CN106752922A - 水性无铬锌铝防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

水性无铬锌铝防腐涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水性无铬锌铝防腐涂料，按重量百分比计，包括如下组份：锌粉50％‑60％、铝粉5％‑15％、润湿剂2％‑4％、硅烷偶联剂1％‑3％、增稠剂0.1％‑0.3％、有机溶剂15％‑20％、硅树脂2％‑3％、纳米溶胶1％‑2％、含硼化合物1‑5％、去离子水5％‑20％，其中，硅树脂为甲基硅树脂、含氢硅树脂、MQ硅树脂和乙烯基硅树脂中的一种。本发明制备的无铬锌铝涂料耐蚀性好、结合力强、硬度高，并且环境友好、能耗小、固含量高，成本低。

Description

水性无铬锌铝防腐涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属表面防腐处理技术领域，具体涉及一种水性无铬锌铝防腐涂料及其制备方法。
背景技术
防腐涂层是避免金属制品腐蚀的有效手段，目前，用于用于金属防锈装饰用的油漆绝大多数是含有机溶剂，施工时加稀释剂，易燃有毒，对环境污染严重，对底材要求严格。而传统的电镀锌和热浸锌工艺由于耐蚀性差、不环保、有氢脆，且使用温度受限，局限性很大。锌铬涂层(达克罗涂层)与之相比，各个方面都有长足改进，因而得到相当广泛的应用。锌铝涂层是将片状锌粉和铝粉、铬酐、表面活性剂、去离子水组成的涂料涂覆于工件表面，然后在300℃左右的温度固化，经氧化还原反应形成铬酸盐。然而，其中含有的Cr6+，毒性强且致癌，已经受到越来越严格的限制。
现今市场，钢铁制品防腐蚀的DACROMET涂料涂装正在被无铬涂料Geomet、DeltaMKS、Magni、Zintek所取代，其中尤其以水性无铬环境友好型Geomet为主流。
如CN101899254A号专利中以片状锌粉、片状铝粉、改性树脂、分散剂、缓蚀剂、无机添加剂、有机硅烷偶联剂、有机溶剂制得防腐涂料。该工艺特点是采用有机硅烷偶联剂和改性树脂替代达克罗涂层中的铬酸盐，不仅实现涂层无铬化，同时也降低了固化温度，减少能耗。然而，该技术在使用中，涂层的耐候性较差。
CN1172135A专利中公开的涂料，包括水性介质，以及醇，金属，增稠剂，硅烷偶联剂，润湿剂。该专利利用带环氧官能团的硅烷作为粘合剂，因此需要大量的硅烷偶联剂以提高配料的稳定性和涂层的粘结性。需烘烤温度为355℃，耗能高，切对薄板，弹簧类工件易造成退火及热变形事故。且涂料中含有微泡，最终直接影响涂装质量和外观。
另有CN102504700A专利公开了它包括使用时予以混合调匀的A剂和B剂，以A,B剂的合计重量为100％，A剂包括下列组分：乳化剂，醇，消泡剂，增稠剂，金属锌铝粉或者锌铝膏；所述B剂包括去离子水，硅烷偶联剂。不含重金属，无苯二甲苯等有毒有机溶剂，固化时间短。但该涂层固含量较低，一般只有30％左右，而且要再涂覆无机硅酸盐涂装才能具有更好的耐候性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种水性无铬锌铝防腐涂料及其制备方法，本发明制备的无铬锌铝涂料耐蚀性好、结合力强、硬度高，并且环境友好、能耗小、固含量高，成本低。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种水性无铬锌铝防腐涂料，按重量百分比计，包括如下组份：
其中，硅树脂为甲基硅树脂、含氢硅树脂、MQ硅树脂和乙烯基硅树脂中的一种；
所述锌粉和铝粉均为鳞片状，所述锌粉的片径为10-15μm，厚度为0.1-0.2μm，所述铝粉的片径为8-15μm，厚度为0.1-0.2μm。
进一步的，所述润湿剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚和脂肪酸聚氧乙烯酯中的一种。
进一步的，所述硅烷偶联剂为KH550、KH560和KH792中的一种。
进一步的，所述有机溶剂由二丙二醇和添加物组成。
进一步的，所述添加物为丙二醇甲醚醋酸酯、二丙二醇单甲醚、乙二醇、二乙二醇、D40溶剂油、C9芳烃溶剂油和3-甲基-1,3,5-戊三醇中的一种或多种，其中二丙二醇的添加重量为防腐涂料总重量的10％-12％，当添加物使用3-甲基-1,3,5-戊三醇时，所述3-甲基-1,3,5-戊三醇的添加重量为防腐涂料总重量的0.3-0.7％。
进一步的，所述纳米溶胶的粒径范围为10-50μm，固含量为20-40％，PH值为7.5-8.5，所述纳米溶胶为纳米二氧化硅的水分散液、二氧化硅的异丙醇分散液、二氧化硅的甲醇分散液、二氧化硅的乙醇分散液、纳米二氧化钛的水分散液、纳米氧化铝的水分散液和纳米氧化钼的水分散液中的一种。
进一步的，所述含硼化合物为硼酸或硼砂。
进一步的，所述增稠剂为甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素和羧甲基纤维素中的一种，所述增稠剂的分子量为1.8-2.2万。
制备权利要求1中所述的水性无铬锌铝防腐涂料的方法，包括以下步骤：
步骤1)先将锌粉和铝粉搅拌均匀，然后将去离子水分为两份；
步骤2)在第一份去离子水中加入有机溶剂、硅树脂、润湿剂和硼砂并高速搅拌20-40min，制得基料；
步骤3)然后将硅烷偶联剂加入到第二份去离子水中，搅拌至硅烷偶联剂完全水解呈无色透明为止；
步骤4)将基料加入其中，搅拌直至均匀，再加入增稠剂搅拌，即制得防腐涂料。
进一步的，所述防腐涂料固化时的温度为290℃-310℃，固化的时间为16-20分钟。
本发明的有益效果是:
本发明常温下进行，加工、操作、控制、使用简便，有利于环保、降低劳动强度。所采用的粘接剂为有机硅烷偶联剂和硅树脂，无六价铬及其他重金属化合物，也不含苯，二甲苯等有毒致癌的有机溶剂，所得涂料的固含量高，能够达到60％以上，涂料收缩比小，无气泡，抗冲击性能好。制品中的有机溶剂属于中低沸点环保型的溶剂，在300±10℃的温度下即可完成固化，温度也低于常规工艺，降低能耗，节约使用成本。
所制成的涂层在15μm厚度下可达到700小时的耐盐雾试验，附着力5级，硬度达到6H，冲击强度为60-70kg*cm。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例详细给出。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
水性无铬锌铝防腐涂料，包括如下组份：
该配方制得的防腐涂料的固含量至少为68％，防腐涂料固化时的温度为290℃，固化的时间为16分钟。
实施例二
水性无铬锌铝防腐涂料，包括如下组份：
该配方制得的防腐涂料的固含量至少为66％，防腐涂料固化时的温度为300℃，固化的时间为18分钟。
实施例三
水性无铬锌铝防腐涂料，包括如下组份：
该配方制得的防腐涂料的固含量至少为63％，防腐涂料固化时的温度为290℃，固化的时间为20分钟。
实施例四
水性无铬锌铝防腐涂料，包括如下组份：
该配方制得的防腐涂料的固含量至少为60％，防腐涂料固化时的温度为305℃，固化的时间为19分钟。
实施例五
一种水性无铬锌铝防腐涂料，按重量百分比计，包括如下组份：
该配方制得的防腐涂料的固含量至少为62％，防腐涂料固化时的温度为310℃，固化的时间为18分钟。
实施例六
实施例六与实施例一的区别在于，纳米二氧化硅的水分散液替换为纳米氧化铝的水分散液。
实施例七
实施例七与实施例二的区别在于，二氧化硅的异丙醇分散液替换为纳米氧化钼的水分散液。
上述实施例中，锌粉和铝粉均为鳞片状，锌粉的片径为10-15μm，厚度为0.1-0.2μm，铝粉的片径为8-15μm，厚度为0.1-0.2μm。
纳米溶胶的粒径范围为10-50μm，固含量为20-40％，PH值为7.5-8.5，增稠剂的分子量为1.8-2.2万。
上述实施例在制备水性无铬锌铝防腐涂料时，包括以下步骤：
步骤1)先将锌粉和铝粉搅拌均匀，然后将去离子水分为两份；
步骤2)在第一份去离子水中加入有机溶剂、硅树脂、润湿剂和硼砂并高速搅拌20-40min，制得基料；
步骤3)然后将硅烷偶联剂加入到第二份去离子水中，搅拌至硅烷偶联剂完全水解呈无色透明为止；
步骤4)将基料加入其中，搅拌直至均匀，再加入增稠剂搅拌，即制得防腐涂料。
本发明是一种常温下进行，加工、操作、控制、使用简便的涂料，有利于环保、降低劳动强度。所采用的有机硅烷偶联剂和硅树脂(无机材料)，无六价铬及其他重金属化合物，也不含苯，二甲苯等有毒致癌的有机溶剂，所得涂料的固含量高，能够达到60％以上，并且粘结效果好，涂料收缩比小，无气泡，抗冲击性能好，一次涂覆厚度厚，减少多次涂覆以用来增加涂层厚度。制品中的有机溶剂属于中低沸点环保型的溶剂，在300±10℃的温度下即可完成固化，温度也低于常规工艺，降低能耗，节约使用成本。
本发明整体粘结效果好、耐候性强、固含量高，硬度高，能够适合各种环境中使用，涂层不易磨损，有效保护金属。
通过上述实施例所制成的涂层均能够在在15μm厚度下可达到700小时的耐盐雾试验，附着力5级，硬度达到6H，冲击强度为60-70kg*cm。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种水性无铬锌铝防腐涂料，其特征在于，按重量百分比计，包括如下组份：
其中，硅树脂为甲基硅树脂、含氢硅树脂、MQ硅树脂和乙烯基硅树脂中的一种；
所述锌粉和铝粉均为鳞片状，所述锌粉的片径为10-15μm，厚度为0.1-0.2μm，所述铝粉的片径为8-15μm，厚度为0.1-0.2μm。
2.根据权利要求1所述的一种水性无铬锌铝防腐涂料，其特征在于：所述润湿剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚和脂肪酸聚氧乙烯酯中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种水性无铬锌铝防腐涂料，其特征在于：所述硅烷偶联剂为KH550、KH560和KH792中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种水性无铬锌铝防腐涂料，其特征在于：所述有机溶剂由二丙二醇和添加物组成。
5.根据权利要求4所述的一种水性无铬锌铝防腐涂料，其特征在于：所述添加物为丙二醇甲醚醋酸酯、二丙二醇单甲醚、乙二醇、二乙二醇、D40溶剂油、C9芳烃溶剂油和3-甲基-1,3,5-戊三醇中的一种或多种，其中二丙二醇的添加重量为防腐涂料总重量的10％-12％，当添加物使用3-甲基-1,3,5-戊三醇时，所述3-甲基-1,3,5-戊三醇的添加重量为防腐涂料总重量的0.3-0.7％。
6.根据权利要求1所述的一种水性无铬锌铝防腐涂料，其特征在于：所述纳米溶胶的粒径范围为10-50μm，固含量为20-40％，PH值为7.5-8.5，所述纳米溶胶为纳米二氧化硅的水分散液、二氧化硅的异丙醇分散液、二氧化硅的甲醇分散液、二氧化硅的乙醇分散液、纳米二氧化钛的水分散液、纳米氧化铝的水分散液和纳米氧化钼的水分散液中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种水性无铬锌铝防腐涂料，其特征在于：所述含硼化合物为硼酸或硼砂。
8.根据权利要求1所述的一种水性无铬锌铝防腐涂料，其特征在于：所述增稠剂为甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素和羧甲基纤维素中的一种，所述增稠剂的分子量为1.8-2.2万。
9.制备权利要求1中所述的水性无铬锌铝防腐涂料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)先将锌粉和铝粉搅拌均匀，然后将去离子水分为两份；
步骤2)在第一份去离子水中加入有机溶剂、硅树脂、润湿剂和硼砂并高速搅拌20-40min，制得基料；
步骤3)然后将硅烷偶联剂加入到第二份去离子水中，搅拌至硅烷偶联剂完全水解呈无色透明为止；
步骤4)将基料加入其中，搅拌直至均匀，再加入增稠剂搅拌，即制得防腐涂料。
10.根据权利要求9所述的制备一种水性无铬锌铝防腐涂料的方法，其特征在于：所述防腐涂料固化时的温度为290℃-310℃，固化的时间为16-20分钟。
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