基于给排水工程的水玻璃涂层制备研究

赵 毅

（东北石油大学，黑龙江 大庆 163000）

钠水玻璃富锌涂料是一种新型、经济、高效的钢铁防腐蚀涂料,它利用配方体系中的基液(硅酸钠溶液)与金属基体之间产生的物理化学作用力而粘附在金属基体上[1]。钠水玻璃富锌涂料具有防腐蚀性能优异,耐久性好,成本低,无挥发性有机化合物排放(VOC)等诸多特点[2,3],已成为现代涂料的重要发展方向。 虽然钠水玻璃富锌涂料具有许多优异性能,但由于其成膜后耐水性能差,影响了涂膜的防腐蚀质量,使得其实际工程应用比较有限。针对这一问题,通过分析水玻璃耐水性差的原因，探索提高水玻璃耐水性的途经，并将水玻璃应用于金属的防腐领域。

1 水玻璃特点分析

水玻璃为硅酸钠溶液状态，硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，硅酸钠在以水为分散剂的体系中为无色、略带色的透明或半透明粘稠状液体。固体硅酸钠为无色、略带色的透明或半透明玻璃块状体。形态分为液体、固体、水淬三种。理论上称这类物质为“胶体”。水玻璃的用途非常广泛，几乎遍及国民经济的各个部门。其主要特点有[4,5]：粘结力和强度较高——水玻璃硬化后的主要成分为硅凝胶和固体，比表面积大，因而具有较高的粘结力；耐酸性好——可以抵抗除氢氟酸（HF）、热磷酸和高级脂肪酸以外的几乎所有无机和有机酸；耐热性好——化后形成的二氧化硅网状骨架，在高温下强度下降很小，当采用耐热耐火骨料配制水玻璃砂浆和混凝土时，耐热度可达1 000 ℃；耐碱性和耐水性差—— 因和混合后易均溶于碱，故水玻璃不能在碱性环境中使用。同样由于 、NaF、Na2CO3均溶于水而不耐水，但可采用中等浓度的酸对已硬化水玻璃进行酸洗处理，提高耐水性。

2 实验部分

基于上述特点及问题，课题组对水玻璃的耐水性进行了改进实验。

2.1 原料

实验所用主要原料：乳化剂、、钛白粉 、立德粉 、滑石粉 、轻质碳酸钙、铬黄、去离子水、水玻璃（工业级）、乙二酸（AR）、无水乙醇（AR）、丙酮（AR），基体（自制）。

2.2 设备

实验所用的仪器：电炉、电动搅拌器（配磁子）、温度计、烧杯 、量筒、电子天平、玻璃棒 、水浴锅、药匙、滴管、多功能X射线衍射仪，同步热分析仪，扫描电镜。

2.3 水玻璃涂层的制备

原始水玻璃中加入 8%(wt)乙二酸，使用 85-2磁力搅拌器对混合溶液进行搅拌，直至颜色均匀，制得改性水玻璃；将3% Y-400玻璃纤维加入步骤1制得的改性水玻璃中，混合均匀；将 25% XK-1加入步骤2制得的混合浆料中，搅拌10 min，制得水玻璃涂层浆料；将步骤3制得的水玻璃涂层浆料涂敷于经预处理的Q235基体表面；将步骤4制得的涂有浆料的Q235基体室温下静置1 h，然后在60℃下对其加热固化5 h，制得水玻璃耐蚀涂层。

3 实验结果分析

3.1 XK-1对水玻璃的影响分析

3.1.1 耐水性改进分析

XK-1的加入，能够提高水玻璃涂层的耐水性，本文将涂层浸泡于自来水中，以涂层出现脱落、溶解、及使用钢片（0.1 mm厚）对涂层进行划刻出现划痕判时定涂层失效。表1为XK-1不同加入量对应的水玻璃耐水时间，图1为XK-1对涂层耐水性的影响图。

表1 XK-1不同加入量对应的水玻璃耐水时间Table 1 Relationship between XK-1 added amount and water resistance time of the water glass

图1 XK-1加入量对涂层耐水性的影响Fig.1 Impact of XK-1 addition on the water resistance of the coating

综合考虑XK-1加入量对水玻璃浆料粘度和对涂层耐水性的影响，本文将XK-1的加入量确定为25%(wt)。

3.1.2 硬度分析

通过测试 5基体本身的维氏硬度在130HV左右，而当XK-1的加入量大于等于20%(wt)时，涂层的维氏硬度在120HV左右，已经较为接近Q235基体的硬度，结果见图2所述。因此，该涂层在实际工况中具有一定的应用潜力。

图2 XK-1加入量对水玻璃涂层硬度的影响Fig.2 Effect of XK-1 added amount on sodium silicate coating hardness

3.2 表征分析

使用多功能X射线衍射仪对XK-1不同加入量的试样进行XRD测试。图3为XK-1不同加入量对应的XRD图。

图3 不同XK-1加入量对应的XRDFig.3 XRD of the water glass with different XK-1 amount

由实验结果可知，XK-1与水玻璃的产物为氢氧化物[XK-1]n[OH]m。随着XK-1的加入量的提高，产物[XK-1]n[OH]m的衍射峰的强度不断增大，其含量不断提高，即水玻璃与XK-1的反应程度越高，从而使形成的网状结构更加完善。

4 结 语

本文通过自制防水固化剂XK-1提高涂层耐水性，研究了XK-1对水玻璃的性能影响得到以下结论：水玻璃涂层的耐水性、硬度、水玻璃浆料的粘度均随着 XK-1的加入量的增大而增大。当 XK-1的加入量超过25%时，水玻璃浆料的流动性很差，涂刷性不好，综合考虑涂层性能及制备性能，将XK-1的加入量确定为25%。研究结果对我国给排水工程的发展具有参考意义。

［1］刘海锋,崔学民,张伟鹏等.低成本制备铁基金属表面防腐蚀无机涂层[J].稀有金属材料与工程,2008,37(z1):341-343.

［2］王英,杨声.水玻璃的有机化改性及超疏水涂层的制备[J].涂料工业,2013,43(4):58-60+65.

［3］易茂中,冉丽萍.不同封闭处理 ZrO2热障涂层抗热震性的研究[J].材料保护,1999,32(3):17-18.

［4］胡纯,周小凡,彭鹏杰等.PA-钠水玻璃复合表面施胶剂的应用[J].中国造纸学报,2013,28(3):21-24.

［5］许福海,林晨,吴凌霄,等.粘结剂对高频感应熔覆涂层的影响[J].表面技术,2011,40(6):35-37+451.