CN105349981A - 金属防腐涂料及其应用和热镀金属材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属防腐涂料领域,公开了一种金属防腐涂料及其应用和热镀金属材料及其制备方法,该金属防腐涂料由一种原料混合物混合均匀后得到,所述原料混合物中含有磷酸二氢铬螯合剂和硅溶胶,相对于100重量份的所述磷酸二氢铬螯合剂,所述硅溶胶以二氧化硅计的含量为5-40重量份。本发明提供的金属防腐涂料形成的涂层具有优良的耐蚀性、耐水性、耐热性、耐指纹性、导电性、焊接性等性能,完全满足家电制造业用户要求。本发明提供的热镀金属材料涂敷性能良好、固化温度低,完全能满足热镀锌线工艺要求。
Description
技术领域
本发明涉及金属防腐涂料领域,具体地,涉及一种金属防腐涂料及其应用、一种热镀金属材料及其制备方法。
背景技术
热镀金属材料,包括热镀锌金属材料和热镀铝锌金属材料,为了防止发生锈蚀,都会在热镀金属材料的表面涂敷一层金属防腐涂料以形成防腐膜。因而金属防腐涂料的性能对于热镀金属材料的防锈蚀十分重要。
例如,热镀锌板厂为了防止镀锌板在运输过程中锈蚀,在出厂前都会在镀锌板表面涂敷一层防锈油膜,而家电用户在使用热镀锌板进行冲压内部件的使用时常出现模具擦伤,要求裸用件具有优良的防腐性能,防止因家电内部件的腐蚀生锈降低其使用寿命,故必须采用表面润滑型防锈处理的镀锌板;成本高、工艺复杂。
因此,开发一种不需要经过涂油工艺的品质优良的金属防腐涂料及其处理方法以节约生产成本以及在静电粉末涂装过程中能够直接进行而不用经过磷化工艺还需要进一步研究。
发明内容
本发明的目的是克服现有的金属防腐涂料需要涂油工艺,以及在静电粉末涂装过程中需要进行磷化工艺的缺陷,提供一种不需要采用涂油工艺,以及在静电粉末涂装过程中不需要进行磷化工艺的金属防腐涂料,并且使得提供的金属防腐涂料的涂敷性能良好、固化温度低,完全能满足热镀工艺要求的金属防腐涂料。
特别地,本发明的另一目的是提供一种耐水性能特别优且成本低的金属防腐涂料。
为了实现上述目的,第一方面,本发明提供一种金属防腐涂料,该金属防腐涂料由一种原料混合物混合均匀后得到,所述原料混合物中含有磷酸二氢铬螯合剂和硅溶胶,相对于100重量份的所述磷酸二氢铬螯合剂,所述硅溶胶以二氧化硅计的含量为5-40重量份。
第二方面,本发明提供前述金属防腐涂料在制备金属材料中的应用。
第三方面,本发明提供一种热镀金属材料,该热镀金属材料包括热镀金属基材和附着在该热镀金属基材上的涂层,所述热镀金属基材为热镀锌金属基材和/或热镀铝锌金属基材,附着在所述热镀金属基材上的所述涂层为本发明前述的金属防腐涂料的固化产物。
第四方面,本发明提供一种制备热镀金属材料的方法,该方法包括:将本发明前述的金属防腐涂料附着在热镀金属基材的表面,并且经过固化以形成涂层,所述热镀金属基材为热镀锌金属基材和/或热镀铝锌金属基材。
通过上述技术方案,本发明提供的金属防腐涂料不含RoHS指令中规定的Pb、Cd、Hg、Cr6+、多溴二苯醚PBDE和多溴联苯PBB表面处理液,其处理的镀锌板满足国际环保要求;并且该金属防腐涂料的处理方式简单、易行,可以采用喷淋或辊涂方式进行生产钝化板,也为镀锌板生产过程中省去了涂油工艺;再次,在静电粉末涂装过程中,可以直接进行,不用进行磷化工艺。
本发明提供的金属防腐涂料形成的涂层具有优良的耐蚀性、耐水性、耐热性、耐指纹性、导电性、焊接性等性能,完全满足家电制造业用户要求。
本发明提供的热镀金属材料涂敷性能良好、固化温度低,完全能满足热镀锌线工艺要求。
进一步地,本发明提供的金属防腐涂料还具有成本低廉的优点。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
第一方面,本发明提供了一种金属防腐涂料,该金属防腐涂料由一种原料混合物混合均匀后得到,所述原料混合物中含有磷酸二氢铬螯合剂和硅溶胶,相对于100重量份的所述磷酸二氢铬螯合剂,所述硅溶胶以二氧化硅计的含量为5-40重量份。
所述硅溶胶中的二氧化硅的含量一般为10-35重量%,本发明对所述硅溶胶的浓度没有特别的限定,只要通过加入硅溶胶使得原料混合物中的二氧化硅的含量达到本发明的前述要求即可。
所述磷酸二氢铬螯合剂可以通过商购得到。
优选情况下,所述金属防腐涂料中还可以含有水。相对于100重量份的所述含有Cr3+元素的螯合剂,所述水的含量可以为100-1000重量份。所述水可以为蒸馏水和/或去离子水。
优选地,所述金属防腐涂料的固含量为10-50重量%;更加优选所述金属防腐涂料的固含量为15-40重量%。需要说明的是,此处的固含量即为金属防腐涂料除去溶剂后剩余的成分相对于本发明的金属防腐涂料的含量。
所述金属防腐涂料通过将所述原料混合物混合均匀后得到,并且所述金属防腐涂料为稳定且均一的液体。优选情况下,所述原料混合物中的各组分在金属防腐涂料临用前1-180天混合均匀。其中,对各成分的混合顺序没有特别要求,可以直接将所述原料混合物中的各组分进行同时、分批或分步混合,只要能得到均匀的稳定相即可,优选通过搅拌使混合更加均匀。
优选地,相对于100重量份的所述磷酸二氢铬螯合剂,所述硅溶胶以二氧化硅计的含量为10-30重量份。
优选地,所述原料混合物的pH值为1-5,优选为2-3。在本发明中,将原料混合物控制在弱酸性条件,有利于使得得到的金属防腐涂料与本发明的热镀金属基材发生成膜反应,从而使成膜反应后形成的固化膜与该热镀金属基材结合为一体;同时,其中的硅溶胶能够起到封闭和辅助成膜效应,为该金属防腐涂料与热镀金属基材成膜提供很好的膜层附着性能,从而保证了固化膜的附着性能。
优选地,所述原料混合物中还含有消泡剂。本发明的所述消泡剂的含量使得所述金属防腐涂料中的泡沫消除。所述消泡剂可以是本领域公知的各种消泡剂,例如聚醚类消泡剂、高碳醇类消泡剂和硅类消泡剂等中的一种或多种。更具体地说,所述消泡剂可以为商购自例如东营市石大创新科技有限责任公司的SD-401系列消泡剂中的一种或多种。
本发明的金属防腐涂料还可以含有其它组分如染料、颜料和分散剂中的一种或多种。以本发明的金属防腐涂料的总重量为基准,其它组分的含量不超过20重量%,优选不超过10重量%。
优选情况下,本发明的金属防腐涂料可以不经稀释而直接使用。
根据本发明的一种优选的实施方式,以制备1L的金属防腐涂料为例,该制备方法的步骤如下:
(1)在常温常压下,称取防腐剂磷酸二氢铬螯合剂、水、硅溶胶,且搅拌10-30分钟,优选为15-25分钟,待溶液呈均匀稳定相;其中,所述搅拌的条件为高速搅拌,其搅拌速率为1200-1500r/min,优选为1300-1400r/min;
(2)向步骤(1)得到的溶液中加入水,使得该溶液的体积为1L,并加消泡剂进行消泡。
根据本发明的另一种优选的实施方式,以制备1L的金属防腐涂料为例,该制备方法的步骤如下:
(1)在常温常压下,称取磷酸二氢铬螯合剂和水置于第一容器中,待用;
(2)量取蒸馏水和/或去离子水置于第二容器中,再量取硅溶胶也加入至该第二容器中,在搅拌条件下充分溶解,使溶液呈均匀稳定相;
(3)将步骤(2)中的溶液加入到步骤(1)中的溶液中,且以1200-1500r/min,优选为1300-1400r/min的搅拌速率搅拌10-30分钟,优选搅拌15-25分钟,待溶液呈均匀稳定相;
(4)最后,加蒸馏水和/或去离子水将该溶液配制成1L溶液并加消泡剂进行消泡。
第二方面,本发明提供了前述金属防腐涂料在制备金属材料中的应用。
上述金属防腐涂料可以以本领域常规的方式用于制备各种金属材料。
第三方面,本发明提供了一种热镀金属材料,该热镀金属材料包括热镀金属基材和附着在该热镀金属基材上的涂层,所述热镀金属基材为热镀锌金属基材和/或热镀铝锌金属基材,其中,附着在所述热镀金属基材上的所述涂层为本发明前述的金属防腐涂料的固化产物。
所述固化为本领域内的公知常识,本发明对此没有特别的限制,适应本领域内常规的各种固化的条件。
根据本发明提供的热镀金属材料,其中,所述涂层的厚度可以为热镀金属基材上的防腐蚀涂层的常规厚度,为了提高所述涂层的性能,优选地,所述涂层的厚度为0.5-1.5微米;更加优选地,所述涂层的厚度为0.5-1.2微米。
第四方面,本发明提供了一种制备热镀金属材料的方法,该方法包括:将本发明前述的金属防腐涂料附着在热镀金属基材的表面,并且经过固化以形成涂层,所述热镀金属基材为热镀锌金属基材和/或热镀铝锌金属基材。
所述热镀锌金属基材的锌镀层中,锌的含量可以为92.5-95.5重量%。所述锌镀层还可含有其它常规成分,如硅。
所述热镀铝锌金属基材的锌铝镀层中,锌的含量可以为41.5-43.5重量%,铝的含量可以为51.5-55.0重量%。所述锌铝镀层还可含有其它常规成分,如硅。
金属防腐涂料的用量可以根据涂层的厚度进行确定,优选地,所述金属防腐涂料的用量使得在所述热镀金属基材的表面形成的涂层的附着量为500-1500mg/m2,更加优选为500-1200mg/m2。当所述金属防腐涂料的用量使得在所述热镀金属基材的表面形成的涂层的附着量不到500mg/m2时,则该热镀金属材料得不到充分的耐腐蚀性;当所述金属防腐涂料的用量使得在所述热镀金属基材的表面形成的涂层的附着量超过1500mg/m2时,则该热镀金属材料的固化膜的固化效果差,该固化膜不易干燥,且易出现龟裂等缺陷,耐蚀性能明显降低。
根据本发明,将本发明前述的金属防腐涂料附着在热镀金属基材的表面的方法可以为辊涂和/或喷淋工艺,且在本发明中,在喷淋处理工艺中,可以将多余的金属防腐涂料挤压出去,即,所述喷淋处理工艺也可以表示为喷淋+挤干工艺;在本发明中,优选为辊涂涂敷工艺。
根据本发明,在将所述金属防腐涂料附着在热镀金属基材的表面上后,再进行加热干燥以进行固化即可形成本发明所述的涂层,其中,本发明的发明人经过大量的科学实验发现,优选地,控制所述热镀金属基材的温度为60-120℃,更加优选控制所述热镀金属基材的温度为80-100℃。
根据本发明,将本发明前述的金属防腐涂料附着在热镀金属基材的表面时,使用的所述金属防腐涂料的温度可以为本领域技术人员的常规选择,在本发明中,由于所述金属防腐涂料的溶剂是水,因此,只要保证水不结冰或汽化的温度条件即可,也可以在常温下使用。
根据本发明,所述金属防腐涂料在热镀金属基材上的固化时间可以为1-5秒。
根据本发明,所述金属防腐涂料在热镀金属基材上进行固化的过程中,仅需除去附着在镀层表面的水分,因而可以不再添加任何促进剂。
根据本发明,所述金属防腐涂料在热镀金属基材上进行固化的过程中,可以采用加热方法进行干燥,所述干燥的方法可以为热风干燥、感应加热和红外辐射加热中的一种或多种,优选地,使用热风干燥或感应加热等方法来进行干燥。
本发明中,未做相反说明的情况下,所有液体和固体的体积均指20℃,1标准大气压下的体积。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下制备例和对比制备例中的硅溶胶中的二氧化硅的含量为35重量%。
制备例1-8用于说明本发明的金属防腐涂料。
实施例1-12用于说明本发明的热镀金属材料及其制备方法。
制备例1
(1)在常温常压下,称取100g磷酸二氢铬螯合剂和150mL蒸馏水加入至第一容器中,在搅拌条件下使其完全溶解,待用;
(2)量取450mL蒸馏水以及50mL的硅溶胶至第二容器中,在搅拌条件下充分溶解,使溶液呈均匀稳定相;
(3)将步骤(2)中所得的溶液与步骤(1)中所得的溶液进行混合,且在搅拌速率为1350r/min条件下搅拌20分钟,待溶液呈均匀稳定相;
(4)向步骤(3)得到的溶液中加入蒸馏水至所得混合物溶液的体积为1L,并向其中加入适量消泡剂进行消泡,即得本制备例的金属防腐涂料TL1,且该金属防腐涂料TL1的pH值为2.5。
制备例2-8
制备例2-8采用与制备例1相似的方法进行,所不同的是,使用的磷酸二氢铬螯合剂以及硅溶胶的用量以及所得金属防腐涂料的pH值不同,具体地,如表1中所示。其中,制备例2所得的金属防腐涂料记为TL2,制备例3所得的金属防腐涂料记为TL3,以此类推。
其余均与制备例1中相同。
对比制备例1-2
对比制备例1-2采用与制备例1相似的方法进行,所不同的是,使用的磷酸二氢铬螯合剂以及硅溶胶的用量以及所得金属防腐涂料的pH值不同,具体地,如表1中所示。其中,对比制备例1所得的金属防腐涂料记为D-TL1,对比制备例2所得的金属防腐涂料记为D-TL2。
其余均与制备例1中相同。
表1
磷酸二氢铬螯合剂/g | 硅溶胶/mL | pH值 | |
制备例1 | 150 | 50 | 2.5 |
制备例2 | 150 | 90 | 2.2 |
制备例3 | 150 | 60 | 2.7 |
制备例4 | 150 | 100 | 2.4 |
制备例5 | 150 | 75 | 2.5 |
制备例6 | 100 | 100 | 2.9 |
制备例7 | 100 | 20 | 2.6 |
制备例8 | 75 | 25 | 2.4 |
对比制备例1 | 150 | 13 | 2.1 |
对比制备例2 | 150 | 193 | 3.5 |
实施例1
采用辊涂涂敷工艺将制备例1制备得到的金属防腐涂料TL1附着在热镀锌金属基材(购自攀钢集团攀枝花钢钒有限公司,型号DX54D,镀锌层中含锌95重量%,下同)的表面,并且经过固化以形成涂层,其中,所述热镀锌金属基材的温度为90℃,所述金属防腐涂料TL1的用量使得在所述热镀锌金属基材的表面形成的涂层的附着量为800mg/m2,且所述固化的时间为2s,所得涂层的厚度(涂层的厚度是用XRF(荧光光谱仪)测量仪测定的数值,下同)为0.8微米,获得镀锌钢板1。
实施例2-8
实施例2-8采用与实施例1相似的方法进行,所不同的是,使用的金属防腐涂料的种类不同,且热镀锌金属基材的温度(T)不同,以及固化时间(M)、金属防腐涂料的附着量(F)和涂层的厚度(H)不同,具体地,如表2中所示。
其余均与实施例1中相同。
实施例2获得的镀锌钢板记为镀锌钢板2,实施例3获得的镀锌钢板记为镀锌钢板3,依次类推。
对比例1-2
对比例1-2采用与实施例1相似的方法进行,所不同的是,使用的金属防腐涂料的种类不同,且热镀锌金属基材的温度(T)不同,以及固化时间(M)、金属防腐涂料的附着量(F)和涂层的厚度(H)不同,具体地,如表2中所示。
其余均与实施例1中相同。
对比例1获得的镀锌钢板记为镀锌钢板D1,对比例2获得的镀锌钢板记为镀锌钢板D2。
表2
金属防腐涂料 | T/℃ | F/mg/m2 | H/微米 | M/s | |
实施例1 | TL1 | 90 | 800 | 0.8 | 2 |
实施例2 | TL2 | 85 | 500 | 0.5 | 2 |
实施例3 | TL3 | 80 | 1000 | 1 | 3 |
实施例4 | TL4 | 92 | 1200 | 1.2 | 2 |
实施例5 | TL5 | 95 | 700 | 0.7 | 1 |
实施例6 | TL6 | 90 | 800 | 0.7 | 2 |
实施例7 | TL7 | 85 | 500 | 0.4 | 2 |
实施例8 | TL8 | 80 | 1000 | 0.8 | 3 |
对比例1 | D-TL1 | 90 | 800 | 0.6 | 2 |
对比例2 | D-TL2 | 92 | 1200 | 1.5 | 2 |
实施例9
本实施例采用与实施例1相似的方法进行,所不同的是,本实施例中的所述金属防腐涂料TL1的用量使得在所述热镀锌金属基材的表面形成的涂层的附着量为1400mg/m2。
其余均与实施例1中相同。
结果所得涂层的厚度为1.4微米。
获得镀锌钢板9。
实施例10
本实施例采用与实施例2相似的方法进行,所不同的是,本实施例中的所述金属防腐涂料TL2的用量使得在所述热镀锌金属基材的表面形成的涂层的附着量为1500mg/m2。
其余均与实施例2中相同。
结果所得涂层的厚度为1.5微米。
获得镀锌钢板10。
实施例11
本实施例采用与实施例3相似的方法进行,所不同的是,本实施例中的所述金属防腐涂料TL3的用量使得在所述热镀锌金属基材的表面形成的涂层的附着量为400mg/m2。
其余均与实施例3中相同。
结果所得涂层的厚度为0.4微米。
获得镀锌钢板11。
实施例12
本实施例采用与实施例4相似的方法进行,所不同的是,本实施例中的所述热镀锌金属基材的温度为60℃。
其余均与实施例4中相同。
结果固化时间为6s。
获得镀锌钢板12。
测试例
按GB/T101251997中规定的要求,进行中性盐雾试验,测定镀锌钢板1-镀锌钢板12以及镀锌钢板D1-镀锌钢板D2的耐腐蚀性能。按“盐雾试验96h,锈蚀面积<20%”视为合格。
按如下方法,测定镀锌钢板1-镀锌钢板12以及镀锌钢板D1-镀锌钢板D2的耐水性能:在水平放置的镀锌钢板1-镀锌钢板12以及镀锌钢板D1-镀锌钢板D2的表面,滴加约2毫升的沸水,经24小时自然干燥后,用3M胶带将滴水处粘附,对胶带上沾下的斑点计数,根据每平方厘米胶带上粘下斑点的计数,判断膜层耐水性的好坏,粘下的斑点越多,耐水性越差。
按如下方法,测定镀锌钢板1-镀锌钢板12以及镀锌钢板D1-镀锌钢板D2的耐热性:将镀锌钢板1-镀锌钢板12以及镀锌钢板D1-镀锌钢板D2置于热风炉内,在300℃下烘烤20分钟,然后取出观察涂层表面形貌变化,并采用色差仪测试烘烤前后试样表面的△L(亮度变量)、△a(红绿变量)、△b(黄蓝变量)值,并计算△E(色差)=(△L2+△a2+△b2)1/2。ΔE越小涂层即具有越优良的耐热性。
按如下方法,测定镀锌钢板1-镀锌钢板12以及镀锌钢板D1-镀锌钢板D2的耐指纹性:采用色差仪测试镀锌钢板1-镀锌钢板12以及镀锌钢板D1-镀锌钢板D2涂敷0.5克/平方米凡士林前后的△L(亮度变量)、△a(红绿变量)、△b(黄蓝变量)值,并计算△E(色差)=(△L2+△a2+△b2)1/2,ΔE越小涂层即具有越优良的耐指纹性能。
在M-2000环块式摩擦磨损试验仪上,按照其说明书测试镀锌钢板1-镀锌钢板12以及镀锌钢板D1-镀锌钢板D2的涂层的动摩擦系数。
如上所述的测试结果如表3所示。
表3
根据表3的数据可见,本发明提供的金属防腐涂料形成的防腐膜的耐蚀性、耐水性、耐热性和耐指纹性均十分优良,特别地,所述耐水性能最佳。并且,根据表3的数据可见,在本发明的优选的用量范围内,能够进一步提高所述金属防腐涂料形成的防腐膜的耐蚀性、耐水性、耐热性、耐指纹性和润滑性能。
特别地,本发明提供的金属防腐涂料还具有成本低廉的优点。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种金属防腐涂料,其特征在于,该金属防腐涂料由一种原料混合物混合均匀后得到,所述原料混合物中含有磷酸二氢铬螯合剂和硅溶胶,相对于100重量份的所述磷酸二氢铬螯合剂,所述硅溶胶以二氧化硅计的含量为5-40重量份。
2.根据权利要求1所述的金属防腐涂料,其中,相对于100重量份的所述磷酸二氢铬螯合剂,所述硅溶胶以二氧化硅计的含量为10-30重量份。
3.根据权利要求1所述的金属防腐涂料,其中,所述原料混合物的pH值为1-5,优选为2-3。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的金属防腐涂料,其中,所述原料混合物中还含有消泡剂。
5.权利要求1-4中任意一项所述的金属防腐涂料在制备金属材料中的应用。
6.一种热镀金属材料,该热镀金属材料包括热镀金属基材和附着在该热镀金属基材上的涂层,所述热镀金属基材为热镀锌金属基材和/或热镀铝锌金属基材,其特征在于,附着在所述热镀金属基材上的所述涂层为权利要求1-4中任意一项所述的金属防腐涂料的固化产物。
7.根据权利要求6所述的热镀金属材料,其中,所述涂层的厚度为0.5-1.5微米;优选地
所述涂层的厚度为0.5-1.2微米。
8.一种制备热镀金属材料的方法,该方法包括:将权利要求1-4中任意一项所述的金属防腐涂料附着在热镀金属基材的表面,并且经过固化以形成涂层,所述热镀金属基材为热镀锌金属基材和/或热镀铝锌金属基材。
9.根据权利要求8所述的方法,其中,所述热镀金属基材的温度为60-120℃;优选
所述热镀金属基材的温度为80-100℃。
10.根据权利要求8或9所述的方法,其中,所述金属防腐涂料的用量使得在所述热镀金属基材的表面形成的涂层的附着量为500-1500mg/m2,优选为500-1200mg/m2。
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