CN101260252A - 一种无铬达克罗涂料 - Google Patents

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

一种无铬达克罗涂料

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-→Zn_xFe_y(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 (10)

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。

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组分中的锌粉、铝粉呈鳞片状，厚度≤0.35μm，直径为4μm～15μm。

3、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。

4、如权利要求3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。

5、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。

6、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。

7、如权利要求6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。

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组分中的聚合引发剂选自35wt％双氧水和/或高锰酸钾。

9、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；优选的，所述的pH调节剂为氧化锌、氧化钙或氢氧化钙。

10、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。