本发明涉及一种用于钢结构的水性纳米二氧化硅耐盐雾防水涂料及其制备方法，属于防水涂料技术领域。
背景技术：
一直以来，铁路、桥梁、集装箱、钢构机械等钢结构的表面涂装的是溶剂型涂料，近些年随着环保标准要求的提高和大众关注身体健康、生态环境意识的加强，国内的许多领域正在逐步使用水性涂料替代溶剂型涂料，但水性涂料在性能、涂装工艺等方面普遍存在许多问题：1.目前市场上销售的水性涂料只能达到普通防护作用，而在铁路货车上需要耐盐雾达到1000h以上，以延长基材的使用寿命，对基材起到保护和钝化作用，防止基材发生氧化反应。因为铁路货车常年行驶在全国东西南北铁路线上，环境恶劣，地域差别大。一旦生锈腐蚀，对基材损害很大，不仅造成不安全因素，而且缩短车辆使用寿命，经济效益大打折扣。2.传统水性涂料存在耐老化、初期耐水性等性能方面指标的不足制约了涂膜的综合性能。3.由于漆膜的脱落、粉化等漆膜质量弊病，对基材损害很大，直接影响铁路车辆、桥梁、集装箱、钢构机械的使用寿命。另外，标准q/crrcj44-2019《水性涂料技术条件》的颁布，对铁路货车等技术指标提出更高的要求。因此，急需开发一种满足市场需求和性能要求的水性涂料。
技术实现要素：
针对现有产品和技术的弊端，本发明旨在提供一种用于钢结构的水性纳米二氧化硅耐盐雾防水涂料，用于解决使用性能和涂装防护的问题，满足市场需求和性能要求。本发明提供的水性涂料以水为溶剂，以水性丙烯酸硅丙乳液和水性环氧乳液复配乳液为成膜物质，水性纳米二氧化硅和复合防锈填料颜料具有协同效应，具有优良的耐候性和耐盐雾性，耐水性好，低voc，环境友好，不燃不爆，安全可靠，施工方便的特点。可以完全替代传统溶剂型涂料，用于铁路、桥梁、集装箱、钢构机械等钢结构表面涂装。
本发明中，水性丙烯酸硅丙乳液和水性环氧乳液均为单组分乳液，两种乳液复配，自交联反应后形成很高交联密度的漆膜，对底材有极佳的附着力，阻止水分和氧气侵入，锈蚀钢结构基材；复合防锈填料颜料可以钝化金属表面，纳米二氧化硅具有细小的粒径，与乳液复配混合分散均匀，形成致密漆膜，上述组分协同作用提供优良的耐候性、耐盐雾性和耐水性。
本发明采用下面的技术方案实现：
一种用于钢结构的水性纳米二氧化硅耐盐雾防水涂料，包含如下重量份组分：水性丙烯酸硅丙乳液25-30份、水性环氧乳液30-35份、分散剂0.1-0.3份、润湿剂2.0-3.0份、消泡剂0.1-0.3份、纳米二氧化硅8-10份、复合防锈料6-12份、颜填料1.5-2.5份、成膜助剂3-4份、流变助剂0.2-0.4份、ph调节剂0.1-0.3份、增稠流平剂1-3份、去离子水补齐100份。
作为优选方案，所述水性丙烯酸硅丙乳液选自南通生达化工有限公的sd-528硅丙乳液，所述水性环氧乳液选自江苏安邦新材料发展有限公司的ab-ep-20(w60)水性环氧树脂乳液。
作为优选方案，所述分散剂为丙烯酸酯共聚体的铵盐或者钠盐溶液中的任意一种或两种的混合。
进一步地，分散剂选用赢创迪高助剂的zetasperse3100、tegodispers755w、巴斯夫的px4585中的任意一种或几种的混合。
作为优选方案，所述的润湿剂为非离子表面活性剂；所述的消泡剂为聚醚硅氧烷共聚物。
进一步地，润湿剂选用陶氏公司生产的tritonx-405；消泡剂选用迪高公司的foamex8030、陶氏化学的dowsil108f任意一种。
作为优选方案，所述的纳米二氧化硅选自上海超威纳米科技有限公司的型号cw-sio2-001纳米二氧化硅粉。
作为优选方案，所述的复合防锈料为磷酸锌、三聚磷酸铝中的任意一种或几种的混合。
进一步地，磷酸锌选自石家庄市鑫盛化工有限公司的水性漆用磷酸锌（高纯度）、济南凌威化工有限公司的磷酸锌中的任意一种；三聚磷酸铝选自石家庄市鑫盛化工有限公司的改性三聚磷酸铝、杭州思坦颜料化工有限公司的pz-017中的任意一种。
作为优选方案，所述的颜填料为炭黑、钛白粉、硫酸钡、滑石粉的任意一种或几种的混合。
作为优选方案，所述的成膜助剂醇酯类、醇醚类中任意一种或几种的混合。
进一步地，醇酯类成膜助剂选自陶氏化学的醇酯十二、醇醚类成膜助剂选自陶氏化学的二丙二醇丁醚。
作为优选方案，所述流变助剂为非离子疏水改性聚氨酯类；进一步地，非离子疏水改性聚氨酯类流变助剂选用陶氏化学的rm-8w、罗门哈斯亚乐顺™sct-275中的任意一种。
所述ph调节剂为醇胺类，所述的醇胺类为2-氨基-2-甲基-1-丙醇或以二甲氨基乙醇为主要成份的任意一种；进一步，以2-氨基-2-甲基-1-丙醇为主要成份醇胺类ph调节剂选用陶氏化学的amp-95，以二甲氨基乙醇为主要成份的醇胺类ph调节剂选用海明斯德谦的dmae中的任意一种。
醇胺类ph调节剂选用陶氏化学的amp-95、海明斯德谦的dmae中的任意一种。
作为优选方案，所述增稠流平剂为缔合型聚氨酯增稠剂。
进一步地，缔合型聚氨酯增稠剂选自圣诺普科（上海）有限公司的sn-612、罗门哈斯亚乐顺acrysol®rm-2020中的任意一种。
本发明提供了上述用于钢结构的水性纳米二氧化硅耐盐雾防水涂料的制备方法，包括以下步骤：按配方量称取各组分，先将去离子水与分散剂、1/2的消泡剂、2/3的润湿剂、在300-400r/min转速搅拌下加入，加完后搅拌10-15min混合均匀，提高转速至600-800r/min搅拌15-20min，然后加入纳米二氧化硅、复合防锈料、各种颜填料，800-1000r/min高速分散搅拌20-30min，得到预分散浆料；上砂磨机研磨预分散浆料至细度小于15μm，得到磨细浆料；将磨细浆料在600-800r/min搅拌下加入水性丙烯酸硅丙乳液、水性环氧乳液、ph调节剂、1/2的消泡剂、1/3的润湿剂、流变助剂，ph调节剂的加入量为将浆料调节至ph值为9.0-9.5，加完后搅拌10-15min，然后用增稠流平剂调整流出时间至30-40s，加完后搅拌5-10min，得到成品水性纳米二氧化硅耐盐雾防水涂料。
本发明的有益效果：
1、经过水性环氧乳液和水性丙烯酸硅丙乳液的复配，自交联反应后形成很高交联密度的漆膜，对底材有极佳的附着力，阻止水分和氧气侵入，锈蚀钢结构基材；漆膜耐盐雾可达到1000h，耐候性可达300h。
2、纳米二氧化硅的加入，具有细小的粒径，与乳液复配混合分散均匀，提高了漆膜的致密性，同时防止了原漆流挂和沉淀的产生。复合防锈填料颜料可以钝化金属表面，引起阳极极化，而锌离子和铝离子通过阴极反应生成难溶物引起阴极极化，大大提高了涂膜的防锈能力。
3、不含重金属复合防锈料在配方中的引入，基本不含挥发性有机溶剂，极大地降低了产品的voc含量，属于绿色环保型产品。
具体实施方式
一种用于钢结构的水性纳米二氧化硅耐盐雾防水涂料，包含如下重量份组分：水性丙烯酸硅丙乳液25-35份、水性环氧乳液30-35份、分散剂0.1-0.3份、润湿剂2.0-3.0份、消泡剂0.1-0.3份、纳米二氧化硅8-10份、复合防锈料6-12份、颜填料1.5-2.5份、成膜助剂3-4份、流变助剂0.2-0.4份、ph调节剂0.1-0.3份、增稠流平剂1-3份、去离子水补齐100份。
进一步地，一些优选实施例中，水性丙烯酸硅丙乳液选自南通生达化工有限公的sd-528硅丙乳液，水性环氧乳液选自江苏安邦新材料发展有限公司的ab-ep-20(w60)水性环氧树脂乳液。
一些实施例中，所述分散剂为丙烯酸酯共聚体的铵盐或者钠盐溶液中的任意一种或两种的混合。
进一步地，分散剂选用赢创迪高助剂的zetasperse3100、tegodispers755w、巴斯夫的px4585中的任意一种或几种的混合。
进一步地，所述的润湿剂为非离子表面活性剂；所述的消泡剂为聚醚硅氧烷共聚物。
进一步地，润湿剂选用陶氏公司生产的tritonx-405；消泡剂选用迪高公司的foamex8030、陶氏化学的dowsil108f任意一种。
进一步地，纳米二氧化硅选自上海超威纳米科技有限公司的型号cw-sio2-001纳米二氧化硅粉。
进一步地，所述的复合防锈料为磷酸锌、三聚磷酸铝中的任意一种或几种的混合。
进一步地，磷酸锌选自石家庄市鑫盛化工有限公司的水性漆用磷酸锌（高纯度）、济南凌威化工有限公司的磷酸锌中的任意一种；三聚磷酸铝选自石家庄市鑫盛化工有限公司的改性三聚磷酸铝、杭州思坦颜料化工有限公司的pz-017中的任意一种。
进一步地，所述的颜填料为炭黑、钛白粉、硫酸钡、滑石粉的任意一种或几种的混合。
进一步地，所述的成膜助剂醇酯类、醇醚类中任意一种或几种的混合。
进一步地，醇酯类成膜助剂选自陶氏化学的醇酯十二、醇醚类成膜助剂选自陶氏化学的二丙二醇丁醚。
进一步地，所述流变助剂为非离子疏水改性聚氨酯类；所述ph调节剂为醇胺类。
进一步地，非离子疏水改性聚氨酯类流变助剂选用陶氏化学的rm-8w、罗门哈斯亚乐顺™sct-275中的任意一种；醇胺类ph调节剂选用陶氏化学的amp-95、海明斯德谦的dmae中的任意一种。
进一步地，所述增稠流平剂为缔合型聚氨酯增稠剂。
进一步地，缔合型聚氨酯增稠剂选自圣诺普科（上海）有限公司的sn-612、罗门哈斯亚乐顺acrysol®rm-2020中的任意一种。
实施例：
实施例1-5按照下表1中的用量称取原材料，按照所述的制备工艺加工一种用于钢结构的水性纳米二氧化硅耐盐雾防水涂料产品，具体见表1。
表1：实施例1-5原料配比表
将上述配方按照以下制备方法进行制备：
用于钢结构的水性纳米二氧化硅耐盐雾防水涂料的制备方法，包括以下步骤：按配方量称取各组分，先将去离子水与分散剂、1/2的消泡剂、2/3的润湿剂、在300-400r/min转速搅拌下加入，加完后搅拌10-15min混合均匀，提高转速至600-800r/min搅拌15-20min，然后加入纳米二氧化硅、复合防锈料、各种颜填料，800-1000r/min高速分散搅拌20-30min，得到预分散浆料；上砂磨机研磨预分散浆料至细度小于15μm，得到磨细浆料；将磨细浆料在600-800r/min搅拌下加入水性丙烯酸硅丙乳液、水性环氧乳液、ph调节剂（ph值调节至9.0-9.5）、1/2的消泡剂，1/3的润湿剂、流变助剂，加完后搅拌10-15min，然后用增稠流平剂调整流出时间至30-40s（iso6号流出杯25℃）加完后搅拌5-10min，得到成品。
将上述实施例1~5所得产品进行效果评价和性能测试：
将实施例1-5生产的一种用于钢结构的水性纳米二氧化硅耐盐雾防水涂料包装后，在室温下静置贮存30天。分别取样，喷涂制备试验样板，涂膜干膜厚度100±10μm。按照下表2的项目和试验标准进行测试，结果见表3。
表2产品的测试项目和试验标准
表3实施例1-5产品性能测试结果
从表1和表3的各个实施例配比和测试数据看出，各个实施例产品的耐盐雾性均超过1000h，漆膜的外观正常和附着力无明显降低；耐老化性，300h综合评定均≤2级；初期耐水性，老化评级为漆膜变色2级、气泡1级、生锈0级、脱落0级。可挥发性有机物（vocs）含量均低于50g/l，远远低于国标，符合环保要求。
各个实施例产品制作的漆膜具有优良的耐盐雾性、耐老化性、初期耐水性，综合性能超过普通用于钢结构的水性涂料。技术指标满足标准q/crrcj44-2019《水性涂料技术条件》对铁路货车的要求。
以上所述实施方式仅为本发明专利的较佳实施方式，并不以此限制本发明原料用量范围内的其他实施方式。凡在本发明的精神和原则范围内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种用于钢结构的水性纳米二氧化硅耐盐雾防水涂料，其特征在于，包含如下重量份组分：水性丙烯酸硅丙乳液25-35份、水性环氧乳液30-35份、分散剂0.1-0.3份、润湿剂2.0-3.0份、消泡剂0.1-0.3份、纳米二氧化硅8-10份、复合防锈料6-12份、颜填料1.5-2.5份、成膜助剂3-4份、流变助剂0.2-0.4份、ph调节剂0.1-0.3份、增稠流平剂1-3份、去离子水补齐100份；
上述涂料以水为溶剂，以水性丙烯酸硅丙乳液和水性环氧乳液复配乳液为成膜物质，纳米二氧化硅和复合防锈料、颜填料具有协同效应。
2.根据权利要求1所述的一种用于钢结构的水性纳米二氧化硅耐盐雾防水涂料，其特征在于，所述水性丙烯酸硅丙乳液选自南通生达化工有限公的sd-528硅丙乳液，所述水性环氧乳液选自江苏安邦新材料发展有限公司的ab-ep-20水性环氧树脂乳液。
3.根据权利要求1所述的一种用于钢结构的水性纳米二氧化硅耐盐雾防水涂料，其特征在于，所述分散剂为丙烯酸酯共聚体的铵盐或者钠盐溶液中的任意一种或两种的混合。
4.根据权利要求1所述的一种用于钢结构的水性纳米二氧化硅耐盐雾防水涂料，其特征在于，所述的润湿剂为非离子表面活性剂；所述的消泡剂为聚醚硅氧烷共聚物。
5.根据权利要求1所述的一种用于钢结构的水性纳米二氧化硅耐盐雾防水涂料，其特征在于，所述的复合防锈料为磷酸锌、三聚磷酸铝中的任意一种或两种的混合。
6.根据权利要求1所述的一种用于钢结构的水性纳米二氧化硅耐盐雾防水涂料，其特征在于，所述的颜填料为炭黑、钛白粉、硫酸钡、滑石粉的任意一种或几种的混合。
7.根据权利要求1所述的一种用于钢结构的水性纳米二氧化硅耐盐雾防水涂料，其特征在于，所述的成膜助剂醇酯类、醇醚类中任意一种或几种的混合。
8.根据权利要求1所述的一种用于钢结构的水性纳米二氧化硅耐盐雾防水涂料，其特征在于，所述流变助剂为非离子疏水改性聚氨酯类；所述ph调节剂为醇胺类，所述的醇胺类为2-氨基-2-甲基-1-丙醇或以二甲氨基乙醇为主要成份的任意一种。
9.根据权利要求1所述的一种用于钢结构的水性纳米二氧化硅耐盐雾防水涂料，其特征在于，所述增稠流平剂为缔合型聚氨酯增稠剂。
10.一种权利要求1~9任一项所述的一种用于钢结构的水性纳米二氧化硅耐盐雾防水涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
按配方量称取各组分，先将去离子水与分散剂、1/2的消泡剂、2/3的润湿剂、在300-400r/min转速搅拌下加入，加完后搅拌10-15min混合均匀，提高转速至600-800r/min搅拌15-20min，然后加入纳米二氧化硅、复合防锈料、各种颜填料，800-1000r/min高速分散搅拌20-30min，得到预分散浆料；上砂磨机研磨预分散浆料至细度小于15μm，得到磨细浆料；将磨细浆料在600-800r/min搅拌下加入水性丙烯酸硅丙乳液、水性环氧乳液、ph调节剂、1/2的消泡剂、1/3的润湿剂、流变助剂，ph调节剂的加入量为将浆料调节至ph值为9.0-9.5，加完后搅拌10-15min，然后用增稠流平剂调整流出时间至30-40s，加完后搅拌5-10min，得到成品水性纳米二氧化硅耐盐雾防水涂料。
技术总结