基于給排水工程的水玻璃涂層制備研究

趙 毅

（東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163000）

鈉水玻璃富鋅涂料是一種新型、經(jīng)濟(jì)、高效的鋼鐵防腐蝕涂料,它利用配方體系中的基液(硅酸鈉溶液)與金屬基體之間產(chǎn)生的物理化學(xué)作用力而粘附在金屬基體上[1]。鈉水玻璃富鋅涂料具有防腐蝕性能優(yōu)異,耐久性好,成本低,無揮發(fā)性有機(jī)化合物排放(VOC)等諸多特點[2,3],已成為現(xiàn)代涂料的重要發(fā)展方向。 雖然鈉水玻璃富鋅涂料具有許多優(yōu)異性能,但由于其成膜后耐水性能差,影響了涂膜的防腐蝕質(zhì)量,使得其實際工程應(yīng)用比較有限。針對這一問題,通過分析水玻璃耐水性差的原因，探索提高水玻璃耐水性的途經(jīng)，并將水玻璃應(yīng)用于金屬的防腐領(lǐng)域。

1 水玻璃特點分析

水玻璃為硅酸鈉溶液狀態(tài)，硅酸鈉的水溶液俗稱水玻璃，硅酸鈉在以水為分散劑的體系中為無色、略帶色的透明或半透明粘稠狀液體。固體硅酸鈉為無色、略帶色的透明或半透明玻璃塊狀體。形態(tài)分為液體、固體、水淬三種。理論上稱這類物質(zhì)為“膠體”。水玻璃的用途非常廣泛，幾乎遍及國民經(jīng)濟(jì)的各個部門。其主要特點有[4,5]：粘結(jié)力和強(qiáng)度較高——水玻璃硬化后的主要成分為硅凝膠和固體，比表面積大，因而具有較高的粘結(jié)力；耐酸性好——可以抵抗除氫氟酸（HF）、熱磷酸和高級脂肪酸以外的幾乎所有無機(jī)和有機(jī)酸；耐熱性好——化后形成的二氧化硅網(wǎng)狀骨架，在高溫下強(qiáng)度下降很小，當(dāng)采用耐熱耐火骨料配制水玻璃砂漿和混凝土?xí)r，耐熱度可達(dá)1 000 ℃；耐堿性和耐水性差—— 因和混合后易均溶于堿，故水玻璃不能在堿性環(huán)境中使用。同樣由于 、NaF、Na2CO3均溶于水而不耐水，但可采用中等濃度的酸對已硬化水玻璃進(jìn)行酸洗處理，提高耐水性。

2 實驗部分

基于上述特點及問題，課題組對水玻璃的耐水性進(jìn)行了改進(jìn)實驗。

2.1 原料

實驗所用主要原料：乳化劑、、鈦白粉 、立德粉 、滑石粉 、輕質(zhì)碳酸鈣、鉻黃、去離子水、水玻璃（工業(yè)級）、乙二酸（AR）、無水乙醇（AR）、丙酮（AR），基體（自制）。

2.2 設(shè)備

實驗所用的儀器：電爐、電動攪拌器（配磁子）、溫度計、燒杯 、量筒、電子天平、玻璃棒 、水浴鍋、藥匙、滴管、多功能X射線衍射儀，同步熱分析儀，掃描電鏡。

2.3 水玻璃涂層的制備

原始水玻璃中加入 8%(wt)乙二酸，使用 85-2磁力攪拌器對混合溶液進(jìn)行攪拌，直至顏色均勻，制得改性水玻璃；將3% Y-400玻璃纖維加入步驟1制得的改性水玻璃中，混合均勻；將 25% XK-1加入步驟2制得的混合漿料中，攪拌10 min，制得水玻璃涂層漿料；將步驟3制得的水玻璃涂層漿料涂敷于經(jīng)預(yù)處理的Q235基體表面；將步驟4制得的涂有漿料的Q235基體室溫下靜置1 h，然后在60℃下對其加熱固化5 h，制得水玻璃耐蝕涂層。

3 實驗結(jié)果分析

3.1 XK-1對水玻璃的影響分析

3.1.1 耐水性改進(jìn)分析

XK-1的加入，能夠提高水玻璃涂層的耐水性，本文將涂層浸泡于自來水中，以涂層出現(xiàn)脫落、溶解、及使用鋼片（0.1 mm厚）對涂層進(jìn)行劃刻出現(xiàn)劃痕判時定涂層失效。表1為XK-1不同加入量對應(yīng)的水玻璃耐水時間，圖1為XK-1對涂層耐水性的影響圖。

表1 XK-1不同加入量對應(yīng)的水玻璃耐水時間Table 1 Relationship between XK-1 added amount and water resistance time of the water glass

圖1 XK-1加入量對涂層耐水性的影響Fig.1 Impact of XK-1 addition on the water resistance of the coating

綜合考慮XK-1加入量對水玻璃漿料粘度和對涂層耐水性的影響，本文將XK-1的加入量確定為25%(wt)。

3.1.2 硬度分析

通過測試 5基體本身的維氏硬度在130HV左右，而當(dāng)XK-1的加入量大于等于20%(wt)時，涂層的維氏硬度在120HV左右，已經(jīng)較為接近Q235基體的硬度，結(jié)果見圖2所述。因此，該涂層在實際工況中具有一定的應(yīng)用潛力。

圖2 XK-1加入量對水玻璃涂層硬度的影響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射線衍射儀對XK-1不同加入量的試樣進(jìn)行XRD測試。圖3為XK-1不同加入量對應(yīng)的XRD圖。

圖3 不同XK-1加入量對應(yīng)的XRDFig.3 XRD of the water glass with different XK-1 amount

由實驗結(jié)果可知，XK-1與水玻璃的產(chǎn)物為氫氧化物[XK-1]n[OH]m。隨著XK-1的加入量的提高，產(chǎn)物[XK-1]n[OH]m的衍射峰的強(qiáng)度不斷增大，其含量不斷提高，即水玻璃與XK-1的反應(yīng)程度越高，從而使形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更加完善。

4 結(jié) 語

本文通過自制防水固化劑XK-1提高涂層耐水性，研究了XK-1對水玻璃的性能影響得到以下結(jié)論：水玻璃涂層的耐水性、硬度、水玻璃漿料的粘度均隨著 XK-1的加入量的增大而增大。當(dāng) XK-1的加入量超過25%時，水玻璃漿料的流動性很差，涂刷性不好，綜合考慮涂層性能及制備性能，將XK-1的加入量確定為25%。研究結(jié)果對我國給排水工程的發(fā)展具有參考意義。

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［2］王英,楊聲.水玻璃的有機(jī)化改性及超疏水涂層的制備[J].涂料工業(yè),2013,43(4):58-60+65.

［3］易茂中,冉麗萍.不同封閉處理 ZrO2熱障涂層抗熱震性的研究[J].材料保護(hù),1999,32(3):17-18.

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