CN101525505A - 一种水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料及其制备方法，该涂料属双组分涂料，由有机－无机复合改性基料和颜料两种组分混合按一定重量配比配制而成。所述有机－无机复合基料的组分由硅溶胶，氢氧化钾，硅丙乳液，颜料分散剂，成膜助剂，消泡剂，其余为去离子水或蒸馏水；所述颜料的组分由鳞片状锌粉；鳞片状铝粉。有机－无机复合基料和颜料的重量比为5∶1－2。本发明的水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料不含铬，可常温自固化，具有绿色环保、低能耗、可制备薄且耐蚀高的涂层等有益效果。

Description

一种水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料及其制备方法

一、技术领域

本发明涉及金属表面绿色防腐涂料技术，具体为一种水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料及其制备方法。

二、背景技术

二十世纪七十年代初，美国开发出了片状锌基铬盐防护涂层技术，即达克罗技术，该涂层是将片状锌粉和铝粉、铬酐、润湿剂、分散剂、还原剂、去离子水及其他助剂组成的混合液搅拌均匀后涂敷于工件表面，然后在300℃下固化而成的。与球状粉相比，鳞片状锌粉在涂膜中平行交叠排列，大大减少了水和腐蚀介质在涂膜中的渗透，相同涂覆面积、防腐性能的片状锌粉用量仅为球状锌粉的1/3～1/2。由于达克罗技术与电镀锌和热浸镀锌相比，具有污染小、高耐蚀、无氢脆、润滑性等优点，因此在汽车领域得到了相当广泛的应用。目前达克罗涂层技术在国际上发展迅速，其应用已扩展到医药、电力、石油化工及军工行业，三十多个国家具有达克罗技术专利权。然而，达克罗涂层仍然存在六价铬污染问题。欧盟1999年制定的EOLVD车辆报废条例就对六价铬的含量进行了严格限制。欧洲2000/53/EG中规定，从2003年7月1日起，在欧洲生产和销售的每辆汽车中，六价铬(Cr⁶⁺)的含量不得超过2g。2002年6月27日欧洲修改了2000/53/EG中的规定，规定从2007年7月1日起汽车上使用的防腐涂层中不允许含有Cr⁶⁺，世界上工业发达国家的汽车行业中许多品牌车辆亦率先制定了无铬涂层的技术标准。

目前无铬锌铝涂层实现产业化的产品只有三种：Geomet(交美特)涂层，其主要市场是美国和日本；Delta涂层，其主要市场是西欧和中国台湾；BNC水性无铬锌铝涂层，其主要市场是欧洲和亚洲部分国家。由于技术保密和价格昂贵等问题，目前无铬锌铝涂层技术在在国内还未成熟，无法实现广泛的推广。随着人们环境保护意识的增强，对重金属和含挥发性有机溶剂的限制越来越严格，无铬锌基涂料(俗称无铬达克罗)，尤其是水性锌基防腐涂料，将成为绿色防腐涂料行业发展的主流，并逐渐应用到诸多工业领域中金属结构及零部件的腐蚀防护。针对水性无机富锌涂料的实际开发与应用现况，发现硅酸盐系材料作为涂料的粘结剂可以实现涂层优良的耐蚀、耐磨和耐高温等性能；而其存在的柔韧性差、多孔等缺点，也可以通过多种方法进行改性，制备无机-有机复合粘结剂，改善涂层性能。因此，目前应重点解决以下几个问题：(1)以基料的选择、改性为重点，通过有机杂化制备优质复合基料，以获得耐蚀性、耐冲击性、柔韧性、自固化性更佳、满足更广泛应用的涂层；(2)以颜料的选择、形态、改性为重点，诸如采用鳞片状的锌粉和铝粉作为混合颜料，从而获得特殊性能提高的涂层。

三、发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是提供一种水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料及其制备方法。

技术方案：

一种水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料，其特征在于它是由有机-无机复合基料和颜料两种组分按下列重量比混合配制而成：其中的有机-无机复合基料的组分和百分含量：硅溶胶，61.3-83.4，氢氧化钾，3.5-8.2，硅丙乳液12.0-25.2，颜料分散剂：0.4-1.3，成膜助剂：0.5-1.6，水性涂料消泡剂：0.09-0.3，去离子水或蒸馏水：其余；其中颜料的组分和百分含量：鳞片状锌粉：70-90，鳞片状铝粉10-30。

上述有机-无机复合改性基料和颜料两种组分的重量比为5∶1-2。

上述的硅溶胶为固含量24-25wt％、稳定剂Na₂O含量0.3wt％、pH9.0-9.5的硅溶胶。

上述的硅丙乳液为玻璃化温度36℃、最低成膜温度31℃、固含量48±2％、pH7.0-9.0的硅丙乳液。

上述的颜料分散剂为固含量40％、pH8.0的水性颜料分散剂，成分为聚羧酸钠型的共聚物的钠盐分散剂。

上述的水性涂料消泡剂为固含量100％、比重0.85-0.93的高效水性涂料有机硅消泡剂。

上述的成膜助剂为十二碳醇酯。

上述的鳞片状锌粉和铝粉的片厚是0.1-0.3μm、片径是5-8μm。

一种水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料的制备方法，其特征在于制备步骤如下：(1)有机-无机复合改性基料的制备：称取硅溶胶61.3-83.4％、氢氧化钾3.5-8.2％投入容器中，在恒温水浴中电动搅拌，反应5-10min获得高模数硅酸钾溶液后，加入硅丙乳液12.0-25.2％、水性涂料消泡剂0.09-0.3％、成膜助剂0.5-1.6％、水性颜料分散剂0.4-1.3％和其余分数蒸馏水搅拌分散均匀，即得到有机-无机复合改性基料；(2)涂料的制备：将鳞片状锌粉70-90％和鳞片状铝粉10-30％的锌铝混合粉末搅拌均匀后，按其与有机-无机复合改性基料重量比在1-2∶5范围内添加到基料中，充分搅拌10-40min，用蒸馏水调节涂料黏度，80目标准筛过滤后即得到水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料；(3)涂层的获得：将除油除锈干净的金属试样喷砂后，在293K左右喷涂涂料，漆膜室温放置20min即可表干，自固化2-24h后涂膜可实干，并形成附着力强、耐盐雾、耐水、耐高温的水性复合鳞片状锌铝重防腐涂层。

有益效果：

1、本发明的水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料的基料为有机-无机复合基料，而非铬酐，实现了涂料和涂层的完全无铬化，成为真正的生态环保涂料。

2、本发明的水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料所用的改性硅酸盐溶液，含有硅醇键，在固化时不仅和颜料中的锌可以生成化学键、靠近基体的硅醇键还和基体上的铁元素反应生成化学键，从而形成的涂层与基体之间的结合力不仅包括传统的范德华力、机械螯合力，还包括化学键力，故而涂层和基体结合得更加牢固，附着性等级从传统富锌涂层的3-4级可以提高到0-1级。

3、本发明中用硅丙乳液对高模数硅酸钾溶液进行改性，使鳞片状锌粉和鳞片状铝粉分散变得容易，一般搅拌5-30min即可得到均匀涂料；改性后的涂料的成膜性更佳，采用浸涂方式涂覆试件时，试样表面无流挂、漏涂、针孔等缺陷；另外，涂层的物理性能如粘结强度得到提高，可以达到0级；有机乳液加入后，和无机硅酸盐溶液相互贯穿结合，形成致密的涂层，涂层的耐蚀性提高，阴极保护作用试验中耐中性盐雾96h后涂层完好，耐酸性也提高一倍。

4、本发明的水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料所采用的粘结剂，含有高模数的硅酸钾溶液，将其与颜料金属锌在一定的空气湿度(不高于85％)和温度(5℃-40℃)下配制成涂料，常温浸涂1-5min，金属表面漆膜在室温下放置20min即可表干，2-24h内即可完全自固化，无需在高温烘烤，形成的涂层与基体结合牢固、能对基体起到良好保护作用，很大程度上节约了能源。

5、本发明的水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料以蒸馏水为主要溶剂，不同于传统的溶剂性涂料，不会向空气中挥发任何有害物质，也大大节约了能源；另外，涂料的黏度可以通过蒸馏水来调节，从而可以控制涂层的厚度以及选择涂覆的方式。

6、本发明的水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料所用的颜料中含有片厚(0.1-0.3μm)、片径(5-8μm)的鳞片状锌粉，与球状锌粉(颜料浓度85-90％)相比，可以大大降低颜料的含量到10.1-24.2％，节约成本；形成的涂层是多层锌粉叠加而成，涂层的屏蔽效果更好，从而涂层的耐蚀性更高；且鳞片状锌粉的漂浮性好，在涂料中不易沉淀，可以更容易分散均匀，涂料性质更加稳定。

7、本发明的水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料中添加了片厚(0.1-0.3μm)、片径(5-8μm)的鳞片状铝粉，其大大提高了涂料的分散效果和稳定性，改善了涂层的光泽，降低了涂层中锌含量，并使涂层厚度减薄时仍能保证高的耐蚀性。

综上所述，本发明的水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料具有多种保护功能，耐蚀性高，具有高的抗划伤和自愈合能力；有优异的耐水、耐酸、耐高温性；以水为溶剂对环境无污染；涂层常温自固化，能耗低；粘结剂不含铬，对环境和人体无伤害，涂层较薄，可以取代达克罗涂层的某些用途。该涂料安全环保、制备方法简便、能源消耗少、成本低，涂层较薄、光亮美观、具有突出的生态、节能特性及防腐、耐磨、耐水、耐高温性能，其可应用在紧固件、锅炉、储罐、输油管道等钢铁设备上。

四、具体实施方式

以下实施例所用试剂：

TH30-B硅溶胶	南京通海科技有限公司
		KR-237硅丙乳液	南京康怡达涂料化工有限公司
TH-400水性颜料分散剂	南京通海科技有限公司
		TH-504水性涂料高效消泡剂	南京通海科技有限公司
鳞片状锌粉	泰州科创高分子有限公司
		鳞片状铝粉	上海崇明冶金材料厂

实施例1水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料的制备方法

(1).有机-无机复合改性基料的制备，按重量百分数称取62.31％的硅溶胶3.6％的氢氧化钾、21.0％的蒸馏水加入三口烧瓶中，在恒温60℃下搅拌10min，之后与12％的硅丙乳液混合，搅拌40min，加入0.6％的十二碳醇酯和0.1％的有机硅消泡剂及0.4％的聚羧酸钠型的共聚物的钠盐分散剂，充分搅拌60min，静置2h后，得到乳白色的分散均匀的改性基料；

(2).涂料的制备：称取70.0％的鳞片状锌粉和30.0％的鳞片状铝粉，混合均匀后，按重量比1∶5称取一定量颜料和有机-无机复合改性基料，将颜料缓慢加入有机-无机复合改性基料中，搅拌50min后，用蒸馏水调节涂料的黏度在20s左右，用80目的标准筛过滤，即得到复合鳞片状锌铝重防腐涂料，将除油除锈干净的试件喷砂后，进行喷涂自然沥干，在试件表面形成均匀平整的涂膜。

涂膜在室温下20min即可表干，24h后涂层实干，形成的涂层厚度在15μm左右，涂层划格试验粘结强度达到1级，与基体粘结牢固，耐盐雾能力达到600h，耐高温400℃24h涂层完好，耐水性测试40℃240h涂层完好。

实施例2水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料的制备方法

(1).有机-无机复合改性基料的制备，按重量百分数称取63.7％的硅溶胶、4.5％的氢氧化钾、16.0％的蒸馏水加入三口烧瓶中，在329k恒温水浴60℃下，电动搅拌10min，之后与14.5％的硅丙乳液混合，电动搅拌30min，加入0.7％的十二碳醇酯和0.1％的有机硅消泡剂及0.5％的聚羧酸钠型的共聚物的钠盐分散剂，充分搅拌60min，静置2h，即得到分散均匀的乳白色硅丙乳液改性基料；

(2).涂料的制备：称取75.0％的鳞片状锌粉和25.0％的鳞片状铝粉，混合均匀后，按重量比1.2∶5称取一定量颜料和有机-无机复合水性基料，将颜料缓慢加入有机-无机复合基料中，搅拌40min后，用蒸馏水调节涂料的黏度在20s左右，用80目的标准筛过滤，即得到复合鳞片状锌铝重防腐涂料，将除油除锈干净的试件喷砂后，进行喷涂自然沥干，在试件表面形成均匀平整的涂膜。

该涂膜在室温下20min即可表干，24h后涂层实干，形成的涂层厚度在20μm左右，涂层划格试验粘结强度达到0级，与基体粘结牢固，耐盐雾能力达到800h，耐高温400℃24h涂层完好，耐水40℃240h涂层完好。

实施例3水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料的制备方法

(1).有机-无机复合改性基料的制备，按重量百分数计称取66.5％的硅溶胶、5.3％的氢氧化钾、10％的蒸馏水加入三口烧瓶中，在恒温60℃下，电动搅拌10min，之后与16.2％的硅丙乳液混合，电动搅拌30min，加入1.0％的十二碳醇酯和0.20％的有机硅消泡剂及0.8％的聚羧酸钠型的共聚物的钠盐分散剂，充分搅拌60min，静置2h，即得到分散均匀的乳白色硅丙乳液改性基料。

(2).涂料的制备：称取80.0％的鳞片状锌粉和20.0％的鳞片状铝粉，混合均匀后，按重量比1.5∶5称取一定量颜料和有机-无机复合改性基料，将颜料缓慢加入有机-无机复合改性基料中，搅拌25min后，用蒸馏水调节涂料的黏度在20s左右，用80目的标准筛过滤，即得到复合鳞片状锌铝防腐涂料，将除油除锈干净的试件喷砂后，进行喷涂自然沥干，在试件表面形成均匀平整的涂膜。

该涂膜在室温下20min即可表干，24h后涂层实干，形成的涂层厚度在35μm左右，涂层划格试验粘结强度达到0级，与基体粘结牢固，耐盐雾能力达到1000h，耐高温400℃24h涂层完好，耐水40℃240h涂层完好。

实施例4水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料的制备方法

(1).有机-无机复合改性基料的制备，按重量百分数称取70％硅溶胶、6.0％的氢氧化钾、5.0％的蒸馏水加入三口烧瓶中，在恒温60℃下，电动搅拌10min，之后与16.8％的硅丙乳液混合，电动搅拌30min，加入1.0％的十二碳醇酯和0.2％的有机硅消泡剂及1.0％的聚羧酸钠型的共聚物的钠盐分散剂，充分搅拌60min，静置2h，即得到分散均匀的乳白色硅丙乳液改性基料；

(2).涂料的制备：称取85.0％的鳞片状锌粉和15.0％的鳞片状铝粉，混合均匀后，按重量比1.8∶5称取一定量颜料和基料，将颜料缓慢加入基料中，搅拌17min后，用蒸馏水调节涂料的黏度在20s左右，用80目的标准筛过滤，即得到复合鳞片状锌铝防腐涂料，将除油除锈干净的试件喷砂后，进行喷涂自然沥干，在试件表面形成均匀平整的涂膜。

该涂膜在室温下20min即可表干，24h后涂层实干，形成的涂层厚度在45μm左右，涂层划格试验粘结强度达到0级，与基体粘结牢固，耐盐雾能力达到1200h，耐高温400℃24h涂层完好，耐水40℃240h涂层完好。

实施例5水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料的制备方法

(1).有机-无机复合改性基料的制备，按重量百分数称取75.4％的硅溶胶、5.6％的氢氧化钾、3.3％的蒸馏水加入三口烧瓶中，在恒温60℃下，电动搅拌10min，之后与13.0％的硅丙乳液混合，电动搅拌30min，加入1.3％的十二碳醇酯和0.3％的有机硅消泡剂及1.1％的聚羧酸钠型的共聚物的钠盐分散剂，充分搅拌60min，静置2h，即得到分散均匀的乳白色硅丙乳液改性基料。

(1).涂料的制备：称取90.0％的鳞片状锌粉和10.0％的鳞片状铝粉，混合均匀后，按重量比2∶5称取一定量颜料和有机-无机复合基料，将颜料缓慢加入有机-无机复合基料中，搅拌10min后，用蒸馏水调节涂料的黏度在20s左右，用80目的标准筛过滤，即得到复合鳞片状锌铝防腐涂料，将除油除锈干净的试件喷砂后，进行喷涂自然沥干，在试件表面形成均匀平整的涂膜。

该涂膜在室温下20min即可表干，24h后涂层实干，形成的涂层厚度在50μm左右，涂层划格试验粘结强度达到0级，与基体粘结牢固，耐盐雾能力达到1400h，耐高温400℃24h涂层完好，耐水40℃240h涂层完好。

Claims (8)

1.一种水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料，其特征在于：它是由有机-无机复合改性

基料和颜料两种组分按下列重量比混合配制而成：

其中a.所述有机-无机复合基料的组分和含量，按重量百分数计：

硅溶胶                  61.3-83.4

氢氧化钾                3.5-8.2

硅丙乳液                12.0-25.2

水性颜料分散剂          0.4-1.3

成膜助剂                0.5-1.6

水性涂料消泡剂          0.09-0.3

去离子水或蒸馏水        其余

b.所述颜料的组分和含量，按重量百分数计：

鳞片状锌粉                70-90

鳞片状铝粉                10-30

上述有机-无机复合改性基料和颜料两种组分的重量比为5∶1-2。

2.根据权利要求1所述的水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料，其特征在于：所述的硅溶胶为固含量24-25wt％、稳定剂Na₂O含量0.3wt％、pH9.0-9.5的硅溶胶。

3.根据权利要求1所述的水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料，其特征在于：所述的硅丙乳液为玻璃化温度36℃、最低成膜温度31℃、固含量48±2％、pH7.0-9.0的硅丙乳液。

4.根据权利要求1所述的水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料，其特征在于：所述的颜料分散剂为固含量40％、pH8.0的水性颜料分散剂，成分为聚羧酸钠型的共聚物的钠盐分散剂。

5.根据权利要求1所述的水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料，其特征在于：所述的水性涂料消泡剂为固含量100％、比重0.85-0.93的高效水性涂料有机硅消泡剂。

6.根据权利要求1所述的水性复合鳞片状锌铝重防腐剂涂料，其特征在于所述的成膜助剂为十二碳醇酯。

7.根据权利要求1所述的水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料，其特征在于：所述的鳞片状锌粉和铝粉的片厚是0.1-0.3μm、片径是5-8μm。

8.一种水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料的制备方法，其特征在于制备步骤如下：

a.有机-无机复合改性基料的制备：将硅溶胶61.3-83.4％、氢氧化钾3.5-8.2％投入容器中，在恒温水浴50-60℃中电动搅拌，反应5-10min获得高模数硅酸钾溶液后，加入硅丙乳液12.0-25.2％、水性涂料消泡剂0.09-0.3％、成膜助剂0.5-1.6％、水性颜料分散剂0.4-1.3％和其余分数蒸馏水搅拌分散均匀，即得到有机-无机复合改性基料；

b.涂料的制备：将鳞片状铝粉10-30％和鳞片状锌粉70％-90％的锌铝混合粉末搅拌均匀后，按其与有机-无机复合改性基料重量比在1-2∶5范围内添加到基料中，充分搅拌10-40min，用蒸馏水调节涂料黏度，80目标准筛过滤后即得到水性复合鳞片状锌铝重防腐涂料；

c.涂层的获得：将除油除锈干净的金属试样喷砂后，在293K喷涂上述涂料，漆膜室温放置20min即可表干，自固化2-24h后涂膜可实干，并形成附着力强、耐盐雾、耐水、耐高温的水性复合鳞片状锌铝重防腐涂层。