CN107892866B - 一种氮化硼防腐涂层材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氮化硼防腐涂层材料及其制备方法，属于化工领域。该氮化硼防腐涂层材料由以下重量份数成分组成：水性醇酸树脂：22‑24份、纳米氮化硼：5‑7份、分散剂：0.6‑1.6份、溶剂：70‑85份。其制备方法包括：a、将纳米氮化硼与溶剂混合制成氮化硼浆料；b、在上述制成的氮化硼浆料中加入分散剂制成氮化硼填料分散液；c、将上述制成的氮化硼填料分散液与水性醇酸树脂混合制成氮化硼防腐涂层材料。本发明防腐涂层材料的制备方法简单，制成的涂层厚度范围为20‑25μm，在高温300℃的环境下，可保护基底材料7‑8年，防腐效果优异。
Description
技术领域
本发明涉及一种防腐涂层材料，尤其涉及一种氮化硼防腐涂层材料及其制备方法，属于化工领域。
背景技术
金属腐蚀是一个自发过程，一直以来都给人类的生产生活带来了严重的损失，甚至是灾难性的事故。腐蚀实际上是对自然资源地极大破环与浪费，金属的破损或断裂不仅可能引起有害物质的泄露，同时也造成环境的污染。另外，如若在某一关键部位发生了腐蚀破环情况，且未能得到及时的关注处理，可能会引起突发的灾难性事故，危及日常生产生活的安全，给国民经济带来极大的损失和危害。
据统计，发达国家每年因腐蚀将消耗约10-20％的金属，造成的经济损失约占国民经济生产总值的2-4％，而我国每年腐蚀造成的损失是国内生产总值的4％。因此，研究金属腐蚀防护是当前十分重要的一个课题。到目前为止，已采取了许多措施来减少腐蚀的损失，其中，目前普遍认为有机涂层是最有效、最经济、应用最普遍的防腐措施。
然而，涂层并不是一个完美的物理屏障层。因为在金属表面涂覆有机涂层虽然能够延缓腐蚀性介质向金属基体的扩散，但不能完全抑制。一旦腐蚀性介质透过涂层到达金属表面，那么金属基体的腐蚀仍然是不可避免的。因此，需要对涂层基体进行改性，以确保防腐涂层在使用期间能有效地将腐蚀性介质与金属基体隔离开。但是，一般材料制备成的涂层与金属基体往往存在有较大的空隙，不具有良好的物理屏蔽作用，容易导致腐蚀介质进入到金属基体，从而造成腐蚀破环。
氮化硼防腐涂层材料是一种超薄材料，可以完全保护与熔融铝、镁、锌等金属合金表面，同时具有简易的制备过程及优越的防腐蚀性能。如中国发明专利(公开号：CN106010181A)公开了一种含纳米氮化硼的金属表面处理剂，具体包括水性树脂、分散剂、氮化硼和涂层添加剂，水性树脂中的固体成分占涂层总固体成分质量分数的77％-93.5％，分散剂占涂层总固体成分质量分数的5％-20％，氮化硼占涂层总固体成分质量分数的0.5％-2％，涂层添加剂占涂层总固体成分质量分数的0.5-1％，经盐雾实验证明该复合涂层有超高耐腐蚀性，但是在高温使用过程中存在成膜不平整、不均等缺陷。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种综合性能好、使用寿命长的氮化硼防腐涂层材料。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种氮化硼防腐涂层材料，所述氮化硼防腐涂层材料由以下重量份数成分组成：水性醇酸树脂：22-24份、纳米氮化硼：5-7份、分散剂：0.6-1.6份、溶剂：70-85份。
本发明涂层材料以水性醇酸树脂作为成膜物质，其不仅仅拥有一般水性树脂(如环氧树脂、氨基树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂等)的无污染、较低的voc含量、无刺激性气味等优点，在固化成膜之后，还能表现出一般水性树脂不具有的优势，比如：具有良好的光泽、柔韧性及附着性等特点。
在上述的一种氮化硼防腐涂层材料中，所述溶剂由间二甲苯、环乙酮及乙二醇乙醚按体积比为(2-3):(3-5):(1-2)组成。有机溶剂为非极性分子，具有在非极性物质中有良好溶解效果。本发明以此体积比来确定溶剂成分有利于提高水性醇酸树脂的溶解能力，在实际生产中可以有效的降低黏度来改良制造加工过程，提高性能。
在上述的一种氮化硼防腐涂层材料中，所述分散剂为聚硅氧烷钠盐。本发明分散剂选用聚硅氧烷钠盐，是因为该分散剂不仅拥有常规分散剂(如偶联剂类、合成高分子类、硅酸盐类等)分散团聚物的作用；另外，该分散剂具有分散效率高，大大缩短了团聚物的分散时间，并且能够稳定的存在于颗粒之间，保证了物质分散且无其他不良效果。
在上述的一种氮化硼防腐涂层材料中，所述氮化硼防腐涂层材料还包括流平剂，所述流平剂的用量为1.2-2.4份。流平剂可以改善涂层材料由于表面张力而引起的缩孔现象。
在上述的一种氮化硼防腐涂层材料中，所述流平剂为氟类流平剂。
在上述的一种氮化硼防腐涂层材料中，所述氮化硼防腐涂层材料由以下重量份数成分组成：水性醇酸树脂：23份、纳米氮化硼：6份、分散剂：1.2份、流平剂：1.5份、溶剂：75份，所述溶剂由间二甲苯、环乙酮及乙二醇乙醚按体积比2:3:1组成。
在上述的一种氮化硼防腐涂层材料中，所述纳米氮化硼的平均粒度≤120nm。
在上述的一种氮化硼防腐涂层材料中，所述氮化硼防腐涂层材料还包括填充因子，所述填充因子的用量为1-3份。填充因子包括纳米颗粒(如：纳米碳酸钙、纳米二氧化硅等)、鳞片石墨烯粉末、滑石粉、钛白粉中的一种或多种。其中纳米颗粒可以增强涂层材料的防腐性，鳞片石墨烯粉末可以提升涂层的强度，滑石粉可以调节涂层材料的绝缘性，钛白粉可以延长涂层的使用寿命。
本发明另一个目的在于提供上述氮化硼防腐涂层材料的制备方法，所述制备方法包括：a、将纳米氮化硼与溶剂混合制成氮化硼浆料；b、在上述制成的氮化硼浆料中加入分散剂制成氮化硼填料分散液；c、将上述制成的氮化硼填料分散液与水性醇酸树脂混合制成氮化硼防腐涂层材料。
在上述的氮化硼防腐涂层材料的制备方法中，所述纳米氮化硼的平均粒度≤120nm。
在上述的氮化硼防腐涂层材料的制备方法中，所述步骤c中加入流平剂。
在上述的氮化硼防腐涂层材料的制备方法中，所述流平剂为氟类流平剂。
在上述的氮化硼防腐涂层材料的制备方法中，所述步骤X中加入填充因子，填充因子包括纳米颗粒(如：纳米碳酸钙、纳米二氧化硅等)、鳞片石墨烯粉末、滑石粉、钛白粉中的一种或多种。
与现有技术相比，本发明具有以下几个优点：
1、本发明防腐涂层材料的成膜物质为水性醇酸树脂，不仅拥有一般水性树脂的无污染、较低的voc含量、无刺激性气味等优点，在固化成膜之后，还表现出其他树脂不具有的光泽、柔韧性及附着性强等特点。
2、本发明防腐涂层材料的配方灵活，通过调节水性醇酸树脂及纳米氮化硼的含量调节涂层材料的物理性能，通过调节分散剂及流平剂的含量调节涂料的分散均匀度和扩散度。
3、本发明防腐涂层材料还可以通过添加填充因子增强涂层材料的防腐性，提升涂层的强度，调节涂层材料的绝缘性和延长涂层的使用寿命。
4、普通的现有防腐涂料处于较高温度(90℃-110℃)时，其黏度会下降，使其粉化，一般寿命在几小时之内。而本发明所制备的涂层材料可以解决一般防腐涂料在较高温度下的使用寿命短，耐久性差，涂层难以控制等问题，在高温300℃的环境下，可保护基底材料7-8年。
5、现有防腐涂层材料一般厚度在200-300μm，而本发明氮化硼防腐涂层材料是一种超薄材料，其厚度范围为20-25μm；具有超高的硬度、质量轻等优点，可广泛应用于航空航天、电力、汽车等行业。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1：
本实施例氮化硼防腐涂层材料由以下重量份数成分组成：水性醇酸树脂23份、平均粒度≤120nm的纳米氮化硼6份、聚硅氧烷钠盐分散剂1.2份、氟类流平剂1.5份及溶剂75份，其中溶剂由间二甲苯、环乙酮及乙二醇乙醚按体积比2:3:1组成。
其制备方法为：先用球磨机将纳米氮化硼打磨均匀，之后与溶剂混合制成氮化硼浆料，之后在制成的氮化硼浆料中加入分散剂制成氮化硼填料分散液，最后将上述制成的氮化硼填料分散液与水性醇酸树脂混合，稳定、分散均匀，制成氮化硼防腐涂层材料。
实施例2：
本实施例氮化硼防腐涂层材料由以下重量份数成分组成：水性醇酸树脂23份、平均粒度≤120nm的纳米氮化硼5份、聚硅氧烷钠盐分散剂1.2份、氟类流平剂1.5份及溶剂75份，其中溶剂由间二甲苯、环乙酮及乙二醇乙醚按体积比2:3:1组成。
制备方法与实施例1相同。
实施例3：
本实施例氮化硼防腐涂层材料由以下重量份数成分组成：水性醇酸树脂23份、平均粒度≤120nm的纳米氮化硼7份、聚硅氧烷钠盐分散剂1.2份、氟类流平剂1.5份及溶剂75份，其中溶剂由间二甲苯、环乙酮及乙二醇乙醚按体积比2:3:1组成。
制备方法与实施例1相同。
实施例4：
本实施例氮化硼防腐涂层材料由以下重量份数成分组成：水性醇酸树脂22份、平均粒度≤120nm的纳米氮化硼6份、聚硅氧烷钠盐分散剂1.2份、氟类流平剂1.5份及溶剂75份，其中溶剂由间二甲苯、环乙酮及乙二醇乙醚按体积比2:3:1组成。
制备方法与实施例1相同。
实施例5：
本实施例氮化硼防腐涂层材料由以下重量份数成分组成：水性醇酸树脂24份、平均粒度≤120nm的纳米氮化硼6份、聚硅氧烷钠盐分散剂1.2份、氟类流平剂1.5份及溶剂75份，其中溶剂由间二甲苯、环乙酮及乙二醇乙醚按体积比2:3:1组成。
制备方法与实施例1相同。
将实施例1-5的氮化硼防腐涂层材料使用相同工艺用于铝合金钢板的防腐，对涂层材料进行性能测试，结果见表1。
表1：
从表1可知，本发明防腐涂层材料的配方灵活，通过提高氮化硼的含量可以提高涂层的机械强度，摩擦强度等，通过提高水性醇酸树脂的含量可以增加涂层的抗冲击性能。
实施例6-9：
实施例6-9与实施例1的区别仅在于，实施例6-9的氮化硼防腐涂层材料中还依次添加有2份的纳米碳酸钙、鳞片石墨烯粉末、滑石粉、钛白粉。
将实施例1和实施例6-9的氮化硼防腐涂层材料使用相同工艺用于铝合金钢板的防腐，对涂层材料进行性能测试，结果见表2。
表2：
从表2可知，本发明防腐涂层材料还可以通过添加填充因子纳米颗粒增强涂层材料的防腐性能，鳞片石墨烯粉末提升涂层的强度，滑石粉调节涂层材料的绝缘性，钛白粉延长涂层的使用寿命。
实施例10-18：
实施例10-18与实施例1-9的区别仅在于，实施例10的氮化硼防腐涂层材料中不包含流平剂。
将实施例10-18和实施例1-9的氮化硼防腐涂层材料使用相同工艺用于铝合金钢板的防腐，对涂层材料进行性能测试，测试结果均与实施例1-9相同或相近，但在高温使用过程中涂层的平整性、均匀性等性能下降。
对比例1：
对比例1为市售普通涂料。
对比例2-5：
对比例2-5与实施例1的区别仅在于，对比例2-5的水性树脂依次为环氧树脂、氨基树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂。
将实施例1和对比例1-5的氮化硼防腐涂层材料使用相同工艺用于铝合金钢板的防腐，对涂层材料进行性能测试，结果见表3。
表3：
从表3可知，本发明防腐涂层在高温下的极限温度、高温使用寿命、柔韧性及附着性要优于普通涂层以及不同水性树脂涂层。
在将实施例1-9和对比例1的涂层厚度进行对比，本发明实施例1-9涂层的厚度平均在20-25μm，涂层较薄，而对比例1的涂层厚度为247μm。
在上述实施例及其替换方案中，分散剂的用量还可以为0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、1.0份、1.1份、1.3份、1.4份、1.5份、1.6份。
在上述实施例及其替换方案中，流平剂的用量还可以为1.2份、1.3份、1.4份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份、2.0份、2.1份、2.2份、2.3份、2.4份。
在上述实施例及其替换方案中，溶剂的用量还可以为70份、71份、72份、73份、74份、76份、77份、78份、79份、80份、81份、82份、83份、84份、85份。
在上述实施例及其替换方案中，溶剂间二甲苯、环乙酮及乙二醇乙醚按体积比还可以为2:3:2、2:4:1、2:4:2、2:5:1、2:5:2、3:3:1、3:3:2、3:4:1、3:4:2、3:5:1、3:5:2。
在上述实施例及其替换方案中，填充因子的用量还可以为1份、1.5份、2.5份、3份。填充因子还可以为纳米颗粒(如：纳米碳酸钙、纳米二氧化硅等)、鳞片石墨烯粉末、滑石粉、钛白粉中任意的混合。
鉴于本发明方案实施例众多，各实施例实验数据庞大众多，不适合于此处逐一列举说明，但是各实施例所需要验证的内容和得到的最终结论均接近。故而此处不对各个实施例的验证内容进行逐一说明，仅以实施例1-18作为代表说明本发明申请优异之处。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种氮化硼防腐涂层材料，其特征在于，所述氮化硼防腐涂层材料由以下重量份数成分组成：水性醇酸树脂：22-24份、纳米氮化硼：5-7份、分散剂：0.6-1.6份、填充因子：1-3份、溶剂：70-85份；
其中，所述纳米氮化硼的平均粒度≤120nm，所述溶剂由间二甲苯、环乙酮及乙二醇乙醚按体积比为(2-3):(3-5):(1-2)组成，所述填充因子包括纳米颗粒、鳞片石墨烯粉末、滑石粉、钛白粉中的一种或多种，所述氮化硼防腐涂层材料形成的涂层的厚度为20-25μm。
2.根据权利要求1所述的一种氮化硼防腐涂层材料，其特征在于，所述分散剂为聚硅氧烷钠盐。
3.根据权利要求1所述的一种氮化硼防腐涂层材料，其特征在于，所述氮化硼防腐涂层材料还包括流平剂，所述流平剂的用量为1.2-2.4份。
4.根据权利要求3所述的一种氮化硼防腐涂层材料，其特征在于，所述流平剂为氟类流平剂。
5.一种如权利要求1-4任一所述的氮化硼防腐涂层材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：a、将纳米氮化硼与溶剂混合制成氮化硼浆料；b、在上述制成的氮化硼浆料中加入分散剂制成氮化硼填料分散液；c、将上述制成的氮化硼填料分散液与水性醇酸树脂混合制成氮化硼防腐涂层材料。
6.根据权利要求5所述的氮化硼防腐涂层材料的制备方法，其特征在于，所述步骤c中加入流平剂。
7.根据权利要求5所述的氮化硼防腐涂层材料的制备方法，其特征在于，所述流平剂为氟类流平剂。
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