CN107216768A - 一种超薄纳米型防腐涂料及其自流平浸涂工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超薄纳米型防腐涂料及其自流平浸涂工艺，旨在提供一种不含重金属，具有超强抗刮耐磨、防腐性能超薄纳米型防腐涂料；该涂料涂覆时自流平效果好，可替代传统电镀锌和热镀锌工艺，浸涂后涂层超薄、适应性广、并且生产成本低；其技术方案：所述超薄纳米型防腐涂料按重量百分比计，包含下列组分：改性树脂10‑40%；固化剂2‑5%；固化促进剂0.1‑0.5%；防腐抑制剂2‑8%；耐磨纳米级蜡粉1‑2%；石墨烯粉末0.01‑0.05%；金属组合物5‑15%；溶剂30‑70%，各组分之和为100%。

Description

一种超薄纳米型防腐涂料及其自流平浸涂工艺
技术领域
本发明涉及涂层防腐技术领域，尤其是涉及一种超薄纳米型防腐涂料及其自流平浸涂工艺。
背景技术
电镀是材料表面处理的重要基础，广泛应用在国民生产的各个领域，其中，镀锌是对钢材和钢铁制品进行表面保护的主要手段，传统的镀锌工艺为热浸镀锌和电镀锌，然而，在工艺过程中以及镀前和镀后的处理都会不同程度地对环境造成污染，电镀和热镀行业成了除造纸、印染之外的一大污染源，其中电镀锌产生的废水是电镀废水中的主要成分，例如日本某城10个电镀厂，每天排废水量为1000吨，上海某厂每天废水排放量为320吨；而热浸镀锌则采用烘干溶剂法工艺，整个热浸镀锌过程是在高温下进行，从而产生大量的氯化氢气体析出，锌池长时间处于高温下，产生大量氧化锌、氯化铵等，部分的乡镇企业采用烧煤的放射式加热炉，向大气中排放大量的含二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳和粉尘的烟雾对环境引起了严重的危害引起了工业界的重视。
中国发明专利CN1936075A公开了一种替代电镀的喷镀涂料和工艺，该发明采用高性能的涂料和特殊工艺喷镀，形成高亮度且附着力强的喷镀材料，整个喷镀镀层由一道底涂层、一道金属喷镀层、一道面涂层三部分组成，取代了传统的电镀工艺，解决污染问题，然而这种喷镀涂料和工艺存在喷镀工艺繁琐、需进行三次喷涂、固化时间慢、涂层厚、生产效率低且生产成本高等缺陷。
中国发明专利CN105505110公开了一种石墨烯涂镀锌防腐涂料及制备方法，该发明技术方案主要采用石墨烯具有较佳的抗氧化性能，具有极佳的防腐性能，能够提高钢制材质的设备和建筑的使用寿命，同时还具有较好的附着力、耐老化性、防水性的优点。然而这种方法存在只能喷涂而无法浸涂施工，工业化生产效率低、涂层厚且耐刮擦效果不佳等缺陷。
美国专利US20150218389A1公开了一种具有防腐蚀性能的涂料组合物，所公开的防腐涂料组合物包含分散在其中的结合聚合物和磷酸铝腐蚀抑制颜料，这种防腐涂料组合物可以用作底漆涂层，中涂层和/或顶涂层涂层，可以施加到金属基材上并使其干燥以形成完全固化的膜；这种防腐涂料组合物其主要是通过磷酸铝颗粒来抑制/控制基底的腐蚀，磷酸铝是通过铝盐与磷酸和基材组合的溶胶凝胶法制成的，磷酸铝胶体颗粒是纳米级的。然而这种涂料组合物对磷酸铝颗粒的要求是苛刻的，其生产工艺复杂，生产效率低，涂料施工方法也无法实现浸涂，涂膜厚度较厚。
发明内容
为了克服上述现有问题，本发明提供了一种超薄纳米型防腐涂料，该纳米型防腐涂料是不含重金属的抗刮耐磨防腐液，可替代传统电镀工艺和热镀工艺，浸涂后自流平并热固化在金属基材上，给被涂基材提供优异的防腐性能。
一种超薄纳米型防腐涂料，按重量百分比计，包含下列组分：
改性树脂： 10-40%
固化剂： 2-5%
固化促进剂： 0.1-0.5%
防腐抑制剂： 2-8%
耐磨纳米级蜡粉： 1-2%
石墨烯粉末： 0.01-0.05%
金属组合物： 5-15%
溶剂： 30-70%
各组分之和为 100%。
优选的，上述的超薄纳米型防腐涂料，所述的改性树脂为环氧当量420-605，粘度5000-15000cps的改性树脂，所述改性树脂为有机硅改性环氧树脂或有机氟改性环氧树脂或脂肪族改性环氧树脂或酚醛改性环氧树脂其中之一或任意组合。
优选的，上述的超薄纳米型防腐涂料，所述防腐抑制剂通过下述方法制得：称取下述重量份的组分：有机溶剂36-44份、聚乙二醇1-2份、铝酸酯偶联剂2-3份，溶剂型纳米二氧化硅分散液25-30份、三聚硅酸铝13-18份、磷酸锌10-14份，加入反应釜，常温下高速搅拌均匀，再升温至80℃，滴加2.5-3.5份六亚甲基四胺和1份环己胺的混合溶液，滴加完毕，在80℃保温4h得到防腐抑制剂。
优选的，上述的超薄纳米型防腐涂料，所述耐磨纳米级蜡粉的平均粒度为6至7.5nm，最大粒径不超过22nm；所述的耐磨纳米级蜡粉为PTFE蜡、聚乙烯蜡、氟化氯乙烯蜡中的其中一种。
优选的，上述的超薄纳米型防腐涂料，所述石墨烯为氧化石墨烯、氢化石墨烯或者氟化石墨烯中的一种或多种。
优选的，上述的超薄纳米型防腐涂料，所述金属组合物为金、银、铜、锌、铝或合金中中至少两种物质的任意组合。
优选的，上述的超薄纳米型防腐涂料，所述金属组合物为锌粉和漂浮型铝银浆。
优选的，上述的超薄纳米型防腐涂料，所述固化剂潜伏型双氰胺固化剂、有机酸酐类组合物、改性脂肪族胺类化合物中其中之一，所述的固化促进剂为改性咪唑类环氧固化促进剂。
优选的，上述的超薄纳米型防腐涂料，所述的有机溶剂由体积比5-7：5-3的非极性溶剂和极性溶剂组成。
本发明提供的后一个技术方案是上述的超薄纳米型防腐涂料的使用方法：
一种自流平浸涂工艺，包括如下步骤：将被涂工件除油除锈保持表面干净无油垢，再将被涂工件浸泡在权利要求1所述的纳米型防腐涂料中，浸泡5-30秒，悬空晾干3-30分钟，自动流平后采用150℃-200℃烘烤炉烘烤固化后常温冷却。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明提供的纳米型防腐涂料通过添加金属组合物及石墨烯，为整个涂料体系带来了更好的防腐性能及耐磨抗刮性能。石墨烯可以填充到涂料涂层的孔洞和缺陷中，增强涂料涂层的物理隔绝作用和防腐性能，而且石墨烯与水的接触角很大，对水的浸润性很差，水分子很难被石墨烯吸收；石墨烯具有快速的导电性，使阳极反应失去的电子通过石墨烯传到涂层表面，抑制阳极反应的进行，对金属表面进行保护，从而实现涂层在很薄的情况下，可耐5%氯化钠中性盐雾可达1000h以上，耐腐蚀性极强，且涂膜厚度超薄仅有5-8um，完全满足市场低成本高性能的要求，而实践证明了采用锌粉、铝浆、石墨烯做成防腐涂料是最有效最经济的方法，施工简便，适应性广，对金属基材无苛刻要求，无废渣废液排放，环保可靠性高。
2、本发明的纳米型防腐涂料通过在体系内添加防腐抑制剂以及石墨烯，使得涂层采用薄涂时仍可保持很好的防腐性能，相比传统的至少30-100微米的涂层，大大降低了涂料的使用成本。
3、本发明的纳米型防腐涂料通过采用非极性溶剂和极性溶剂组合作为溶剂，能和漂浮型铝浆结合，能有效控制涂料的粘度，使得漂浮型铝银浆能自行排列，形成自流平光滑的涂层，解决了传统采用非漂浮型铝浆、采用自流平浸涂工艺出现的漆膜不均匀问题。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明的权利要求做进一步的详细说明。
实施例1
本发明提供的一种超薄纳米型防腐涂料，按重量百分比计，包含下列组分：
有机硅改性环氧树脂： 40%
四氢邻苯二甲酸酐： 2%
1一氰乙基一2一苯基咪唑： 0.5%
防腐抑制剂： 2%
PTFE蜡： 2%
氧化石墨烯： 0.01%
金粉 10%
铜粉 5%
溶剂： 38.49%；
所述的改性树脂为端羟基聚二甲基硅氧烷改性环氧树脂，其环氧当量430，粘度12000cps；
所述的溶剂由环己烷和乙醇按体积比7：5混合而成的。
所述防腐抑制剂通过下述方法制得：称取下述重量份的组分：乙醇40份、磷酸0.5份，聚乙二醇1份、铝酸酯偶联剂2份，溶剂型纳米二氧化硅分散液25份、三聚硅酸铝15份、磷酸锌12份，加入反应釜，常温下高速搅拌均匀，再升温至80℃，滴加3份六亚甲基四胺和1份环己胺的混合溶液，滴加完毕，在80℃保温4h得到防腐抑制剂。
实施例2
本发明提供的一种超薄纳米型防腐涂料，按重量百分比计，包含下列组分：
脂肪族环氧树脂： 10%
酮亚胺： 5%
水杨酸改性咪唑环氧树脂固化促进剂 0.1%
防腐抑制剂： 8%
聚乙烯蜡： 1%
氢化石墨烯： 0.05%
银粉 3%
铜粉 3%
锌粉 4%
溶剂： 65.85%；
所述的脂肪族环氧树脂为脂肪族缩水甘油醚环氧树脂，其环氧当量450，粘度10000cps；
所述防腐抑制剂通过下述方法制得：称取下述重量份的组分：乙醇36份、聚乙二醇2份、铝酸酯偶联剂2份，溶剂型纳米二氧化硅分散液30份、三聚硅酸铝13份、磷酸锌14份，加入反应釜，常温下高速搅拌均匀，再升温至80℃，滴加2.5份六亚甲基四胺和1份环己胺的混合溶液，滴加完毕，在80℃保温4h得到防腐抑制剂。
所述的溶剂由石油醚和乙醚按体积比7：3混合而成的。
实施例3
本发明提供的一种超薄纳米型防腐涂料，按重量百分比计，包含下列组分：
酚醛改性环氧树脂： 17.28%
潜伏型双氰胺固化剂： 3%
2-甲基咪唑环氧树脂固化促进剂： 0.2%
防腐抑制剂： 3%
氟化氯乙烯蜡： 1.5%
氟化石墨烯： 0.02%
漂浮型铝浆： 3%
锌粉 2%
溶剂： 70%；
所述的酚醛改性环氧树脂环氧当量440，粘度7000cps；
所述防腐抑制剂通过下述方法制得：称取下述重量份的组分：乙醇44份、聚乙二醇份、铝酸酯偶联剂3份，溶剂型纳米二氧化硅分散液25份、三聚硅酸铝18份、磷酸锌10份，加入反应釜，常温下高速搅拌均匀，再升温至80℃，滴加3.5份六亚甲基四胺和1份环己胺的混合溶液，滴加完毕，在80℃保温4h得到防腐抑制剂。
所述的溶剂由己烷和甲苯按体积比5：5混合而成的。
实施例4
本发明提供的一种超薄纳米型防腐涂料，按重量百分比计，包含下列组分：
酚醛改性环氧树脂： 25.2%
潜伏型双氰胺固化剂： 3%
1一氰乙基一2一苯基咪唑 ： 0.25%
防腐抑制剂： 4%
聚乙烯蜡： 2.5%
氧化石墨烯： 0.03%
氟化石墨烯中： 0.02%
漂浮型铝浆： 10%
锌粉 ： 5%
溶剂： 50%；
所述的溶剂由正戊烷和丙酮按体积比5：5混合而成的。
所述的酚醛改性环氧树脂环氧当量480，粘度8000cps；
所述防腐抑制剂通过下述方法制得：称取下述重量份的组分：乙醇38份、聚乙二醇2份、铝酸酯偶联剂2.5份，溶剂型纳米二氧化硅分散液28份、三聚硅酸铝15份、磷酸锌12份，加入反应釜，常温下高速搅拌均匀，再升温至80℃，滴加3份六亚甲基四胺和1份环己胺的混合溶液，滴加完毕，在80℃保温4h得到防腐抑制剂。
实施例1至4中的一种超薄纳米型防腐涂料的制备方法为，将改性环氧树脂与防腐抑制剂采用分散机1500转分散10至20分钟，刮细度（10um以下合格），再将石墨烯粉料采用预活化的方式加入到体系中采用分散机1500转10至20分钟，刮细度（10um以下合格），再依次将耐磨纳米级蜡粉、固化剂、固化促进剂加入到体系中10至20分钟，金属组合物则分别采用有机溶剂浸泡8h后加入到体系，分散机转速不大于或等于300转分散20-30分钟，期间将锌粉加入，最后加入剩余的有机溶剂，所制的组合物采用200目滤布过滤，获得纳米型防腐液(涂料)。
自流平浸涂工艺：将被涂工件采用320目砂纸打磨干净并用非极性溶剂清洗，将处理后的被涂工件均匀浸泡在所制的防腐液中，浸泡时间10-20秒，再悬空晾干3-15分钟，自动流平晾干后采用180℃-200℃烘烤炉烘烤固化30分钟，常温冷却，实施例1中提供的涂料涂层厚度测得为6um；实施例2中提供的涂料涂涂层厚度测得为5um；实施例3中提供的涂料涂涂层厚度测得为8um；实施例3涂层厚度测得为8um。
对比例1
一种防腐涂料，其各个组分及其含量以及制备方法与实施例1中的组分和含量相同，其不同之处在于不含有防腐抑制剂。
自流平浸涂工艺：将被涂工件采用320目砂纸打磨干净并用非极性溶剂清洗，将所制的被涂工件浸泡在防腐液中，浸泡时间10-20秒，再悬空晾干3-15分钟，晾干后采用180℃-200℃烘烤炉烘烤固化30分钟，常温冷却，涂层厚度测得为7um。
对比例2
一种防腐涂料，其各个组分及其含量以及制备方法与实施例3中的组分和含量相同，其不同之处在于不含有锌粉。
对比例3
一种防腐涂料，其各个组分及其含量以及制备方法与实施例4中的组分和含量相同，其不同之处在于不含有氧化石墨烯。
为了更准确的评价漆膜的强度，将分别由实施例1-4和对比例1-3所制得的涂料浸涂成的工件进行测试，采用日本三菱铅笔，根据GB/T6739-1996标准进行测试；中性盐雾根据GB6458-86标准； RCA纸带耐磨试验采用175g砝码测试，设定摩擦次数为150-350次，摩擦结束取下样板，用10倍放大镜观察样板涂层状况；测试结果对比如下表1：
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2 对比例3
铅笔硬度 4H 4H >5H 4H 4H 3H 3H
耐腐蚀测试（5%中性盐雾） 720h 780h 1020h 750h 370h 560h 640h
RCA纸带耐磨仪 250次，不露底 250次，不露底 350次，不露底 250次，不露底 250次不露底 250次不露底，300次露底 250次不露底
由表1测试结果可看出：
实施例1和实施例2以及对比例1之间进行对比，增加防腐抑制剂明显有助于提高涂膜的耐腐蚀性；
由实施例3和对比例2可看出，锌粉与涂料体系的其他组分协同作用，能明显提高涂料整体性能。
由实施例4 和对比例3可看出，氧化石墨烯在涂层超薄的情况下，对耐腐蚀起到关键性影响。
根据上述实验结论，使用实施例3与传统电镀、热镀工艺工件对比耐腐蚀性能，观察腐蚀情况，测试结果如下表2：
结论：从上表中数据得出，本文所发明超薄纳米防腐涂层耐蚀效果优于传统的电镀工艺工件、热镀工艺工件且不存在“三废”问题。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种超薄纳米型防腐涂料，其特征在于，按重量百分比计，包含下列组分：
改性树脂： 10-40%
固化剂： 2-5%
固化促进剂： 0.1-0.5%
防腐抑制剂： 2-8%
耐磨纳米级蜡粉： 1-2%
石墨烯粉末： 0.01-0.05%
金属组合物： 5-15%
溶剂： 30-70%；
各组分之和为 100%。
2.根据权利要求1所述的超薄纳米型防腐涂料，其特征在于，所述的改性树脂为环氧当量420-605，粘度5000-15000cps的改性树脂，所述改性树脂为有机硅改性环氧树脂或有机氟改性环氧树脂或脂肪族改性环氧树脂或酚醛改性环氧树脂其中之一或任意组合。
3.根据权利要求1所述的超薄纳米型防腐涂料，其特征在于，所述防腐抑制剂通过下述方法制得：称取下述重量份的组分：有机溶剂36-44份、聚乙二醇1-2份、铝酸酯偶联剂2-3份，溶剂型纳米二氧化硅分散液25-30份、三聚硅酸铝13-18份、磷酸锌10-14份，加入反应釜，常温下高速搅拌均匀，再升温至80℃，滴加2.5-3.5份六亚甲基四胺和1份环己胺的混合溶液，滴加完毕，在80℃保温4h得到防腐抑制剂。
4.根据权利要求1所述的超薄纳米型防腐涂料，其特征在于，所述耐磨纳米级蜡粉的中位粒径为6至7.5nm，最大粒径不超过22nm；所述的耐磨纳米级蜡粉为PTFE蜡、聚乙烯蜡、氟化氯乙烯蜡中的其中一种。
5.根据权利要求1所述的超薄纳米型防腐涂料，其特征在于，所述石墨烯为氧化石墨烯、氢化石墨烯或者氟化石墨烯中的其中之一或任意组合。
6.根据权利要求1所述的超薄纳米型防腐涂料，其特征在于，所述金属组合物为金、银、铜、锌、铝或合金中至少两种物质的任意组合。
7.根据权利要求1或6所述的超薄纳米型防腐涂料，其特征在于，所述金属组合物为锌粉和漂浮型铝银浆。
8.根据权利要求1所述的超薄纳米型防腐涂料，其特征在于，所述固化剂为潜伏型双氰胺固化剂、有机酸酐类组合物、改性脂肪族胺类化合物中其中之一；所述的固化促进剂为改性咪唑类环氧固化促进剂。
9.根据权利要求1所述的超薄纳米型防腐涂料，其特征在于，所述的有机溶剂由体积比5-7：5-3的非极性溶剂和极性溶剂组成。
10.权利要求1所述的自流平浸涂工艺，其特征在于，包括如下步骤：将被涂工件除油除锈保持表面干净无油垢，再将被涂工件浸泡在权利要求1所述的纳米型防腐涂料中，浸泡5-30秒，悬空晾干3-30分钟，自动流平后采用150℃-200℃烘烤炉烘烤固化后常温冷却。
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