0 前言
醇溶性无机富锌涂料是以硅酸乙酯水解预聚体做为成膜物质，通过粘结锌粉和底材的作用形成锌-硅酸-锌、锌-硅酸-铁等复合物，紧密覆盖在钢铁表面，与锌粉的电化学作用共同对钢铁起到良好的保护。
醇溶性无机富锌涂料的特点：
(1)防腐蚀性能好，耐有机溶剂好；
(2)锌电位(-0.762 V)较钢铁低，起阴极保护作用，导电可消除静电；
(3)焊接性能好，损伤半径小；
(4)常温干燥快，附着力好；
(5)耐高温400～600 ℃。
因此被广泛应用于桥梁、储罐、远洋船舶、海洋工程、电力设施等各种钢结构防腐底漆，可与多种面漆配套使用，有广阔的应用前景。
1 醇溶性无机富锌涂料成膜机理
1.1 正硅酸乙酯水解缩合反应
式(1)为水解生成硅醇的反应，式(2)为缩合生成水的反应，式(3)为缩合生成醇的反应。在正硅酸乙酯的反应过程中，水解、缩合反应是同时进行的。我们将这两步反应的结果叫做硅酸乙酯水解预聚体。当水解预聚体涂覆于钢铁表面时，通过进一步吸收空气中水分而缩合交联。要得到稳定的水解预聚体，水解缩合反应是关键。
—Si—OR + H2O → —Si—OH + ROH (1)
—Si—OH+ HO—Si → Si—O—Si + H2O (2)
—Si—OR + HO—Si → Si—O—Si + ROH (3)
1.2 水解预聚体与锌粉和底材成膜机理
无机硅酸锌成膜机理以锌离子为中介的Si—O—Si键网络(如图1所示)。无机硅酸锌涂层与基体的结合有别于传统的有机涂层，它是以铁基体表面原子形成化学键，反应生成硅酸铁，同时，又与锌结合成硅酸锌，从而成为一种坚硬的无机涂膜与基材互为一体。
2 试验部分
2.1 原材料
硅酸乙酯ES40、异丙醇(分析纯)、异丁醇(分析纯)、正丁醇(分析纯)、去离子水、盐酸(分析纯)、吗啡啉(分析纯)、聚乙烯醇缩丁醛(怀化湘维)、锌粉(优美科富虹)。
2.2 硅酸乙酯水解工艺的研究
2.2.1 水解度的确定
根据聚硅酸乙酯的反应式可知，水为反应物，调节水的量即可调整硅酸乙酯水解物中羟基的含量。水解度大，羟基含量高，易凝胶。水解度小，羟基含量低，涂膜强度不够。现设定不同水解度测试结果，如表1。
通过与B组分混合进行性能检测，显示凝胶时间控制在170 s以下时其表干时间和实干时间比较理想。考虑到贮存稳定性问题，故将水解控制指标定位在120～170 s[4]。分析表1可知，24 h后凝胶时间在101 s，且具有凝胶倾向。故理想水解度应该在40%～60%。考虑到长期放置贮存稳定性，将水解度范围缩小到40%～60%做水解液。观察其稳定性，如图2。
由图2分析可知，当水解度为50%～55%时，产品可放置6个月仍然没有凝胶，当水解度为60%时，放置90 d后出现凝胶现象。然而当水解度小于50%时，产品虽然可以放置6个月，但是凝胶时间太长，水解度不够，影响干性。故理想的水解度应控制在50%～55%范围内。
2.2.2 催化剂的确认及用量
硅酸乙酯的水解催化剂分为酸性催化剂和碱性催化剂，目前这方面已有不少研究，本文在催化剂上面不做过多研究，选择用HCl作为催化剂。不同含量盐酸下，水解液的稳定曲线见图3。
根据图3分析，当不加盐酸时，水解度及其缓慢，当盐酸含量大于或等于1%时，水解速度相对比较快，更促进其分子间自聚，在放置60 d后产生凝胶现象。故盐酸用量控制在0.5%左右比较适宜。
2.2.3 反应温度的控制
硅酸乙酯水解是放热过程，温度的变化影响反应速率。当温度较低时，水解温度过低，水解速率很慢，不利于水解。当温度在70 ℃时，体系容易形成爆沸，不安全，同时在此温度下凝胶时间也偏短。通过试验确定，理想反应温度为40～50 ℃。
2.2.4 反应介质的选择
硅酸乙酯不溶于水，因此需在有机溶剂中进行，通常采用醇、酯、醇醚等溶剂。可以根据实际要求进行调整。
3 在B组分中不同锌粉含量对防腐性能的影响
3.1 锌粉浆的配制(见表2)
3.2 制漆
将A、B两组分按1∶2混合均匀即可施工，在喷砂处理的钢铁表面达Sa2.5级，表面粗糙度为40～70μm，涂层厚度为15～25 μm，作防锈底漆。常温自干7d后，投入盐雾箱进行盐雾测试。
3.3 不同锌粉含量耐盐雾情况(见表3)
4 结语
研究证明硅酸乙酯在水解过程中，水的添加量和酸的添加量对其稳定性有很大的影响。优的反应工艺条件为水解度在50%～55%，温度控制在40～50 ℃，酸的含量为0.5%时水解液贮存6个月无凝胶现象。作为醇溶性无机富锌底漆的B组分，当锌粉含量为50%时耐盐雾性能达到480 h，满足一般防腐要求。当锌粉含量达到80%时，涂膜耐盐雾2 200 h无明显变化，可以作为重防腐涂料使用。
