本发明涉及一种用于钢结构防腐的水性防腐涂料及制备方法，尤其涉及一种含有改性氮化硅纳米粉体的、用于金属表面防腐的水性有机-无机复合防腐涂料及制备方法。
背景技术：
很难想象如果现代社会没有金属和涂料，我们的日常生活会是何种模样。目前金属腐蚀造成的损失占行业总产值的6-8％。而通过应用得当的防腐技术，30-40％的腐蚀损失是可以避免发生和挽回的。在防腐措施中，涂覆防腐涂料又是最广泛的措施。
氮化硅作为一种新型陶瓷纳米材料，其具有优异的化学稳定性和电绝缘性、密度大、膨胀系数小、硬度大、化学性能稳定以及比表面积大等优点。氮化硅在材料中表现出和电绝缘性好等特点。单纯的氮化硅纳米粉体在涂料体系中的分散性差、易团聚，无法发挥出氮化硅的优良性能。同时，传统的有机涂膜，其机械性能、稳定性能也都存在提高空间。涂料的防护机理主要是通过物理屏蔽、缓蚀作用和电化学保护作用实现防腐蚀作用。将改性氮化硅粉体应用在涂料中，通过改性引入新的目的基团，参与成膜反应，与涂膜成为一个整体，提高涂膜的耐水性和耐候性；提高漆膜的物理机械强度，使漆膜的耐磨性、硬度和耐久性得到提高；其化学稳定性和电绝缘性，则赋予了涂膜热稳定性，提高了防腐蚀性能。
技术实现要素：
本发明首要目的在于提供一种含有氮化硅的有机-无机复合防腐涂料。
本发明再一目的在于提供一种含有氮化硅的有机-无机复合防腐涂料的制备方法。
本发明所提供的技术方案具体如下：
一种改性氮化硅纳米粉体浆料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氮化硅粉体分散在甲苯中，得到分散液i；将硅烷偶联剂分散在甲苯中，配制成质量浓度为10-30％的溶液ii；
(2)在50-70℃恒温水浴和800-1200r/min机械搅拌条件下，缓慢向分散液i中滴加溶液ii，滴加完毕后，保温反应4-8小时；其中，滴加入分散液i的硅烷偶联剂为氮化硅质量的0.5-3％；
(3)反应结束后，抽滤，洗涤，60-90℃真空干燥2-4h，得到改性氮化硅粉体；将改性氮化硅粉体配制成质量分数为30-70％的水分散液，磨研磨至细度要求，即得到改性氮化硅纳米粉体浆料。
所述的硅烷偶联剂为氨丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
所述的分散液i通过以下方式得到：向甲苯中加入氮化硅粉体，先利用高速分散机分散15-30min，再超声分散20-40min，即成。
步骤(2)的滴加速度控制在1-5ml/min。
一种含有氮化硅的有机-无机复合防腐涂料，由以下质量百分比的原料制备而成：改性氮化硅纳米粉体浆料1-10％，填料5-20％，分散剂0.05-1.5％，润湿流平剂0.05-1.5％，消泡剂0.05-1.5％，杀菌剂0.05-1％，水1-10％，乳液35-65％，固化剂10-20％；
所述的改性氮化硅纳米粉体浆料由上述制备方法制备而成。
所述的填料通过以下方式制备得到：将云母氧化铁、云母粉、玻璃鳞片、滑石粉、重质碳酸钙中的一种或几种配制成质量分数为60-80％的水分散浆料，锥形磨研磨至细度要求，即成。
所述的乳液为环氧乳液、环氧-硅丙乳液、有机硅改性环氧乳液中的一种或几种。
上述含有氮化硅的有机-无机复合防腐涂料在防腐领域的应用。
本发明的原理如下：
本发明通过将化学改性后的氮化硅纳米粉体加入涂料中，与涂膜成为一个整体，提高涂膜的耐水性和耐候性、耐磨性和硬度、热稳定性和防腐蚀性能。这是因为环氧树脂本身是交联度很高的热固性树脂，其裂缝扩展属于典型的脆性扩展，其耐冲击能力较差，柔韧性一般，比较脆，耐热性也较差，固化过程易产生裂纹，改性氮化硅纳米粉体浆料参与成膜后，则可以有效地均匀分散在最终涂膜中，将其极好的机械物理性能、热稳定性和电绝缘性等性能发挥。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明对氮化硅进行改性时，选用甲苯作溶剂，相较于现有技术，甲苯具有较高的沸点，在反应结束后可以循环利用。
(2)本发明的制备方法工艺简单、成本低廉。
(3)本发明制得的防腐涂料只需在粗糙度在喷砂sa2.5级以上的涂装基材表面刷涂、喷涂即可，操作简便；防腐涂料室温即可固化，表干时间为60min，实干时间为8h左右。
(4)本发明制得的防腐涂料防腐性能优异、防腐时效长、机械强度高、热稳定性和化学稳定性好。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
实施例1
本实施例中的含有氮化硅的有机-无机复合防腐涂料由以下质量百分数的组分组成：
水性有机硅改性环氧乳液55％
改性氮化硅纳米粉体浆料10％
云母粉5％
玻璃鳞片5％
钛白粉8％
固化树脂10％
分散剂0.5％
消泡剂0.5％
润湿流平剂1.0％
杀菌剂0.5％
水4.5％
上述含有氮化硅的有机-无机复合防腐涂料的制备过程包括以下步骤：
(1)称取甲苯，加入氮化硅粉体，高速分散机分散15min，超声分散40min，得到分散液i；
(2)称取甲苯，加入硅烷偶联剂，配制成10％质量浓度的溶液ii；
(3)将分散液i加入反应器中，在50℃恒温水浴和1200r/min机械搅拌条件下，缓慢滴加溶液ii，滴加速度控制在1-5ml/min，滴加完毕后，保温反应8小时，滴加的硅烷偶联剂为氮化硅质量份的0.5％；
(4)反应结束后，抽滤、洗涤去除未反应的偶联剂和副产物，在90℃真空干燥2h，得到改性氮化硅纳米粉体；将改性氮化硅粉体配置成质量份为70％的水分散液，锥形磨研磨至细度要求，即得到改性氮化硅纳米粉体浆料；
(5)将钛白粉、云母粉、玻璃鳞配制成质量分数为60％的水分散浆料，锥形磨研磨至细度要求，得到填料浆料；
(6)将改性氮化硅纳米粉体浆料、填料浆料、润湿流平剂、分散剂、消泡剂、杀菌剂、水加入乳液中，搅拌30min，加入固化树脂，搅拌均匀后，即制得含有氮化硅的有机-无机复合防腐涂料。
对制得的含有氮化硅的有机-无机复合防腐涂料进行基础性能测试，结果表1所示：
表1
实施例2
本实施例中的含有氮化硅的有机-无机复合防腐涂料由以下质量百分数的组分组成：
水性环氧乳液50％
改性氮化硅纳米粉体浆料15％
滑石粉5％
云母氧化铁5％
钛白粉5％
重质碳酸钙5％
固化树脂10％
分散剂0.5％
消泡剂0.5％
润湿流平剂1.0％
杀菌剂0.5％
水2.5％
上述含有氮化硅的有机-无机复合防腐涂料的制备过程包括以下步骤：
(1)称取甲苯，加入氮化硅粉体，高速分散机分散30min，超声分散20min，得到分散液i；
(2)称取甲苯，加入硅烷偶联剂，配制成30％质量浓度的溶液ii；
(3)将分散液i加入反应器中，在70℃恒温水浴和800r/min机械搅拌条件下，缓慢滴加溶液ii，滴加速度控制在5ml/min，滴加完毕后，保温反应4小时，滴加的硅烷偶联剂为氮化硅质量份的3％；
(4)反应结束后，抽滤、洗涤去除未反应的偶联剂和副产物，在60℃真空干燥4h，得到改性氮化硅纳米粉体；将改性氮化硅粉体配置成质量份为30％的水分散液，锥形磨研磨至细度要求，即得到改性氮化硅纳米粉体浆料；
(5)将钛白粉、云母粉、玻璃鳞配制成质量分数为60％的水分散浆料，锥形磨研磨至细度要求，得到填料浆料；
(6)将改性氮化硅纳米粉体浆料、填料浆料、润湿流平剂、分散剂、消泡剂、杀菌剂、水加入乳液中，搅拌30min，加入固化树脂，搅拌均匀后，即制得含有氮化硅的有机-无机复合防腐涂料。
对制得的含有氮化硅的有机-无机复合防腐涂料进行基础性能测试，结果表2所示：
表2
实施例3
本实施例中的含有氮化硅的有机-无机复合防腐涂料由以下质量百分数的组分组成：
水性环氧乳液30％
水性环氧-硅丙乳液30％
改性氮化硅纳米粉体浆料15％
钛白粉5％
重质碳酸钙5％
固化树脂10％
分散剂0.5％
消泡剂0.5％
润湿流平剂1.0％
杀菌剂0.5％
水2.5％
上述含有氮化硅的有机-无机复合防腐涂料的制备过程包括以下步骤：
(1)称取甲苯，加入氮化硅粉体，高速分散机分散20min，超声分散30min，得到分散液i；
(2)称取甲苯，加入硅烷偶联剂，配制成20％质量浓度的溶液ii；
(3)将分散液i加入反应器中，在60℃恒温水浴和1000r/min机械搅拌条件下，缓慢滴加溶液ii，滴加速度控制在3ml/min，滴加完毕后，保温反应6小时，滴加的硅烷偶联剂为氮化硅质量份的1.5％；
(4)反应结束后，抽滤、洗涤去除未反应的偶联剂和副产物，在75℃真空干燥3h，得到改性氮化硅纳米粉体；将改性氮化硅粉体配置成质量份为50％的水分散液，锥形磨研磨至细度要求，即得到改性氮化硅纳米粉体浆料；
(5)将钛白粉、云母粉、玻璃鳞配制成质量分数为60％的水分散浆料，锥形磨研磨至细度要求，得到填料浆料；
(6)将改性氮化硅纳米粉体浆料、填料浆料、润湿流平剂、分散剂、消泡剂、杀菌剂、水加入乳液中，搅拌30min，加入固化树脂，搅拌均匀后，即制得含有氮化硅的有机-无机复合防腐涂料。
对制得的含有氮化硅的有机-无机复合防腐涂料进行基础性能测试，结果如表3所示：
表3
实施例4
本实施例中的含有氮化硅的有机-无机复合防腐涂料由以下质量百分数的组分组成：
水性环氧乳液55％
改性氮化硅纳米粉体浆料(未改性氮化硅纳米粉体浆料)10％
云母粉5％
玻璃鳞片5％
钛白粉8％
固化树脂10％
分散剂0.5％
消泡剂0.5％
润湿流平剂1.0％
杀菌剂0.5％
水4.5％
上述含有氮化硅的有机-无机复合防腐涂料的制备过程包括以下步骤：
(1)称取甲苯，加入氮化硅粉体，高速分散机分散25min，超声分散25min，得到分散液i；
(2)称取甲苯，加入硅烷偶联剂，配制成25％质量浓度的溶液ii；
(3)将分散液i加入反应器中，在70℃恒温水浴和1100r/min机械搅拌条件下，缓慢滴加溶液ii，滴加速度控制在4ml/min，滴加完毕后，保温反应7小时，滴加的硅烷偶联剂为氮化硅质量份的2％；
(4)反应结束后，抽滤、洗涤去除未反应的偶联剂和副产物，在70℃真空干燥2.5h，得到改性氮化硅纳米粉体；将改性氮化硅粉体配置成质量份为55％的水分散液，锥形磨研磨至细度要求，即得到改性氮化硅纳米粉体浆料；
(5)将钛白粉、云母粉、玻璃鳞配制成质量分数为60％的水分散浆料，锥形磨研磨至细度要求，得到填料浆料；
(6)将改性氮化硅纳米粉体浆料、填料浆料、润湿流平剂、分散剂、消泡剂、杀菌剂、水加入乳液中，搅拌30min，加入固化树脂，搅拌均匀后，即制得含有氮化硅的有机-无机复合防腐涂料。
对制得的含有氮化硅的有机-无机复合防腐涂料进行基础性能测试，结果如表4所示：
表4
从以上实施例可以看出，本发明制备的含有氮化硅的机复合防腐涂料物理机械性能优异，防腐蚀性能优良，防腐时效长且工艺简单，可以有效保护金属基体，防止腐蚀。
以上所述的实施例仅限于本发明的技术方案要求，但并非限制于本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或等效替换均应包含在本发明的保护范围之内。