CN103665973A - 仿铜无机涂料的制备工艺及将其用于取代金属表面防护装饰性铜层的工艺 - Google Patents
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Abstract
仿铜无机涂料的制备工艺及将其用于取代金属表面防护装饰性铜层的工艺，属于金属防护与装饰领域。一种仿铜无机涂料的制备工艺，用硅酸钾和硅溶胶作为涂料的粘结剂，在其混合溶液中加入气相二氧化硅作为涂料的填料，然后加入硅烷偶联剂和润湿分散剂作为改善涂料性能的助剂，最后再加入古铜色的颜填料即可制得仿铜的无机硅酸盐涂料。该方法制得的涂料可取代金属表面的防护装饰性铜层，适用于金属防护装饰领域。本方法制备的仿铜无机非金属涂料防护装饰性好，避免了铜层带来的电偶腐蚀问题，节约了防护成本，具有超越铜镀层的优良性能，具有成本低、环境友好、耐腐蚀性高、结合力好等优点。
Description
技术领域
本发明属于金属防护与装饰领域，涉及一种仿铜无机涂料的制备工艺及将其用于取代金属表面防护装饰性铜层的工艺,适用于在不需要导电性的情况下取代铜镀层。
背景技术
在工业生产领域，金属材料在使用过程中比较容易发生腐蚀，金属材料的腐蚀给人们带来了非常严重的损失。因而，金属材料的腐蚀和防护也就自然成为了腐蚀科学家和涂料工程师的主要研究对象。CN 102877063 A中提到镁合金表面多层复合防护涂层及其制备方法，首先在镁合金基体表面进行等离子体电解氧化形成多孔陶瓷层，然后在该陶瓷层表面喷涂含有铜盐的有机涂层，最后在有机涂层外表面进行化学镀铜，形成化学镀铜层。但防腐蚀涂料镀铜属于重金属，不但成本高、重金属对环境的污染严重，而且镀铜层与金属基体易发生电偶腐蚀，影响涂层的性能。因此，如何在不需要金属表面镀层的导电性的情况下避免使用铜镀层，而是寻找一种取代金属表面防护装饰性涂层的工艺成为急需解决的问题。而应用无机非金属颜料粉进行仿铜涂料的制备尚未见报道。
发明内容
本发明的目的在于克服铜镀层的性能缺陷，提供一种仿铜无机涂料的制备工艺及将其用于取代金属表面防护装饰性铜层的工艺，该涂层防护装饰性好，避免了铜层带来的电偶腐蚀问题，节约了防护成本，耐腐蚀性好，结合力好。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种仿铜无机涂料的制备工艺，用硅酸钾和硅溶胶作为涂料的粘结剂，在其混合溶液中加入气相二氧化硅作为涂料的填料，然后加入硅烷偶联剂和润湿分散剂作为改善涂料性能的助剂，最后再加入古铜色的颜填料即可制得仿铜的无机硅酸盐涂料，具体步骤如下：
在温度为15～30℃的情况下将30～50g硅酸钾加入到10～30g水中，搅拌5～25分钟，之后在搅拌的条件下加入5～25g硅溶胶搅拌5～25分钟，搅拌均匀后加入3～5ml硅烷偶联剂，放在搅拌机上搅拌1～2小时后加入2～10g气相二氧化硅，继续搅拌1～2小时，当搅拌均匀后加入颜料水分散液20～40g，搅拌1～3小时后即制得性能良好的仿铜无机硅酸盐涂料。
上述工艺中，所述硅烷偶联剂为异丁基三乙氧基硅烷偶联剂、乙烯基硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂、巯基硅烷偶联剂和甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂中的一种或几种组合。
上述工艺中，所述颜料水分散液的配制方法如下：向10～30g水中加入5～20g颜料粉和0.5～1.0g润湿分散剂，搅拌8～15小时后至分散均匀。
上述工艺中，所述颜料粉为古铜色珠光颜料粉、古铜色珍珠颜料粉、古铜色云母颜料粉和古铜色滑石颜料粉中的一种或几种组合。
上述工艺中，所述硅酸钾模数为2.35～3.30。
上述工艺中，所述硅溶胶粒径为5.0～22.5nm。
上述工艺中，所述二氧化硅的粒径为5～30nm。
上述工艺中，所述润湿分散剂为三聚磷酸钾、焦磷酸四钾和聚丙烯酸的盐（钠，钾，铵）中的一种或几种组合。
将上述仿铜无机涂料用于取代金属表面防护装饰性铜层的工艺，按以下步骤进行：
一、将金属件进行化学除油处理，具体是将金属件基体表面浸在60~80℃的化学除油液中浸泡3~5min；其中化学除油液是将30~60g/L氢氧化钠、15~30g/L碳酸钠和20~35g/L磷酸三钠中的一种或几种加入水中得到的溶液；
二、将取代金属表面防护装饰性铜层的仿铜无机涂料涂在经步骤一处理的金属件表面，然后在温度为50~150℃的条件下烘干5~10min，在金属件表面得到干膜厚度为8~20微米的涂层。
上述工艺中，所述的金属件基体为铁、铝、锌或者镁合金中的一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本方法制备的仿铜无机非金属涂料防护装饰性好，避免了铜层带来的电偶腐蚀问题，节约了防护成本，具有超越铜镀层的优良性能，具有成本低、环境友好、耐腐蚀性高、结合力好等优点。
附图说明
图1是实施例1制备的仿铜无机非金属涂料划痕划格测试效果图（20倍）；
图2实施例1制备的仿铜无机非金属涂料耐盐雾性能测试效果图（20倍）；
图3是实施例2制备的仿铜无机非金属涂料划痕划格测试效果图（20倍）；
图4实施例2制备的仿铜无机非金属涂料耐盐雾性能测试效果图（20倍）；
图5是实施例3制备的仿铜无机非金属涂料划痕划格测试效果图（20倍）；
图6是实施例3制备的仿铜无机非金属涂料耐盐雾性能测试效果图（20倍）
图7是实施例4制备的仿铜无机非金属涂料划痕划格测试效果图（20倍）；
图8是实施例4制备的仿铜无机非金属涂料耐盐雾性能测试效果图（20倍）。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例1
一种仿铜无机涂料的制备及用于取代金属表面防护装饰性铜层的工艺，具体步骤如下：
在15℃情况下将30g模数为2.35的硅酸钾加入到10g水中，搅拌10分钟，之后在搅拌的条件下加入5g粒径为5.0nm的硅溶胶搅拌10分钟，搅拌均匀后加入3ml异丁基三乙氧基硅烷偶联剂和1ml环氧基硅烷偶联剂，放在搅拌机上搅拌1小时后加入2g粒径为6.0nm的气相二氧化硅，继续搅拌3小时，制得A液；向10g水中加入5g古铜色珠光颜料粉和0.5g三聚磷酸钾润湿分散剂及0.2g焦磷酸四钾润湿分散剂，搅拌6小时后至分散均匀，制得水分散好的颜料水分散液，然后将其加入到A液中，搅拌1小时至搅拌均匀即可制得仿铜无机非金属涂料。将金属件进行化学除油处理，具体是将金属件基体表面浸在60℃的化学除油液中浸泡3min，其中金属件取铁片，化学除油液是将30g/L氢氧化钠、15g/L碳酸钠和20g/L磷酸三钠加入水中得到的溶液；将取代金属表面防护装饰性铜层的仿铜无机涂料涂在经步骤一处理的金属件表面，然后在温度为50℃的条件下烘干5min，在金属件表面得到干膜厚度为8微米的涂层。
实施例2
一种仿铜无机涂料的制备及用于取代金属表面防护装饰性铜层的工艺，具体步骤如下：
在20℃情况下将35g模数为2.55的硅酸钾加入到15g水中，搅拌15分钟，之后在搅拌的条件下加入10g粒径为10nm的硅溶胶搅拌15分钟，搅拌均匀后加入4ml乙烯基硅烷偶联剂和2ml甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂，放在搅拌机上搅拌1小时后加入4g粒径为10nm的气相二氧化硅，继续搅拌1小时，制得A液；向15g水中加入6g古铜色珍珠颜料粉、4g古铜色云母颜料粉和0.6g焦磷酸四钾润湿分散剂，搅拌8小时后至分散均匀，制得水分散好的颜料水分散液，然后将其加入到A液中，搅拌1小时至搅拌均匀即可制得仿铜无机非金属涂料。将金属件进行化学除油处理，具体是将金属件基体表面浸在70℃的化学除油液中浸泡4min，其中金属件取铁片，化学除油液是将40g/L氢氧化钠、20g/L碳酸钠和25g/L磷酸三钠加入水中得到的溶液；将取代金属表面防护装饰性铜层的仿铜无机涂料涂在经步骤一处理的金属件表面，然后在温度为70℃的条件下烘干8min，在金属件表面得到干膜厚度为10微米的涂层。
实施例3
一种仿铜无机涂料的制备及用于取代金属表面防护装饰性铜层的工艺，具体步骤如下：
在25℃情况下将40g模数为2.85的硅酸钾加入到20g水中，搅拌20分钟，之后在搅拌的条件下加入15g粒径为15nm的硅溶胶搅拌20分钟，搅拌均匀后加入5ml氨基硅烷偶联剂，放在搅拌机上搅拌2小时后加入6g粒径为15nm的气相二氧化硅，继续搅拌2小时，制得A液；向20g水中加入8g古铜色云母颜料粉、2g古铜色滑石颜料粉和0.8g聚丙烯的钠盐润湿分散剂，搅拌10小时后至分散均匀，制得水分散好的颜料水分散液，然后将其加入到A液中，搅拌2小时至搅拌均匀即可制得仿铜无机非金属涂料。将金属件进行化学除油处理，具体是将金属件基体表面浸在65℃的化学除油液中浸泡4min，其中金属件取铁片，化学除油液是将35g/L氢氧化钠、20g/L碳酸钠和25g/L磷酸三钠加入水中得到的溶液；将取代金属表面防护装饰性铜层的仿铜无机涂料涂在经步骤一处理的金属件表面，然后在温度为100℃的条件下烘干8min，在金属件表面得到干膜厚度为15微米的涂层。
实施例4
一种仿铜无机涂料的制备及用于取代金属表面防护装饰性铜层的工艺，具体步骤如下：
在30℃情况下将50g模数为3.35的硅酸钾加入到30g水中，搅拌20分钟，之后在搅拌的条件下加入25g粒径为20nm的硅溶胶搅拌20分钟，搅拌均匀后加入5ml环氧基硅烷偶联剂，放在搅拌机上搅拌2小时后加入10g粒径为30nm的气相二氧化硅，继续搅拌2小时，制得A液；向30g水中加入20g古铜色滑石颜料粉和1g焦磷酸四钾润湿分散剂以及0.5g聚丙烯酸的钾盐润湿分散剂，搅拌12小时后至分散均匀，制得水分散好的颜料水分散液，然后将其加入到A液中，搅拌2小时至搅拌均匀即可制得仿铜无机非金属涂料。将金属件进行化学除油处理，具体是将金属件基体表面浸在80℃的化学除油液中浸泡5min，其中金属件取铁片，化学除油液是将60g/L氢氧化钠、30g/L碳酸钠和35g/L磷酸三钠加入水中得到的溶液；将取代金属表面防护装饰性铜层的仿铜无机涂料涂在经步骤一处理的金属件表面，然后在温度为150℃的条件下烘干5min，在金属件表面得到干膜厚度为15微米的涂层。
为了进一步说明本发明制备的仿铜无机非金属涂料的优良性能,做了以下的试验。
仿铜无机硅酸盐涂料结合力性能测试：热震试验和划痕划格测试。
热震实验：将涂好的金属板放在200℃的烤箱中加热10分钟，然后迅速取出放入冰水浴中骤冷，如此反复操作几次，在表格中记录出现气泡时已经重复的的次数。
在涂好涂料的金属板上用百格刀划出10*10的100格的正方形，百格刀划下去的时候要割到见到金属板。当百格刀划完后，用胶带贴于百格位置，用手指压下将胶带紧密贴附，再以瞬间的力道将胶带撕起，目视金属板上的涂料是否有脱落现象。按照GB/T9286-88规定，切割边缘完全平滑，无一格脱落为0级; 在切口交叉处涂层有少许薄片分离，但划格区受影响明显不大于5%属于1级；切口边缘或交叉处涂层明显脱落大于5%，但受影响明显不大于15%属于2级；涂层沿切割边缘，部分或全部以大碎片脱落，或在格子不同部位上，部分或全部脱落，明显大于15%，但受影响明显不大于35%属于3级；涂层沿切割边缘，大碎片剥落，或一些方格部分或全部脱落，明显大于35%，但受影响明显不大于65%属于4级；大于4级的严重剥落属于5级。
仿铜无机非金属涂料耐酸腐蚀性能测试：酸点滴实验。
配制浓度为50%的硫酸溶液，用滴管滴到涂好的实施例1～4的金属件上，记录涂层因腐蚀而变暗的时间。
仿铜无机非金属涂料耐碱腐蚀性能测试：碱点滴实验。
配制浓度为50%的氢氧化钠溶液，用滴管滴到涂好的实施例1～4的金属件上，记录涂层因腐蚀而变暗的时间。
仿铜无机非金属涂料耐盐雾腐蚀性能测试。
采用GB 6458-86 金属覆盖层中性盐雾试验(NSS试验），将氯化钠溶于电导率不超过20KS/cm的蒸馏水或去离子水中，其浓度为50g/L±5g/L。在25摄氏度时，配制的溶液密度在1.0255～1.0400范围内调整,按3.1配制的盐溶液的pH值，使其在6.5～7.2 之间。将试样板采用清洁的软刷或超声清洗装置，用适当有机溶剂（沸点在60～120℃之间的碳氢化合物）彻底清洗试样。清洗后，用新溶剂漂洗试样，然后干燥。清洗后的试样吹干称重，精确到±1mg，然后用可剥性塑料膜保护试样背面。试样放置在箱内四角，未保护一面朝上并与垂直方向成200±5°的角度。试样上边缘与盐雾收集器顶端处于同一水平。试验 175～185h后，除掉试样背面的保护膜，用1：1(体积比）的盐酸溶液（密度为1.18g/mL)，其中加入3.5 g/L的六次甲基四胺缓蚀剂，浸泡试样除去腐蚀产物，然后在室温中用水清洗试样，再用丙酮清洗，干燥后称重。试样称重精确到1mg，计算质量损失（g/m2)，每块参比试样的质量损失在140g/m2±40g/m2范围内说明设备运行正常。将实施例1～4性能测试结果记录在表1中，划痕划格测试效果及耐盐雾性能测试效果见图1～8。
表1 实施例1～4性能测试结果记录表
| 热震实验/次 | 划痕划格/级 | 酸点滴/h | 碱点滴/h | 耐盐雾/h | |
| 实施例1 | 5 | 0 | 60 | 45 | 160 |
| 实施例2 | 6 | 0 | 55 | 50 | 165 |
| 实施例3 | 5 | 0 | 56 | 47 | 168 |
| 实施例4 | 6 | 0 | 50 | 45 | 162 |
Claims (10)
1.仿铜无机涂料的制备工艺，其特征在于所述工艺按以下步骤进行：
一、在温度为15～30℃的情况下将30～50g硅酸钾加入到10～30g水中，搅拌5～25分钟，之后在搅拌的条件下加入5～25g硅溶胶搅拌5～25分钟，搅拌均匀后加入3～5ml硅烷偶联剂，放在搅拌机上搅拌1～2小时后加入2～10g气相二氧化硅，继续搅拌1～2小时，制得A溶液；
二、向10～30g水中加入5～20g颜料粉和0.5～1.0g润湿分散剂，搅拌8～15小时后至分散均匀，制得水分散好的颜料水分散液，制得B溶液；
三、将20～40g B溶液加入到A溶液中，搅拌1～3小时后即制得性能良好的仿铜无机硅酸盐涂料。
2.根据权利要求1所述的仿铜无机涂料的制备工艺，其特征在于所述硅烷偶联剂为异丁基三乙氧基硅烷偶联剂、乙烯基硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂、巯基硅烷偶联剂和甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂中的一种或几种组合。
3.根据权利要求1所述的仿铜无机涂料的制备工艺，其特征在于所述颜料粉为古铜色珠光颜料粉、古铜色珍珠颜料粉、古铜色云母颜料粉和古铜色滑石颜料粉中的一种或几种组合。
4.根据权利要求1所述的仿铜无机涂料的制备工艺，其特征在于所述硅酸钾模数为2.35～3.30。
5.根据权利要求1所述的仿铜无机涂料的制备工艺，其特征在于所述硅溶胶粒径为5.0～22.5nm。
6.根据权利要求1所述的仿铜无机涂料的制备工艺，其特征在于所述二氧化硅的粒径为5～30nm。
7.根据权利要求1所述的仿铜无机涂料的制备工艺，其特征在于所述润湿分散剂为三聚磷酸钾、焦磷酸四钾和聚丙烯酸的盐中的一种或几种组合。
8.将权利要求1～7任一权利所述仿铜无机涂料用于取代金属表面防护装饰性铜层的工艺，其特征在于所述工艺按以下步骤进行：
一、将金属件进行化学除油处理；
二、将取代金属表面防护装饰性铜层的仿铜无机涂料涂在经步骤一处理的金属件表面，然后在温度为50~150℃的条件下烘干5~10min，在金属件表面得到干膜厚度为8~20微米的涂层。
9.根据权利要求8所述的将仿铜无机涂料用于取代金属表面防护装饰性铜层的工艺，其特征在于所述金属件化学除油处理的具体方法是将金属件基体表面浸在60~80℃的化学除油液中浸泡3~5min，其中化学除油液是将30~60g/L氢氧化钠、15~30g/L碳酸钠和20~35g/L磷酸三钠中的一种或几种加入水中得到的溶液。
10. 根据权利要求8所述的将仿铜无机涂料用于取代金属表面防护装饰性铜层的工艺，其特征在于所述金属件为铁、铝、锌或镁合金。
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