探究有機--無機雜化對無機富鋅涂料性能的影響

趙航

摘 要：水性涂料是以水作為溶劑和分散劑，具有環境友好、性價比高、低/零VOC等優勢，是一種發展潛力巨大的環保涂料。無機富鋅涂料作為一種新型水性涂料，很多學者在探究有機-無機雜化對無機富鋅涂料性能影響方面也言論不一。基于此，本文重點探究有機-無機雜化對無機富鋅涂料性能的影響。

關鍵詞：有機--無機雜化;富鋅涂料;水性涂料;富鋅涂料

1 試驗方法

1.1 不同比例硅酸鉀改性溶液制備

為了獲取不同比例（模數）硅酸鉀溶液，取五個三口燒瓶，向每個三口燒瓶中分別加入50g硅酸鉀溶液，反應溫度保持在50℃，一邊攪拌一邊加入10g硅溶膠，加入完成之后再放入50g去離子水，機械攪拌1h，即可獲得硅酸鉀和硅溶膠的混合液，即硅酸鉀改性溶液。按照硅酸鉀改性溶液：硅溶膠=5：1;3：1;1：1;1：3;1：5比例進行不同模數配置，并進行檢定，模數分別為3.3、3.5、5.0、9.3、13.4。

1.2 硅丙乳液制備

在三口燒瓶安裝回流冷凝管、溫度計，采用甲基丙酸3.4g、MMA9.0g、BMA18g、丁酮100g、KH-570 1.6g，將混合液溫度保持在80℃，加入AIBN1g，回流攪拌持續1h，再加入AIBN0.6g，反應4h獲得硅丙溶液。將溶液倒入到燒杯中，靜置冷卻，通過高速攪拌、冰浴下，將酸堿度中和到7（采用三乙胺），放入一定量去離子水，使用旋蒸法將丁酮去除，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、無機富鋅涂料制備

將硅丙乳液15g和去離子水7.5g加入到帶回流冷凝管三口燒瓶中，保持90℃恒溫，之后再添加0.02gTMAH，持續攪拌3h，之后將溶液溫度提升到130℃，連續反應1h，將溶液中TMAH去除，冷卻到室溫溫度。然后，在硅酸鉀改性溶液中加入2.5g水解產物，持續攪拌40min即可得到涂料基料，根據基料固含量，和鋅粉按照1：2.6比例進行混合，充分分散之后即可得到無機富鋅涂料。讓富鋅涂料涂在馬口鐵上，在正常室溫中干燥固化，以備后用。

2 有機--無機雜化對無機富鋅涂料性能的影響

2.1 不同模數對硅酸鉀無機富鋅涂料性能影響

通過對不同模數硅酸鉀改性溶液與鋅粉按照1：2.6比例混合，制備無機富鋅涂料，并對多組涂料進行物理性能分析。

在試驗中發現，模數增加，硅酸鉀改性溶液的儲存穩定性曲線為“U”型，也就是先降低、再保持平直、最后升高。這是因為模數增加，也會提升溶液當中的活性硅羥，羥基脫水縮合速率提升，導致硅酸鉀改性溶液穩定性降低。也就是模數增加可以提升基材發生化學鍵合幾率增加，提升了涂料附著性，但是在模數比為1：1時，附著力會有所下降，嚴重會出現土層開裂、脫落問題。這是由于活性硅羥基和鋅粉之間反應速度快，固化交聯密度較高，強化了涂料層內聚應力，降低了涂料的物理性能。所以，在沒有添加穩定劑的前提下，硅酸鉀改性溶液穩定性為“U”型趨勢。其中，模數為3.3硅酸鉀改性溶液穩定性最好，可以保證涂膜性能。下文主要是采用模數3.3硅酸鉀改性溶液進行分析。

2.2 固含量對硅酸鉀改性溶液穩定性影響

將硅酸鉀改性溶液攪拌40min，得到涂料基料，并以不同基料固含量為基礎，試驗固含量分比為：30%、25%、20%、15%。觀察不同固含量對硅酸鉀改性溶液（模數3.3）穩定性進行分析。通過試驗可知，在固含量在30%時（存放14h），溶液黏度最大，低于30%時穩定性保持較高，但是考慮固含量低會導致黏度過低，不利于使用。所以，最佳固含量應保持在25%左右。

2.3 硅丙乳液工藝對無機富鋅涂料影響

使用硅丙乳液對無機富鋅涂料進行雜化改性中，雜化成功要點在于乳液是否能夠均一分散。直接加入硅丙乳液可能會生成白色絮狀顆粒，分散效果不好。而在乳液中使用TMAH催化水解之后可以確保良好的分散性，不會生成絮狀顆粒。所以要將硅丙乳液進行催化水解之后再使用，一方面可以保證均一分散，另一方面有助于有機--無機雜化反應。

2.4 硅丙乳液摻入量對無機富鋅涂料性能影響

如果成膜物質僅采用硅酸鉀溶液，會導致耐水性較差，涂膜脆裂性強。采用模數3.3硅酸鉀改性溶液基料、固含量為25%材料，通過不同摻量水解硅丙乳液對硅酸鉀改性溶液雜化改性，觀察無機富鋅涂料性能變化。

試驗得知，添加適量水解硅丙乳液進行雜化改性后，涂層柔性與硅丙乳液用量趨勢為先高后低，但涂膜硬度有所降低。這是由于硅丙乳液容性基團可以降低活性硅羥基的固化交聯密度，讓涂層內聚應力降低，提高了涂抹柔韌性。但如果硅丙乳液用量持續增加，會降低活性硅羥基固化交聯密度，從而對漆膜硬度造成影響，并且還會產生白化情況，降低了涂膜耐水性。最終確定硅丙乳液摻入比為5-10%時，涂膜硬度、柔韌性、附著力、耐水性、耐人工海水性都較好。

3 結束語

綜上所述，有機--無機雜化對無機富鋅涂料性能有著直接影響，因此要嚴格控制使用比重。本文研究結果為：模數為3.3硅酸鉀改性溶液穩定性最好;最佳固含量應保持在25%左右;硅丙乳液需要水解;硅丙乳液摻入比為5-10%，這樣可以保證無機富鋅涂料保持良好的性能。

參考文獻：

[1]謝炎坤，劉偉區.有機-無機雜化對無機富鋅涂料的性能影響研究[J].精細化工，2018，35（4）：555-556.

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