CN106833044A - 一种水性环保型金属防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水性环保型金属防腐涂料，原料分为A、B、C组分，按重量份计，各组分的含量为：A组分：钝化的锌铝混合浆料30‑40份，润湿剂40‑70份；B组分：硅烷偶联剂10‑15份，硼酸1‑3份，去离子水40‑60份；C组份为水溶性纤维素醚10‑20份；所述钝化的锌铝混合浆料由如下重量份的原料制成：纳米锌粉70‑80份，纳米铝粉15‑20份，钝化剂1‑3份，溶剂油15‑25份；本发明制成的无铬达克罗涂料，各原料混合的均匀程度更高，制备得到的无铬达克罗涂料性能更稳定，孔隙率较低，涂层的微观裂纹和孔洞较少，涂层的致密性较高，涂层的耐蚀性能好。

Description

一种水性环保型金属防腐涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于水性涂料领域，特别是涉及一种水性环保型金属防腐涂料及其制备方法。

背景技术

锌铬涂层(Zinc/Chromate Coatings)，又称达克罗涂层。是将水基锌铬涂料浸涂、刷涂或喷涂于钢铁零件或构件表面，经烘烤形成的鳞片状锌和锌的铬酸盐为主要成份的无机防腐蚀涂层；1999年前后，以云南弗斯特为代表的少数几家公司在达克罗配方以及鳞片状锌粉国产化方面取得突破性进展，2001年云南弗斯特金属工业有限公司在鳞片状锌粉研制方面申请了2项专利，其制作的锌粉达到了达克罗技术的要求。日前国内已有数家企业具备生产鳞片状锌粉的能力，近几年国产达克罗生产设备也达到国际先进水平，达克罗涂层具有许多优异性能，但也有缺点，其制备过程需要应用铬酐对锌粉、铝粉进行钝化处理，以致该涂层中含有六价铬或三价铬。无铬锌铝涂层是为满足世界各国的VOC法规和汽车行业规定的环保要求而开发出的表面处理新概念，无铬锌铝涂层作为锌铬涂层的更新换代产品已经首先被汽车制造行业普遍认可和接受，无铬锌铝涂层采用水性涂料不使用有机溶剂，不含有毒的金属如镍、铅、钡和汞以及六价铬或三价铬，符合美国环保署(EPA)、美国职业安全和健康行政部门(OSHA)的相应规范和世界各大汽车制造厂商的标准要求；目前无铬锌铝涂层实现了产业化的产品只有三种，由美国MCI公司、欧洲达克罗公司、日本NDS公司和巴西金属涂镀公司MCB合作开发的Geomet(交美特)涂层，由德国Delta公司推出的Delta涂层以及由北京永泰和金属防腐技术有限公司推出的BNC水性无铬锌铝涂层。专利方面，2004年Clermont等人申请了“使用铝的氧化物作为腐蚀抑制剂及含有该抑制剂的涂层”的美国专利，专利中指出使用铝的氧化物作为腐蚀抑制剂的铝的氧化物中铝的含量应在60％以上，而铝的氧化物在涂层中的含量应在0.5％～7％之间，最好为2％。由法国克拉克尔申请的发明专利《MoO3作为腐蚀抑制剂的用途，以及含有这种腐蚀抑制剂的涂料组合》，授权公告号为CN1303166C，公开了采用MoO3作为锌铝金属粉体的钝化剂。

从环保意义上讲，无铬锌铬涂层(无铬达克罗涂层)技术更符合时代要求，在全球范围内用无铬锌铬涂层(无铬达克罗涂层)代替传统的达克罗是必然趋势。因此，开发综合性能优异的无铬锌铬涂层是今后研究的重要方向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种水性环保型金属防腐涂料及其制备方法，该涂料具有较高的防腐性能，耐有机溶剂、耐蚀性均十分良好，并且该涂料使用水为溶剂，减少了溶剂的使用，环保性能优异。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种水性环保型金属防腐涂料，原料分为A、B、C组分，按重量份计，各组分的含量为：

A组分：钝化的锌铝混合浆料30-40份，润湿剂40-70份；B组分：硅烷偶联剂10-15份，硼酸1-3份，去离子水40-60份；C组份为水溶性纤维素醚10-20份；

所述钝化的锌铝混合浆料由如下重量份的原料制成：纳米锌粉70-80份，纳米铝粉15-20份，钝化剂1-3份，溶剂油15-25份。

其中，所述钝化剂由如下质量分数的组份组成：水溶性有机羧酸5-25％，三聚磷酸铝10-20％，稀土盐10-20％和钼酸铵30-50％。

所述纳米锌粉和纳米铝粉的粒径为50-150nm。

所述润湿剂是聚乙二醇200、聚乙二醇400中的一种或两种。

所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、KH-570、KH-560，或者硅烷偶联剂A-151、A-171。

所述水溶性有机羧酸为酒石酸、草酸、柠檬酸、丁二酸、马来酸和葡萄糖酸中的一种或几种。

所述稀土盐为硝酸镧、硝酸铈中的一种或几种。

另外，本发明还提供了所述水性环保型金属防腐涂料的制备方法，包括如下步骤：

(1)按重量份先将纳米锌粉，纳米铝粉和溶剂油混合，之后加入钝化剂搅拌均匀，得到钝化的锌铝混合浆料；

(2)按重量份将步骤(1)得到的钝化的锌铝混合浆料，润湿剂搅拌混合均匀得到A组份；

(3)按重量份将硅烷偶联剂，硼酸和去离子水搅拌混合均匀得到B组份；

(4)将步骤(2)得到的A组份、步骤(3)得到的B组份以及C组份混合搅拌均匀即得所述涂料。

本发明的技术效果主要在于两个方面：(1)本发明采用纳米级别的锌粉和铝粉来制备钝化的锌铝混合浆料，纳米级别的锌粉和铝粉由于其小尺寸效应，在与钝化剂接触时迅速且完全钝化，没有死角，相比于颗粒粉状或片状的锌和铝材料，效果更好，完全钝化的片状锌粉和铝粉不会产生水化反应，使本发明制备的无铬水性金属防腐涂料具有良好的长期稳定性；(2)本发明的钝化剂由水溶性有机羧酸、三聚磷酸铝、稀土盐和钼酸铵四种成分复配而成，钝化效果优异，能够保证锌和铝的表层完全钝化，并且在使锌铝更好钝化时抑制析氢；(3)本发明制成的无铬达克罗涂料，各原料混合的均匀程度更高，制备得到的无铬达克罗涂料性能更稳定，孔隙率较低，涂层的微观裂纹和孔洞较少，涂层的致密性较高，涂层的耐蚀性能好。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的阐述：

实施例1

一种水性环保型金属防腐涂料，原料分为A、B、C组分，按重量份计，各组分的含量为：

A组分：钝化的锌铝混合浆料35份，润湿剂聚乙二醇20060份；B组分：硅烷偶联剂KH-55012份，硼酸2份，去离子水50份；C组份为水溶性纤维素醚15份；

所述钝化的锌铝混合浆料由如下重量份的原料制成：纳米锌粉75份，纳米铝粉18份，钝化剂2份，溶剂油20份；其中，所述钝化剂由如下质量分数的组份组成：水溶性有机羧酸酒石酸25％，三聚磷酸铝15％，稀土盐硝酸镧15％和钼酸铵45％。

实施例2

一种水性环保型金属防腐涂料，原料分为A、B、C组分，按重量份计，各组分的含量为：

A组分：钝化的锌铝混合浆料30份，润湿剂聚乙二醇20040份；B组分：硅烷偶联剂KH-57010份，硼酸1份，去离子水40份；C组份为水溶性纤维素醚10份；

所述钝化的锌铝混合浆料由如下重量份的原料制成：纳米锌粉70份，纳米铝粉15份，钝化剂1份，溶剂油15份；其中，所述钝化剂由如下质量分数的组份组成：水溶性有机羧酸草酸20％，三聚磷酸铝20％，稀土盐硝酸铈20％和钼酸铵40％。

实施例3

一种水性环保型金属防腐涂料，原料分为A、B、C组分，按重量份计，各组分的含量为：

A组分：钝化的锌铝混合浆料40份，润湿剂聚乙二醇40070份；B组分：硅烷偶联剂KH-56015份，硼酸3份，去离子水60份；C组份为水溶性纤维素醚20份；

所述钝化的锌铝混合浆料由如下重量份的原料制成：纳米锌粉80份，纳米铝粉20份，钝化剂3份，溶剂油25份；其中，所述钝化剂由如下质量分数的组份组成：水溶性有机羧酸柠檬酸15％，三聚磷酸铝20％，稀土盐硝酸镧15％和钼酸铵50％。

实施例4

一种水性环保型金属防腐涂料，原料分为A、B、C组分，按重量份计，各组分的含量为：

A组分：钝化的锌铝混合浆料32份，润湿剂聚乙二醇20050份；B组分：硅烷偶联剂A-15111份，硼酸2份，去离子水45份；C组份为水溶性纤维素醚12份；

所述钝化的锌铝混合浆料由如下重量份的原料制成：纳米锌粉72份，纳米铝粉16份，钝化剂2份，溶剂油18份；其中，所述钝化剂由如下质量分数的组份组成：水溶性有机羧酸丁二酸25％，三聚磷酸铝20％，稀土盐硝酸铈20％和钼酸铵35％。

实施例5

一种水性环保型金属防腐涂料，原料分为A、B、C组分，按重量份计，各组分的含量为：

A组分：钝化的锌铝混合浆料38份，润湿剂聚乙二醇40062份；B组分：硅烷偶联剂A-17114份，硼酸2份，去离子水55份；C组份为水溶性纤维素醚18份；

所述钝化的锌铝混合浆料由如下重量份的原料制成：纳米锌粉78份，纳米铝粉18份，钝化剂2份，溶剂油22份；其中，所述钝化剂由如下质量分数的组份组成：水溶性有机羧酸马来酸20％，三聚磷酸铝15％，稀土盐硝酸铈20％和钼酸铵45％。

对比例1

一种水性环保型金属防腐涂料，原料分为A、B、C组分，按重量份计，各组分的含量为：

A组分：钝化的锌铝混合浆料35份，润湿剂聚乙二醇20060份；B组分：硅烷偶联剂KH-55012份，硼酸2份，去离子水50份；C组份为水溶性纤维素醚15份；

所述钝化的锌铝混合浆料由如下重量份的原料制成：锌片75份，铝片18份，钝化剂2份，溶剂油20份；其中，所述钝化剂由如下质量分数的组份组成：水溶性有机羧酸酒石酸25％，三聚磷酸铝15％，稀土盐硝酸镧15％和钼酸铵45％。

对比例2

一种水性环保型金属防腐涂料，原料分为A、B、C组分，按重量份计，各组分的含量为：

A组分：钝化的锌铝混合浆料35份，润湿剂聚乙二醇20060份；B组分：硅烷偶联剂KH-55012份，硼酸2份，去离子水50份；C组份为水溶性纤维素醚15份；

所述钝化的锌铝混合浆料由如下重量份的原料制成：锌粉(微米级)75份，铝粉(微米级)18份，钝化剂2份，溶剂油20份；其中，所述钝化剂由如下质量分数的组份组成：水溶性有机羧酸酒石酸25％，三聚磷酸铝15％，稀土盐硝酸镧15％和钼酸铵45％。

实施例6

实施例1-5以及对比例1-2所述水性环保型金属防腐涂料的制备方法，包括如下步骤：

(1)按重量份先将锌源，铝源和溶剂油混合，之后加入钝化剂搅拌均匀，得到钝化的锌铝混合浆料；

(2)按重量份将步骤(1)得到的钝化的锌铝混合浆料，润湿剂搅拌混合均匀得到A组份；

(3)按重量份将硅烷偶联剂，硼酸和去离子水搅拌混合均匀得到B组份；

(4)将步骤(2)得到的A组份、步骤(3)得到的B组份以及C组份混合搅拌均匀即得所述涂料。

实施例1-5以及对比例1-2所述水性环保型金属防腐涂料的性能测试：

用中性盐雾试验箱测试涂层耐蚀性能，热震试验测试涂层抗热震性，用金相显微镜或扫描电子显微镜测试涂层厚度，用涂-4杯粘度仪测试涂料粘度。本例的测试结果列于表1。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水性环保型金属防腐涂料，其特征在于，原料分为A、B、C组分，按重量份计，各组分的含量为：

A组分：钝化的锌铝混合浆料30-40份，润湿剂40-70份；B组分：硅烷偶联剂10-15份，硼酸1-3份，去离子水40-60份；C组份为水溶性纤维素醚10-20份；

所述钝化的锌铝混合浆料由如下重量份的原料制成：纳米锌粉70-80份，纳米铝粉15-20份，钝化剂1-3份，溶剂油15-25份。

2.根据权利要求1所述的水性环保型金属防腐涂料，其特征在于，所述钝化剂由如下质量分数的组份组成：水溶性有机羧酸5-25％，三聚磷酸铝10-20％，稀土盐10-20％和钼酸铵30-50％。

3.根据权利要求2所述的水性环保型金属防腐涂料，其特征在于，所述纳米锌粉和纳米铝粉的粒径为50-150nm。

4.根据权利要求3所述的水性环保型金属防腐涂料，其特征在于，所述润湿剂是聚乙二醇200、聚乙二醇400中的一种或两种。

5.根据权利要求4所述的水性环保型金属防腐涂料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、KH-570、KH-560，或者硅烷偶联剂A-151、A-171。

6.根据权利要求1-2任一项所述的水性环保型防腐涂料，其特征在于，所述水溶性有机羧酸为酒石酸、草酸、柠檬酸、丁二酸、马来酸和葡萄糖酸中的一种或几种。

7.根据权利要求6所述的水性环保型金属防腐涂料，其特征在于，所述稀土盐为硝酸镧、硝酸铈中的一种或几种。

8.根据权利要求1-7任一项所述水性环保型金属防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)按重量份先将纳米锌粉，纳米铝粉和溶剂油混合，之后加入钝化剂搅拌均匀，得到钝化的锌铝混合浆料；

(2)按重量份将步骤(1)得到的钝化的锌铝混合浆料，润湿剂搅拌混合均匀得到A组份；

(3)按重量份将硅烷偶联剂，硼酸和去离子水搅拌混合均匀得到B组份；

(4)将步骤(2)得到的A组份、步骤(3)得到的B组份以及C组份混合搅拌均匀即得所述涂料。