有机--无机杂化;富锌涂料;水性涂料;富锌涂料

1 试验方法

1.1 不同比例硅酸钾改性溶液制备

为了获取不同比例（模数）硅酸钾溶液，取五个三口烧瓶，向每个三口烧瓶中分别加入50g硅酸钾溶液，反应温度保持在50℃，一边搅拌一边加入10g硅溶胶，加入完成之后再放入50g去离子水，机械搅拌1h，即可获得硅酸钾和硅溶胶的混合液，即硅酸钾改性溶液。按照硅酸钾改性溶液：硅溶胶=5：1;3：1;1：1;1：3;1：5比例进行不同模数配置，并进行检定，模数分别为3.3、3.5、5.0、9.3、13.4。

1.2 硅丙乳液制备

在三口烧瓶安装回流冷凝管、温度计，采用甲基丙酸3.4g、MMA9.0g、BMA18g、丁酮100g、KH-570 1.6g，将混合液温度保持在80℃，加入AIBN1g，回流搅拌持续1h，再加入AIBN0.6g，反应4h获得硅丙溶液。将溶液倒入到烧杯中，静置冷却，通过高速搅拌、冰浴下，将酸碱度中和到7（采用三乙胺），放入一定量去离子水，使用旋蒸法将丁酮去除，即可得到硅丙乳液，乳液固含量控制在45%左右即可。

1.3 硅丙乳液催化水解、无机富锌涂料制备

将硅丙乳液15g和去离子水7.5g加入到带回流冷凝管三口烧瓶中，保持90℃恒温，之后再添加0.02gTMAH，持续搅拌3h，之后将溶液温度提升到130℃，连续反应1h，将溶液中TMAH去除，冷却到室温温度。然后，在硅酸钾改性溶液中加入2.5g水解产物，持续搅拌40min即可得到涂料基料，根据基料固含量，和锌粉按照1：2.6比例进行混合，充分分散之后即可得到无机富锌涂料。让富锌涂料涂在马口铁上，在正常室温中干燥固化，以备后用。

2 有机--无机杂化对无机富锌涂料性能的影响

2.1 不同模数对硅酸钾无机富锌涂料性能影响

通过对不同模数硅酸钾改性溶液与锌粉按照1：2.6比例混合，制备无机富锌涂料，并对多组涂料进行物理性能分析。

在试验中发现，模数增加，硅酸钾改性溶液的储存稳定性曲线为“U”型，也就是先降低、再保持平直、最后升高。这是因为模数增加，也会提升溶液当中的活性硅羟，羟基脱水缩合速率提升，导致硅酸钾改性溶液稳定性降低。也就是模数增加可以提升基材发生化学键合几率增加，提升了涂料附着性，但是在模数比为1：1时，附着力会有所下降，严重会出现土层开裂、脱落问题。这是由于活性硅羟基和锌粉之间反应速度快，固化交联密度较高，强化了涂料层内聚应力，降低了涂料的物理性能。所以，在没有添加稳定剂的前提下，硅酸钾改性溶液稳定性为“U”型趋势。其中，模数为3.3硅酸钾改性溶液稳定性最好，可以保证涂膜性能。下文主要是采用模数3.3硅酸钾改性溶液进行分析。

2.2 固含量对硅酸钾改性溶液稳定性影响

将硅酸钾改性溶液搅拌40min，得到涂料基料，并以不同基料固含量为基础，试验固含量分比为：30%、25%、20%、15%。观察不同固含量对硅酸钾改性溶液（模数3.3）稳定性进行分析。通过试验可知，在固含量在30%时（存放14h），溶液黏度最大，低于30%时稳定性保持较高，但是考虑固含量低会导致黏度过低，不利于使用。所以，最佳固含量应保持在25%左右。

2.3 硅丙乳液工艺对无机富锌涂料影响

使用硅丙乳液对无机富锌涂料进行杂化改性中，杂化成功要点在于乳液是否能够均一分散。直接加入硅丙乳液可能会生成白色絮状颗粒，分散效果不好。而在乳液中使用TMAH催化水解之后可以确保良好的分散性，不会生成絮状颗粒。所以要将硅丙乳液进行催化水解之后再使用，一方面可以保证均一分散，另一方面有助于有机--无机杂化反应。

2.4 硅丙乳液掺入量对无机富锌涂料性能影响

如果成膜物质仅采用硅酸钾溶液，会导致耐水性较差，涂膜脆裂性强。采用模数3.3硅酸钾改性溶液基料、固含量为25%材料，通过不同掺量水解硅丙乳液对硅酸钾改性溶液杂化改性，观察无机富锌涂料性能变化。

试验得知，添加适量水解硅丙乳液进行杂化改性后，涂层柔性与硅丙乳液用量趋势为先高后低，但涂膜硬度有所降低。这是由于硅丙乳液容性基团可以降低活性硅羟基的固化交联密度，让涂层内聚应力降低，提高了涂抹柔韧性。但如果硅丙乳液用量持续增加，会降低活性硅羟基固化交联密度，从而对漆膜硬度造成影响，并且还会产生白化情况，降低了涂膜耐水性。最终确定硅丙乳液掺入比为5-10%时，涂膜硬度、柔韧性、附着力、耐水性、耐人工海水性都较好。

3 结束语

综上所述，有机--无机杂化对无机富锌涂料性能有着直接影响，因此要严格控制使用比重。本文研究结果为：模数为3.3硅酸钾改性溶液稳定性最好;最佳固含量应保持在25%左右;硅丙乳液需要水解;硅丙乳液掺入比为5-10%，这样可以保证无机富锌涂料保持良好的性能。

参考文献：

[1]谢炎坤，刘伟区.有机-无机杂化对无机富锌涂料的性能影响研究[J].精细化工，2018，35（4）：555-556.

[2]陈亚男，胡晓钧，王建明.溶胶-凝胶法制备有机-无机杂化涂料的研究进展[J].材料导报，2013（S2）：100-102.