CN100590156C - 一种无铬达克罗涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无铬达克罗涂料,属金属防腐技术领域。一种无铬达克罗涂料,通过如下步骤制得:将组分B和组分C按重量比3~5∶1.5~2.4混合后再将混合物按重量比1∶16~32与组分A混合,搅拌均匀,控制pH为3.5~5.5;本发明无环境污染、无公害,其抗腐蚀性比电镀锌提高7-10倍,还具有高渗透性、高附着性、高减摩性、高耐气候性、高耐化学品稳定性及无环境污染等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种无铬达克罗涂料,属金属防腐技术领域。
背景技术
钢铁腐蚀每年都会直接导致大量的事故或形成事故隐患,造成巨大的经济损失,严重影响国家经济发展和安全。如何能提供持久的耐腐蚀性力也就成为研究的热点。传统的表面处理采用镀锌和热浸锌的方式,但这两种工艺都存在环境污染严重,不耐高温(在高于70℃时即出现裂痕,防腐性能大幅下降),抗腐蚀能力不足、不适合在恶劣环境下使用,前处理采用酸除锈使工件因产生氢脆而强度下降等缺陷。1980年后,一种以鳞片状锌粉、铝粉,铬酐和有机还原剂组成的金属防腐涂料,即达克罗涂料的出现让人们看到了新的希望。凭借其环保的闭路循环加工工艺,强耐腐蚀性能(是电镀锌的7~10倍),无氢脆,耐高温,具有高渗透性等优点,迅速得到广泛应用。但在涂层中残留的铬酐会在使用过程中缓慢释放到环境中。由于铬的高致癌性和强毒性,该涂层对人和环境都有一定的潜在危害,因此欧美各国纷纷出台法规,严格限制达克罗涂层中铬的含量。在此背景下,无铬达克罗技术应运而生。国外已有日本的Geomet和德国的Delta研制成功并获得产业化。这两种涂料消除了传统达克罗中的铬,但涂层的耐候性与耐腐蚀性能与传统达克罗相比都有所下降,且须与另一层有机封闭涂层搭配使用,大大增加了涂层成本。因此研制一种成本低廉、耐腐蚀性能高的无铬达克罗一直是国内外研究的热点。在我国新型达克罗涂层技术也已列入机械工业部“清洁生产技术”的重点项目。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低、耐腐蚀及耐候能力强,环保性能强的无铬达克罗涂料。
一种无铬达克罗涂料,其特征在于,由以下组分组成:
A组分由锌粉、铝粉、去离子水和分散剂按重量比0.3~2∶0~1.5∶6~8∶0.01~0.03混合;
B组分由磷酸盐、增稠剂、三聚磷酸钠按重量比9~10∶0.5~1.5∶0~1混合;
C组分由聚合引发剂、pH调节剂、成膜助剂按重量比6~8∶0.8~3∶0.3~3混合;
将组分B和组分C按重量比3~5∶1.5~2.4的混合物再按重量比1∶16~32与组分A混合,搅拌均匀,pH3.5~5.5。
优选的,所述A组分中的锌粉、铝粉呈鳞片状,厚度≤0.35μm,直径为4μm~15μm。
优选的,所述A组分中的分散剂为脂肪醇聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂;更优的,分散剂为十二醇聚氧乙烯醚或十六醇聚氧乙烯醚。
优选的,所述B组分中的磷酸盐由氢氧化铝与85wt%磷酸按重量体积比0.6~1.2∶1.1~3.0(Kg/L)配制而成。
优选的,所述B组分中的增稠剂是水溶性的纤维素醚;更优的,所述的增稠剂为甲基纤维素醚(MC)或羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)。
优选的,所述C组分中的聚合引发剂选自35wt%双氧水和/或高锰酸钾。
优选的,所述C组分中的pH调节剂是锌及碱土金属的氧化物或氢氧化物;更优的,所述的pH调节剂为氧化锌、氧化钙或氢氧化钙。
优选的,所述C组分中的成膜助剂为聚乙二醇。
上述试剂均为市场销售的产品。
原理和使用方法:
涂料在固化过程中发生如下反应:
2Al(H2PO4)3=Al2(H2P2O7)3+3H2O
Al2(H2P2O7)3==2AlH2P3O10+H2O
Al(OH)3+H3PO4→Al2O3·mAlPO4(非晶态)
涂覆无铬达克罗涂料后的金属零件被加热到200~400℃,涂料中的PO4 3-,HPO4 2-及H2PO4 -与Al3+在聚合引发剂的作用下发生反应,生成聚合磷酸铝作为粘结剂,将数十层鳞片状金属粉固化于零件表面,形成紧密的保护膜,约3~8μm厚,具体厚度由涂覆量而定。涂层中的磷酸铝、磷酸锌及部分聚合生成的三聚磷酸都是性能优良的缓蚀剂,并且会与金属粉及金属基体发生反应,产生牢固的附着力和极高的耐腐蚀性。
Zn2++Fe3++PO4 3-→ZnxFey(PO4)z
尤其是涂层中的三聚磷酸铝,能与金属离子产生牢固的络合物,并逐渐转化为一层致密的钝化膜,会大幅提高涂层的附着力和耐腐蚀性能。
涂覆前应除去零件表面的锈点、氧化物、有机物以保证涂层与金属基体有良好的附着力。除锈工艺主要采用喷丸、喷沙;脱脂主要采用在超声波环境下的溶剂脱脂;涂覆工艺有浸涂、刷涂、喷涂。涂覆处理后的金属零件应首先置于50~120℃预热炉内除去水分,再置于200~400℃固化。固化时间由涂层厚度、零件大小等因素而定,一般15~35分钟。
无铬达克罗具有以下技术上的优良效果:
1、无环境污染、无公害
整套工艺设备采用全过程闭路循环,绝无通常电镀中生产酸、碱、锌、铬等污水和废气排放问题,这就从根本上杜绝了环境污染。因此发展和推广“达克罗”新技术意义尤为深远。
2、新的镀层系片状锌基铬盐防护涂层
其抗腐蚀性比电镀锌提高7-10倍,(盐雾试验最高可达到1000小时),还具有高渗透性、高附着性、高减摩性、高耐气候性、高耐化学品稳定性及无环境污染等特点。特别适用于高强度受力件、高强度结构件等。
3、涂层工艺性极佳
涂层厚薄均匀,具有银灰色的表面,光洁柔和、色泽自然,可以代替电镀锌、电镀镉、热浸锌、热喷锌、机械镀锌、锌基合金镀锌、氧化、钝化、磷化等多种传统的表面处理工艺,也是喷涂工艺的前处理,使油漆不会产生脱落,表面达到镜面状态。
4、价格低廉
新配方的成本与传统达克罗相比没有提高,配方中的各种成分均为市场上常见化学试剂,均易于购买。
5、市场潜力大
该涂层符合各西方发达国家的法令要求,同时也能够在中国国内应用于汽车、摩托车、基础件、涂装、建筑、隧道、电力、化工、海洋、家电、铁路、造船、航天航空、军工各行各业,从而使黑色金属和有色金属永不生锈和防腐等,使产品零件消除内应力和提高强度,更增强产品可靠性和美观等。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明最进一步的详细说明,但本发明所保护范围不仅限与此:
实施例1:
500克锌粉、4000克去离子水与10克十二醇聚氧乙烯醚组成组分A;40克氢氧化铝与60毫升85%磷酸,12克甲基纤维素醚组成B组分;50克35wt%双氧水,8克氧化锌,17克聚乙二醇组成C组分。首先把B组分与C组分混合搅拌30分钟,然后加入A组分,继续搅拌,直到体系均匀,调节pH为3.5。
中性碳钢试片除锈、除油后,浸涂本涂料,用甩干机甩干,置于80℃预热炉中预热20分钟,再升温到300℃固化30分钟,取出空冷。
实施例2:
300克锌粉与200克鳞片状铝粉、5000克去离子水、12克十六醇聚氧乙烯醚组成A组分;40克氢氧化铝和69毫升85%磷酸,12克羟丙基纤维素醚组成B组分;30克35wt%双氧水、10克高锰酸钾、5克氧化钙、15克聚乙二醇组成C组分。将B与C混合后,搅拌一段时间,再加入A,搅拌使混合均匀,调节pH=5.3,实施方法同实例1。
实施例3:
200克锌粉与200克铝粉、4000克去离子水、16克十六醇聚氧乙烯醚组成A组分;80克氢氧化铝与100毫升85%磷酸,14克羟丙基纤维素醚,10克三聚磷酸钠组成B组分;50克35wt%双氧水,6克氢氧化钙,14克聚乙二醇组成C组分。将B与C混合后,搅拌一段时间,再加入A,搅拌使混合均匀,调节pH为5.3,实施方法同实例1。
Claims (8)
1、一种无铬达克罗涂料,其特征在于,由以下组分组成:
A组分由锌粉、铝粉、去离子水和分散剂按重量比0.3~2∶0~1.5∶6~8∶0.01~0.03混合;
B组分由磷酸盐、增稠剂、三聚磷酸钠按重量比9~10∶0.5~1.5∶0~1混合;
C组分由聚合引发剂、pH调节剂、成膜助剂按重量比6~8∶0.8~3∶0.3~3混合;
将组分B和组分C按重量比3~5∶1.5~2.4混合形成的混合物再按重量比1∶16~32与组分A混合,搅拌均匀,pH为3.5~5.5;
所述A组分中的锌粉、铝粉呈鳞片状,厚度≤0.35μm,直径为4μm~15μm;
所述B组分中的磷酸盐由氢氧化铝与85wt%磷酸按重量体积比0.6~1.2∶1.1~3.0配制而成,所述的重量体积比是指氢氧化铝的重量与85wt%磷酸的体积之比,单位为kg/L;
所述C组分中的聚合引发剂选自35wt%双氧水和/或高锰酸钾。
2、如权利要求1所述的无铬达克罗涂料,其特征在于,所述A组分中的分散剂为脂肪醇聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂。
3、如权利要求2所述的无铬达克罗涂料,其特征在于,所述分散剂为十二醇聚氧乙烯醚或十六醇聚氧乙烯醚。
4、如权利要求1所述的无铬达克罗涂料,其特征在于,所述B组分中的增稠剂是水溶性的纤维素醚。
5、如权利要求4所述的无铬达克罗涂料,其特征在于,所述的增稠剂选自甲基纤维素醚或羟丙基甲基纤维素醚。
6、如权利要求1所述的无铬达克罗涂料,其特征在于,所述C组分中的pH调节剂是锌及碱土金属的氧化物或氢氧化物。
7、如权利要求6所述的无铬达克罗涂料,其特征在于,所述C组分中的pH调节剂为氧化锌、氧化钙或氢氧化钙。
8、如权利要求1所述的无铬达克罗涂料,其特征在于,所述C组分中的成膜助剂为聚乙二醇。
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