CN107523193B - 一种镁合金基材高耐盐雾强耐候防护涂料、制备方法及使用方法 - Google Patents

一种镁合金基材高耐盐雾强耐候防护涂料、制备方法及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种镁合金基材高耐盐雾强耐候防护涂料、制备方法及使用方法，氢化硅合环氧树脂作为主体树脂，为涂层提供了满足指标的基本耐盐雾和耐候的需求，强疏水气相二氧化硅为涂料储存提供了很好的防沉和施工实现了优异的抗流挂性，光稳定剂组合并搭配紫外线吸收剂进一步保障了涂层的高耐候性能,石墨烯、纳米钽及玻璃鳞片的组合应用,为涂层的高耐盐雾防腐性能提升起了关键性的作用.滑石粉在此配方是与KH‑560环氧硅烷偶联剂一起能大幅提高涂膜对镁合金涂料的湿态附着力，二甲苯是用于调整涂料体系的粘度。与现有技术相比，本发明制备的镁合金专用防护涂料具有良好的耐候性，优异的耐盐雾性，涂料高固低粘，而且，涂层均匀。

Description

一种镁合金基材高耐盐雾强耐候防护涂料、制备方法及使用 方法
技术领域
本发明属于涂料制备领域，具体涉及一种镁合金基材高耐盐雾强耐候防护涂料、制备方法及使用方法。
背景技术
镁合金具有比重小、比强度、比刚度高、阻尼性、切削加工性、导热性好、电磁屏蔽能力强、易回收等优点,被称为21世纪的绿色工程材料.近年来,镁合金在世界范围内的年增长率高达20％,在汽车工业、通讯电子工业和航空航天工业等领域得到日益广泛的应用。我国有丰富的镁矿资源,加强镁合金研究与应用,是利国利民的重要方向。
展望未来，镁合金被大量应用是不容质疑的，并且镁合金在我国有着丰富的资源，这为发展镁合金材料和种类提供了良好的物质基础，但目前我国镁合金的应用与开发能力远远落后于欧美等发达国家。镁合金有难于在室温下变形加工，耐腐蚀性能差，高温下易蠕变，以及价格成本高等缺点。
腐蚀是金属在周围介质的作用下，由于化学变化、电化学变化或者物理溶解产生的破坏。从能量观点来看，金属腐蚀的倾向可从矿石中冶炼金属所消耗的能量大小来判断。凡在冶炼时消耗能量大的金属易产生腐蚀，消耗能量小的则其腐蚀倾向就小，镁与铝铁类似，冶炼时消耗能量较多，故镁较易产生腐蚀。镁的标准电极电位是所有结构金属材料中最低的，是-2.73V。加上镁的氧化膜疏松多空，对基体没有多大的保护能力。作为结构材料，镁合金在使用环境中极易发生腐蚀现象，因而大大限制了它的实际应用。
镁合金腐蚀的机理，镁在水溶液中的总反应式为：
Mg+2H2O→Mg(OH)2+H2(总反应)
该反应可表示为下列部分反应的和：
Mg→Mg2++2e(阳极反应)
2H2O+2e→H2+2OH-(阴极反应)
Mg2++2OH-→Mg(OH)2(反应产物)
采用场发射扫描电镜对Mg-Nd-Zn稀土镁合金浸泡在5％NaCl溶液中进行腐蚀行为的研究，结果表明其稀土镁合金在5％NaCl溶液的腐蚀产物主要为Mg(OH)2，初生的Mg(OH)2形貌呈蜂窝状并且与合金状态有关。且随着浸泡时间的延长，蜂窝状的Mg(OH)2不断生长，逐渐变成多孔的片状结构。XRD分析结果表明，腐蚀产物中不含氯化物。
选择合适的涂料涂装于镁合金基材，传统的方式至少是两道涂层，底涂层提供良好的附着力和高的耐盐雾性能，面漆提供颜色装饰和强耐候性能。现在设计的涂料配方是底面合一的单一涂层，既需同时对镁合金基材具有优异的附着力和高的耐盐雾腐蚀性，又要有良好的耐候性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镁合金基材高耐盐雾强耐候防护涂料及其制备方法，采用底面合一的单一涂层，直接喷涂于经过表面处理的镁合金基材表面，使得镁合金产品具有良好的耐候性、耐盐雾性、耐醇性、耐水生，而且喷涂之后形成的漆膜附着力强、边角包覆率好等特性。
本发明还提供了一种镁合金基材高耐盐雾强耐候防护涂料的使用方法。
本发明提供的一种镁合金基材高耐盐雾强耐候防护涂料，包括以下重量份原料：
所述钛白粉选自特诺的高耐候级钛白粉CR-826；所述疏水气相二氧化硅选自赢创R812S强疏水气相二氧化硅，所述颜料选自薛特颜料Yellow 10C229环保耐候无机黄色颜料。所述玻璃鳞片为400目。
本发明提供的一种镁合金基材高耐盐雾强耐候防护涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)在搅拌条件下，向35-42重量份氢化硅合环氧树脂中加入30-35重量份钛白粉、2.5-3.0重量份疏水气相二氧化硅、0.5-1.0重量份液态受阻胺光稳定剂、1.0-2.0重量份苯并三唑类光稳定剂、1.0-2.0重量份三嗪类紫外线吸收剂、4.0-5.0重量份二甲苯、0.1-0.5重量份石墨烯，0.5-1.0重量份纳米钽、0.1-0.5重量份颜料、0.01-0.5重量份炭黑，加完后，搅拌混匀，然后，研磨至细度小于15微米；
2)在搅拌条件下，向步骤1)得到的原料中加入5-10重量份滑石粉、5-10重量份玻璃鳞片，即得镁合金基材高耐盐雾强耐候防护涂料。
步骤1)中所述在搅拌条件下，搅拌速度为300-700转/分钟。
步骤1)中所述搅拌混匀是指在700-1200转/分钟条件下搅拌8-12min。
步骤2)中在搅拌条件下，搅拌速度为300-700转/分钟。
镁合金基材高耐盐雾强耐候防护涂料粘度为35-40S(25℃，NK-2)。
本发明提供的一种镁合金基材高耐盐雾强耐候防护涂料的使用方法，具体为：将制备的防护涂料与液态氨基有机硅树脂、KH-560和稀释剂按照质量比100:40-45:2:5-10混合，喷涂于经过表面处理的镁合金基材，常温流平8-10分钟后，140℃±10℃/min烘干固化，即可。固化后漆膜涂层达完全固化交联，溶剂无残留不回粘。
所述稀释剂为醋酸乙酯。
本发明在设计配方的过程中考虑了防腐、耐光老化性等，要使防腐蚀涂料达到预定的使用效果，必须考虑：良好的湿态附着力；对水，氧以及其他腐蚀因子的渗透性特别小；涂层必须耐皂化；涂层对底材的润湿性要强；涂层对底材的附着力好；充分考虑防腐蚀涂料的使用环境，使用对象和使用条件；尽可能减少内应力的产生；具有相适应的机械性能(耐磨性，抗冲击性，韧性，硬度和强度)；涂层的玻璃化温度(TG点)在使用过程中变化要小和权衡配方的经济合理性。另外，户外使用的有机涂层,常常因为太阳光(特别是紫外光辐射)、温度、氧、水等环境因素的影响,而使涂膜老化破坏,其中紫外光(即UV)可见辐射引起的光降解的破坏最为严重，其波长约290-460纳米，这些有害的紫外光通过化学上的氧化还原作用，引起的光降解。随着时间的增加，涂层逐渐出现失光，变色，起泡，脱落等问题。所以在选择材料时要考虑到：主体树脂与交联剂的耐光稳定性；颜料的耐光稳定性；普通填料及防锈填料的耐光稳定性；选择可强烈的吸收不同波长紫外光，热稳定性，化学稳定性，与主体树脂混溶性好的的紫外光吸收剂。
主体树脂是漆膜涂层的重要组成部分，诸多物理性能是主体树脂与交联剂反应成膜后才能达成的，选择合适的满足性能的主体树脂是配方设计中至关重要的第一步。综合考虑到环保要求，防腐蚀和耐光老化性能，对镁合金基材的附着力，施工性和干燥条件需满足正常的流水线作业等共性条件，通过筛选，最终选定以氢化硅合环氧树脂为主体树脂，高耐候钛白粉及无机环保黄色颜料及炭黑为配色颜料，疏水型气相二氧化硅为防沉防流挂助剂，光稳定剂和紫外线吸收剂进一步提高涂层的耐候性能，石墨烯和纳米钽协同提高涂层的防腐性能。
本发明配方中，氢化硅合环氧树脂作为主体树脂，为涂层提供了满足指标的基本耐盐雾和耐候的需求，高耐候级钛白粉,环保耐候无机黄色颜料和炭黑搭配可调出指定的颜色,强疏水气相二氧化硅为涂料储存提供了很好的防沉和施工实现了优异的抗流挂性，本发明设计的光稳定剂组合并搭配紫外线吸收剂进一步保障了涂层的高耐候性能,石墨烯、纳米钽及玻璃鳞片的组合应用,为涂层的高耐盐雾防腐性能提升起了关键性的作用.滑石粉在此配方是与KH-560环氧硅烷偶联剂一起能大幅提高涂膜对镁合金涂料的湿态附着力。配方中适当添加了一点二甲苯是用于调整涂料体系的粘度。
与现有技术相比，本发明制备的镁合金专用防护涂料具有良好的耐候性，优异的耐盐雾性，涂料高固低粘，极低的VOC，溶剂无残留不回粘，而且，喷涂时分散性好，触变性适中，涂层均匀、无针眼气泡，无杂质点存在，边角包覆率好，一次涂膜上漆率高。
具体实施方式
实施例1
一种镁合金基材高耐盐雾强耐候防护涂料,所述涂料包括以下重量份的原料，如表1中实施例1所示：
表1涂料配方
(1)将配方量的氢化硅合环氧树脂在300-700转/分钟条件下搅拌，在搅拌
条件下依次加入钛白粉、气相二氧化硅、光稳定剂和紫外光吸收剂，二甲苯，石墨烯，纳米钽，黄色颜料，炭黑，加完后，700-1200转/分钟条件下搅拌10min，然后，研磨至细度小于15微米；
(2)将步骤(1)研磨后的原料在300-700转/分钟条件下搅拌，在搅拌条件下加入滑石粉和玻玻鳞片，800-1200转/分搅拌15-20分钟，细度小于35微米，制得该涂料。
实施例2
一种镁合金基材高耐盐雾强耐候防护涂料,所述涂料包括以下重量份的原料，如表1中实施例2所示：
所述涂料的制备方法同实施例1中的涂料的制备方法。
实施例3
一种镁合金基材高耐盐雾强耐候防护涂料,所述涂料包括以下重量份的原料，如表1中实施例3所示：
所述涂料的制备方法同实施例1中的涂料的制备方法。
对比例1
一种镁合金专用防护涂料；
所述涂料包括以下重量份的原料，如表2所示：
表2涂料配方
所述涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将60重量份四氟乙烯树脂在300-700转/分钟条件下搅拌，在搅拌条件下加入2重量份分散剂、0.2重量份气相二氧化硅、25重量份高耐候钛白粉，0.3重量份的石黑烯，1.0重量份的纳米钽，0.1重量份的流平剂，4.0重量份的改性磷酸锌，3.117重量份的丙二醇甲醚醋酸酯，0.27重量份的环保耐候无机黄色颜料，0.013重量份的炭黑。加完后，700-1200转/分钟条件下搅拌10min，然后，研磨至细度小于15微米；
(2)将步骤(1)研磨后的原料在300-700转/分钟条件下搅拌，在搅拌条件下加入4重量份的滑石粉，200目过滤，制得该漆。
对比例2
一种镁合金专用防护涂料；所述涂料包括以下重量份的原料，如表3所示；
对比例3
一种镁合金专用防护涂料；所述涂料包括以下重量份的原料，如表3所示；
对比例4
一种镁合金专用防护涂料；所述涂料包括以下重量份的原料，如表3所示；
表3涂料配方
对比例2-4涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将配方量的氢化硅合环氧树脂在300-700转/分钟条件下搅拌，在搅拌条件下依次加入钛白粉、气相二氧化硅、光稳定剂和紫外光吸收剂，二甲苯，石墨烯，纳米钽，黄色颜料，炭黑，加完后，700-1200转/分钟条件下搅拌10min，然后，研磨至细度小于15微米；
(2)将步骤(1)研磨后的原料在300-700转/分钟条件下搅拌，在搅拌条件下加入滑石粉或玻璃鳞片，800-1200转/分搅拌15-20分钟，细度小于35微米，制得该涂料。
实施例4
一种镁合金基材高耐盐雾强耐候防护涂料的使用方法：
将实施例1-3、对比例1-4制备得到的镁合金专用防护涂料按照对应表格中配比调配后，喷涂于前处理的镁合金基材，具体方法为：
将各实施例得到的涂料调配至粘度为30-40S(25℃，NK-2),对比例1施工粘度较低一点，在20-25秒；喷涂于镁合金基材表面，常温流平干燥8-10分钟后，140±10℃/min烘干30分钟，形成漆膜涂层体系，然后对漆膜性能进行检测，其结果如表4所示。
表4漆膜性能测试结果
各性能检测标准如下：
1环保要求:该产品必须满足RoHS要求。
在原材料筛选时，就排除了RoHS限制的十种材料，要求供应商提供样品的同时提供第三方RoHS的检测报告，后期确定方案后，再次将样漆送第三方检测，确保环保达标。
2厚度:按ISO 2808用非破坏性方法测量试样上的涂层厚度，(一涂)涂层体系，漆层厚度60μm。
按要求用非破坏式膜厚计测试涂料一次成膜在60±5μm。
3中性盐雾:按IEC 60068-2-11进行连续的中性盐雾试验(含划叉盐雾测试)，要求试验2000h。试验后检查试样，要求每件试样均不允许出现涂层脱落、破损、起泡。对于划叉盐雾测试的样件，要求试验2000h后，在划线处的基材腐蚀痕迹：单边不能超过2mm宽；同时试样其它区域均应无任何涂层起泡、脱落、基材腐蚀现象。
4涂层颜色:按ISO 7724-2测量试样上有机涂层颜色(要求采用D65光源、10°视场)，在与RAL7035标准样板比较时，涂层的色差值应符合-2.0≤△E≤2.0。
5涂层光泽:按ISO 2813测量试样上有机涂层的60°光泽。
6附着力:按ISO 2409进行划格附着力试验，所有涂层的结果应是100％附着，达到标准中的0级。
7边角包覆率:当R角为0.26μm时，边角包覆率需大于50％。
8硬度:按ISO 15184测定涂层的铅笔硬度，注意所用铅笔需符合标准规定(例如中华牌高级绘图铅笔)。要求不低于2H，表面允许出现凹陷但不允许出现破损。
9抗冲击性:按ISO 6272-2对涂层进行正面冲击试验，要求不低于50kg·cm。
将涂料按配比配好后，喷涂于经过打磨处理的马口铁片(150*70*0.3mm),涂膜厚度控制在20-25μm,测试涂膜的抗冲击性。
10柔韧性:按ISO 1519或ISO 6860进行弯曲试验，要求：涂层通过的最小轴径不大于2mm。
将涂料按配比配好后，喷涂于经过打磨处理的马口铁片(150*70*0.3mm),涂膜厚度控制在20-25μm,测试涂膜的柔韧性。
11耐光老化性:按ISO 4892-2中的方法A、循环1#进行紫外光暴露试验，试验后取出检查涂层应不起泡、不剥落、无裂纹,且满足以下要求：1)冲击测试后涂层不应出现裂纹、皱纹及剥落等现象；2)无粉化或轻微粉化(即当用手指或布用力擦样板时，试布或手指沾有少量颜料粒子)；3)无变色或轻微变色(即样板老化前后的色差按ISO 7724-2测量应该满足△E≤3.0)。
本发明实施例所得到的涂料符合下列要求：
1.体系与环保要求
本涂料为双组份涂料，可在80-150℃条件下强制干燥。符合欧盟RoHs要求。
2.外观
2.1容器内必须无灰尘、颗粒、杂质；
2.2颜色与包装上标注颜色名称、型号相符；
2.3涂料流动性要好，不能成拉皮状或固化胶联。
3.储存期
常温下，未开启涂料保质期大于等于12个月，开启后保质期大于等于6个月。
上述参照实施例对镁合金防护涂料及其制备方法和应用进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种镁合金基材高耐盐雾强耐候防护涂料，其特征在于，所述镁合金基材高耐盐雾强耐候防护涂料包括以下重量份原料：
氢化硅合环氧树脂 35-42
钛白粉 30-35
疏水气相二氧化硅 2.5-3.0
液态受阻胺光稳定剂 0.5-1.0
苯并三唑类光稳定剂 1.0-2.0
三嗪类紫外线吸收剂 1.0-2.0
二甲苯 4.0-5.0
石墨烯 0.1-0.5
纳米钽 0.5-1.0
颜料 0.1-0.5
炭黑 0.01-0.5
滑石粉 5-10
玻璃鳞片 5-10；
所述氢化硅合环氧树脂为中山科邦化工材料技术有限公司提供的型号为CPM-5211的产品，结构式为：；
所述镁合金基材高耐盐雾强耐候防护涂料使用的固化剂为液态氨基有机硅树脂。
2.根据权利要求1所述的镁合金基材高耐盐雾强耐候防护涂料，其特征在于，所述钛白粉选自特诺的高耐候级钛白粉CR-826。
3.根据权利要求1或2所述的镁合金基材高耐盐雾强耐候防护涂料，其特征在于，所述疏水气相二氧化硅选自赢创R812S强疏水气相二氧化硅。
4.根据权利要求1或2所述的镁合金基材高耐盐雾强耐候防护涂料，其特征在于，所述颜料选自薛特颜料Yellow 10C229环保耐候无机黄色颜料。
5.根据权利要求1或2所述的镁合金基材高耐盐雾强耐候防护涂料，其特征在于，所述玻璃鳞片为400目。
6.一种权利要求1-5任一项所述的镁合金基材高耐盐雾强耐候防护涂料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
1）在搅拌条件下，向35-42重量份氢化硅合环氧树脂中加入30-35重量份钛白粉、2.5-3.0重量份疏水气相二氧化硅、0.5-1.0重量份液态受阻胺光稳定剂、1.0-2.0重量份苯并三唑类光稳定剂、1.0-2.0重量份三嗪类紫外线吸收剂、4.0-5.0重量份二甲苯、0.1-0.5重量份石墨烯，0.5-1.0重量份纳米钽、0.1-0.5重量份颜料、0.01-0.5重量份炭黑，加完后，搅拌混匀，然后，研磨至细度小于15微米；
2）在搅拌条件下，向步骤1）得到的原料中加入5-10重量份滑石粉、5-10重量份玻璃鳞片，即得镁合金基材高耐盐雾强耐候防护涂料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中所述在搅拌条件下，搅拌速度为300-700转/分钟。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中所述搅拌混匀是指在700-1200转/分钟条件下搅拌8-12min。
9.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，步骤2）中在搅拌条件下，搅拌速度为300-700转/分钟。
10.一种根据权利要求1-5任一项所述的镁合金基材高耐盐雾强耐候防护涂料的使用方法，其特征在于，使用方法为：防护涂料与液态氨基有机硅树脂、KH-560和稀释剂按照质量比100:40-45:2:5-10混合，喷涂于经过表面处理的镁合金基材，常温流平8-10分钟后，140℃±10℃/min烘干固化30分钟，即可。
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