CN109054610A - 一种铝合金门窗用防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝合金防腐涂料及其制备方法，涉及防腐涂料领域，包括以下步骤：丙烯酸树脂14‑18份、改性聚氨酯28‑32份、氟碳树脂18‑22份、聚戊二酰亚胺2‑5份、陶瓷粉末4‑9份、纳米氮化硅3‑7份、纳米二氧化钛3‑7份、纳米氧化锌3‑7份、超细滑石粉4‑9份、空心玻璃微珠2‑5份、纳米载银氧化锆2‑5份、纳米氧化钇1‑3份、硅烷偶联剂1.2‑1.8份、抗老化剂1.6‑2.4份、消泡剂0.4‑0.8份和水12‑18份；本发明涂料通过组分间的协同作用，具有良好的耐腐蚀性、耐温耐候性和抗菌性，粘结性优异，不易脱落，同时具有保温隔热性，降低铝合金门窗的导热系数，减少热量流失，绿色环保。

Description

一种铝合金门窗用防腐涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及防腐涂料领域，具体涉及一种铝合金门窗防腐涂料及其制备方法。
背景技术
铝合金门窗，是指采用铝合金挤压型材为框、梃、扇料制作的门窗称为铝合金门窗，简称铝门窗，铝合金门窗包括以铝合金作为受力杆件基材和木材、塑料复合的门窗，铝合金具有密度小、比强度和比刚度高、优异的铸造性和良好的加工性能，同时还具有良好的阻尼减震性能等特点，非常适合用作门窗材料。
但是铝合金标准电极电位较低，化学性质活泼，在常温下极易被空气氧化生成一层薄的氧化膜，该氧化膜多孔、疏松，防腐蚀性很差，因此铝合金工件在使用之前往往需要采取一些有效的表面处理方法，尤其是化工厂、冶炼厂等较差的环境中使用铝合门窗时，铝合金门窗表面极易被腐蚀破坏，从而缩短了铝合金门窗的使用寿命
中国专利CN103044990B公开了一种含钛的无铬锌铝涂层防腐涂料，由A、B双组份按3:1质量比组成，其中A组分包括下列原料：锌铝合金粉、纳米二氧化硅、木质素磺酸钠、苯并三氮唑、硫代二乙二醇、三苯基膦、去离子水；B组分包括下列原料：四氟化锆、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、肌醇六磷酸酯、醋丁纤维素、乙醇、去离子水。其中所述锌铝合金粉由Zn、Al、和Ti组成。本发明产品具有无毒、无害、无污染、低温快速处理、操作简单、原料来源广泛、价格低、清洁生产等特点，但是本发明涂料存在粘结性差，易开了脱落的缺点。
中国专利CN108129941A公开了一种铝合金防腐涂料，其按照以下原料的重量份数组成：酚醛树脂50-60份、改性环氧树脂20-30份、消光剂1-3份、流平剂2-5份、湿润剂3-6份、消泡剂1-5份、水玻璃6-8份、钠基膨润土5-8份、刚玉粉15-25份、钟乳石粉6-15份、油酸钠3-9份、高岭土10-15份、氧化铬绿3-8份、固化剂1-3份、氧化铌3-9份。本发明所得涂料涂覆后具有良好的金属装饰效果，且其经一次涂覆后即可实现表面平整，并具有良好的光泽感、耐磨性、耐候性，但是本发明中的水玻璃、酚醛树脂含有易挥发物质，易污染空气。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种铝合金门窗用防腐涂料及其制备方法，本发明涂料通过组分间的协同作用，具有良好的耐腐蚀性、耐温耐候性和抗菌性，粘结性优异，不易脱落，同时具有保温隔热性，降低铝合金门窗的导热系数，减少热量流失，绿色环保。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种铝合金门窗用防腐涂料，包括以下重量份计的原料：
丙烯酸树脂14-18份、改性聚氨酯28-32份、氟碳树脂18-22份、聚戊二酰亚胺2-5份、陶瓷粉末4-9份、纳米氮化硅3-7份、纳米二氧化钛3-7份、纳米氧化锌3-7份、超细滑石粉4-9份、空心玻璃微珠2-5份、纳米载银氧化锆2-5份、纳米氧化钇1-3份、硅烷偶联剂1.2-1.8份、抗老化剂1.6-2.4份、消泡剂0.4-0.8份和水12-18份。
优选地，包括以下重量份计的原料：丙烯酸树脂16份、改性聚氨酯30份、氟碳树脂21份、聚戊二酰亚胺4份、陶瓷粉末7份、纳米氮化硅5份、纳米二氧化钛5份、纳米氧化锌5份、超细滑石粉6份、空心玻璃微珠3.5份、纳米载银氧化锆3.8份、纳米氧化钇2.1份、硅烷偶联剂1.5份、抗老化剂2.1份、消泡剂0.6份和水15份。
优选地，所述改性聚氨酯的制备方法如下：称取低相对分子质量聚氨酯和相当于其重量0.4-0.7倍的三羟基甲基丙烷，加入去离子水，升温至50-70摄氏度，搅拌混合均匀后，加入适量扩链剂，升温至80-95摄氏度，搅拌混合反应2-4小时，即得所述改性聚氨酯。
优选地，所述低分子相对质量聚氨酯为相对分子质量500-1500的聚氨酯；
优选地，所述扩链剂的用量为低相对分子质量聚氨酯用量的8-12％，所述扩链剂为乙二胺和N,N-二羟基(二异丙基)苯胺中的至少一种。
优选地，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种结合。
优选地，所述抗老化剂为N,N-二苯基对苯胺、N-苯基-N-环己烷对苯胺、苯基-β-萘胺和N,N-二-(β-萘基)对苯二胺中的一种或几种结合。
优选地，所述消泡剂为乳化硅油、高碳醇脂肪酸复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚和聚二甲基硅氧烷中的一种或几种结合。
本发明中还公开了一种上述铝合金门窗防腐涂料的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)将丙烯酸树脂和改性聚氨酯加入水中混合均匀，升温至55-60摄氏度，以650-700转/分钟的速度，搅拌混合30-40分钟后，加入氟碳树脂和聚戊二酰亚胺后，继续搅拌混合60-70分钟；
(2)将硅烷偶联剂用乙醇按照1:3的质量比混合稀释后，与陶瓷粉末、纳米氮化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、超细滑石粉、空心玻璃微珠、纳米载银氧化锆和纳米氧化钇混合，以900-1100转/分钟的速度，搅拌混合15-20分钟，静置陈化30分钟；
(3)将步骤(2)中的产物缓慢倒入步骤(1)的产物中，以400-500转/分钟的速度搅拌混合20-25分钟，加入剩余原料，继续搅拌20-25分钟后，放入超声波分散仪中分散均匀，即得所述铝合金门窗用防腐涂料。
优选地，所述步骤(3)中超声机分散仪的分散功率为10-15KW，分散温度为45-50摄氏度，分散时间30-40分钟。
本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明涂料通过组分间的协同作用，具有良好的耐腐蚀性、耐温耐候性和抗菌性，粘结性优异，不易脱落，同时具有保温隔热性，降低铝合金门窗的导热系数，减少热量流失，绿色环保。
(2)本发明原料中添加改性聚氨酯作为主要原料，相比传统的聚氨酯防水涂料使用甲苯作为有机溶剂，会释放有毒物质，改性聚氨酯直接以水为溶剂，无污染，绿色环保，使用安全性高；本发明改性聚氨酯是在聚氨酯上引入三羟基甲基丙烷，羟甲基的引入增加了聚氨酯的极性，增强了聚氨酯的水溶性，同时增加了其机械性能以及和极性分子的相容性，通过改性聚氨酯、丙烯酸树脂和氟碳树脂作为基体，增强涂层的粘结性、耐温耐候性和化学稳定性。
(3)本发明添加陶瓷粉末、空心玻璃微珠和超细滑石粉作为填料，提高了涂层的硬度、耐腐蚀性和耐候性，同时提高涂层的保温隔热效果，添加纳米氮化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锌几种纳米粒子填料，提高了涂层的致密性和稳定性，而且提高涂层的耐磨性和耐刮擦性能。
(4)本发明添加纳米载银氧化锆、纳米氧化钇至涂料中，提高涂层的抗菌性，可以吸附分解涂料中的有害物质，绿色环保。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种铝合金门窗用防腐涂料，包括以下重量份计的原料：
丙烯酸树脂14份、改性聚氨酯28份、氟碳树脂18份、聚戊二酰亚胺2份、陶瓷粉末4份、纳米氮化硅3份、纳米二氧化钛3份、纳米氧化锌3份、超细滑石粉4份、空心玻璃微珠2份、纳米载银氧化锆2份、纳米氧化钇1份、硅烷偶联剂1.2份、抗老化剂1.6份、消泡剂0.4份和水12份。
改性聚氨酯的制备方法如下：称取低相对分子质量聚氨酯和相当于其重量0.4-0.7倍的三羟基甲基丙烷，加入去离子水，升温至50摄氏度，搅拌混合均匀后，加入适量扩链剂，升温至80摄氏度，搅拌混合反应2小时，即得所述改性聚氨酯。
低分子相对质量聚氨酯为相对分子质量500的聚氨酯；
扩链剂的用量为低相对分子质量聚氨酯用量的8％，扩链剂为乙二胺。
硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
抗老化剂为N,N-二苯基对苯胺。
消泡剂为乳化硅油。
本实施例中的铝合金门窗防腐涂料的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)将丙烯酸树脂和改性聚氨酯加入水中混合均匀，升温至55摄氏度，以650转/分钟的速度，搅拌混合30分钟后，加入氟碳树脂和聚戊二酰亚胺后，继续搅拌混合60分钟；
(2)将硅烷偶联剂用乙醇按照1:3的质量比混合稀释后，与陶瓷粉末、纳米氮化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、超细滑石粉、空心玻璃微珠、纳米载银氧化锆和纳米氧化钇混合，以900转/分钟的速度，搅拌混合15分钟，静置陈化30分钟；
(3)将步骤(2)中的产物缓慢倒入步骤(1)的产物中，以400转/分钟的速度搅拌混合20分钟，加入剩余原料，继续搅拌20分钟后，放入超声波分散仪中分散均匀，即得所述铝合金门窗用防腐涂料。
步骤(3)中超声机分散仪的分散功率为10KW，分散温度为45摄氏度，分散时间30分钟。
实施例2
一种铝合金门窗用防腐涂料，包括以下重量份计的原料：
丙烯酸树脂18份、改性聚氨酯32份、氟碳树脂22份、聚戊二酰亚胺5份、陶瓷粉末9份、纳米氮化硅7份、纳米二氧化钛7份、纳米氧化锌7份、超细滑石粉9份、空心玻璃微珠5份、纳米载银氧化锆5份、纳米氧化钇3份、硅烷偶联剂1.8份、抗老化剂2.4份、消泡剂0.8份和水18份。
改性聚氨酯的制备方法如下：称取低相对分子质量聚氨酯和相当于其重量0.7倍的三羟基甲基丙烷，加入去离子水，升温至70摄氏度，搅拌混合均匀后，加入适量扩链剂，升温至95摄氏度，搅拌混合反应4小时，即得所述改性聚氨酯。
低分子相对质量聚氨酯为相对分子质量1500的聚氨酯；
扩链剂的用量为低相对分子质量聚氨酯用量的12％，扩链剂为N,N-二羟基(二异丙基)苯胺。
硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
抗老化剂为N-苯基-N-环己烷对苯胺。
消泡剂为高碳醇脂肪酸复合物。
本实施例中的铝合金门窗防腐涂料的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)将丙烯酸树脂和改性聚氨酯加入水中混合均匀，升温至58摄氏度，以680转/分钟的速度，搅拌混合37分钟后，加入氟碳树脂和聚戊二酰亚胺后，继续搅拌混合68分钟；
(2)将硅烷偶联剂用乙醇按照1:3的质量比混合稀释后，与陶瓷粉末、纳米氮化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、超细滑石粉、空心玻璃微珠、纳米载银氧化锆和纳米氧化钇混合，以1000转/分钟的速度，搅拌混合18分钟，静置陈化30分钟；
(3)将步骤(2)中的产物缓慢倒入步骤(1)的产物中，以460转/分钟的速度搅拌混合24分钟，加入剩余原料，继续搅拌23分钟后，放入超声波分散仪中分散均匀，即得所述铝合金门窗用防腐涂料。
步骤(3)中超声机分散仪的分散功率为13KW，分散温度为47摄氏度，分散时间38分钟。
实施例3
一种铝合金门窗用防腐涂料，包括以下重量份计的原料：
丙烯酸树脂16份、改性聚氨酯30份、氟碳树脂21份、聚戊二酰亚胺4份、陶瓷粉末7份、纳米氮化硅5份、纳米二氧化钛5份、纳米氧化锌5份、超细滑石粉6份、空心玻璃微珠3.5份、纳米载银氧化锆3.8份、纳米氧化钇2.1份、硅烷偶联剂1.5份、抗老化剂2.1份、消泡剂0.6份和水15份。
改性聚氨酯的制备方法如下：称取低相对分子质量聚氨酯和相当于其重量0.5倍的三羟基甲基丙烷，加入去离子水，升温至62摄氏度，搅拌混合均匀后，加入适量扩链剂，升温至88摄氏度，搅拌混合反应3.2小时，即得所述改性聚氨酯。
低分子相对质量聚氨酯为相对分子质量1000的聚氨酯；
扩链剂的用量为低相对分子质量聚氨酯用量的10％，扩链剂为N,N-二羟基(二异丙基)苯胺。
硅烷偶联剂为N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷。
抗老化剂为N,N-二-(β-萘基)对苯二胺。
消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚。
本实施例中的铝合金门窗防腐涂料的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)将丙烯酸树脂和改性聚氨酯加入水中混合均匀，升温至58摄氏度，以680转/分钟的速度，搅拌混合38分钟后，加入氟碳树脂和聚戊二酰亚胺后，继续搅拌混合64分钟；
(2)将硅烷偶联剂用乙醇按照1:3的质量比混合稀释后，与陶瓷粉末、纳米氮化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、超细滑石粉、空心玻璃微珠、纳米载银氧化锆和纳米氧化钇混合，以980转/分钟的速度，搅拌混合18分钟，静置陈化30分钟；
(3)将步骤(2)中的产物缓慢倒入步骤(1)的产物中，以460转/分钟的速度搅拌混合24分钟，加入剩余原料，继续搅拌23分钟后，放入超声波分散仪中分散均匀，即得所述铝合金门窗用防腐涂料。
步骤(3)中超声机分散仪的分散功率为12KW，分散温度为48摄氏度，分散时间38分钟。
对比例1：除改性聚氨酯不添加外，其余原料与制备方法与实施例1均相同；
对比例2：纳米载银氧化锆和纳米氧化钇不添加外，其余原料与制备方法与实施例1相同；
将实施例1-3制得的铝合金门窗防腐涂料和对比例1-2制得的防腐涂料进行性能测试，结果如下表1：
表1：
综上所述，本发明具有以下优点：
(1)本发明涂料通过组分间的协同作用，具有良好的耐腐蚀性、耐温耐候性和抗菌性，粘结性优异，不易脱落，同时具有保温隔热性，降低铝合金门窗的导热系数，减少热量流失，绿色环保。
(2)本发明原料中添加改性聚氨酯作为主要原料，相比传统的聚氨酯防水涂料使用甲苯作为有机溶剂，会释放有毒物质，改性聚氨酯直接以水为溶剂，无污染，绿色环保，使用安全性高；本发明改性聚氨酯是在聚氨酯上引入三羟基甲基丙烷，羟甲基的引入增加了聚氨酯的极性，增强了聚氨酯的水溶性，同时增加了其机械性能以及和极性分子的相容性，通过改性聚氨酯、丙烯酸树脂和氟碳树脂作为基体，增强涂层的粘结性、耐温耐候性和化学稳定性。
(3)本发明添加陶瓷粉末、空心玻璃微珠和超细滑石粉作为填料，提高了涂层的硬度、耐腐蚀性和耐候性，同时提高涂层的保温隔热效果，添加纳米氮化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锌几种纳米粒子填料，提高了涂层的致密性和稳定性，而且提高涂层的耐磨性和耐刮擦性能。
(4)本发明添加纳米载银氧化锆、纳米氧化钇至涂料中，提高涂层的抗菌性，可以吸附分解涂料中的有害物质，绿色环保。
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 (10)

1.一种铝合金门窗防腐涂料，其特征在于，包括以下按重量份计的原料：丙烯酸树脂14-18份、改性聚氨酯28-32份、氟碳树脂18-22份、聚戊二酰亚胺2-5份、陶瓷粉末4-9份、纳米氮化硅3-7份、纳米二氧化钛3-7份、纳米氧化锌3-7份、超细滑石粉4-9份、空心玻璃微珠2-5份、纳米载银氧化锆2-5份、纳米氧化钇1-3份、硅烷偶联剂1.2-1.8份、抗老化剂1.6-2.4份、消泡剂0.4-0.8份和水12-18份。
2.根据权利要求1所述的铝合金门窗防腐涂料，其特征在于，包括以下重量份计的原料：丙烯酸树脂16份、改性聚氨酯30份、氟碳树脂21份、聚戊二酰亚胺4份、陶瓷粉末7份、纳米氮化硅5份、纳米二氧化钛5份、纳米氧化锌5份、超细滑石粉6份、空心玻璃微珠3.5份、纳米载银氧化锆3.8份、纳米氧化钇2.1份、硅烷偶联剂1.5份、抗老化剂2.1份、消泡剂0.6份和水15份。
3.根据权利要求1所述铝合金门窗防腐涂料，其特征在于，所述改性聚氨酯的制备方法如下：称取低相对分子质量聚氨酯和相当于其重量0.4-0.7倍的三羟基甲基丙烷，加入去离子水，升温至50-70摄氏度，搅拌混合均匀后，加入适量扩链剂，升温至80-95摄氏度，搅拌混合反应2-4小时，即得所述改性聚氨酯。
4.根据权利要求3所述的铝合金门窗防腐涂料，其特征在于，所述低分子相对质量聚氨酯为相对分子质量500-1500的聚氨酯。
5.根据权利要求3所述的铝合金门窗防腐涂料，其特征在于，所述扩链剂的用量为低相对分子质量聚氨酯用量的8-12％，所述扩链剂为乙二胺和N,N-二羟基(二异丙基)苯胺中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的铝合金门窗防腐涂料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种结合。
7.根据权利要求1所述的铝合金门窗防腐涂料，其特征在于，所述抗老化剂为N,N-二苯基对苯胺、N-苯基-N-环己烷对苯胺、苯基-β-萘胺和N,N-二-(β-萘基)对苯二胺中的一种或几种结合。
8.根据权利要求1所述的铝合金门窗防腐涂料，其特征在于，所述消泡剂为乳化硅油、高碳醇脂肪酸复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚和聚二甲基硅氧烷中的一种或几种结合。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的铝合金门窗防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将丙烯酸树脂和改性聚氨酯加入水中混合均匀，升温至55-60摄氏度，以650-700转/分钟的速度，搅拌混合30-40分钟后，加入氟碳树脂和聚戊二酰亚胺后，继续搅拌混合60-70分钟；
(2)将硅烷偶联剂用乙醇按照1:3的质量比混合稀释后，与陶瓷粉末、纳米氮化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、超细滑石粉、空心玻璃微珠、纳米载银氧化锆和纳米氧化钇混合，以900-1100转/分钟的速度，搅拌混合15-20分钟，静置陈化30分钟；
(3)将步骤(2)中的产物缓慢倒入步骤(1)的产物中，以400-500转/分钟的速度搅拌混合20-25分钟，加入剩余原料，继续搅拌20-25分钟后，放入超声波分散仪中分散均匀，即得所述铝合金门窗用防腐涂料。
10.根据权利要求9所述的铝合金门窗用防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中超声机分散仪的分散功率为10-15KW，分散温度为45-50摄氏度，分散时间30-40分钟。
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