CN111205727A - 用于空调换热器铝翅片上的水性超防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

用于空调换热器铝翅片上的水性超防腐涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于空调换热器铝翅片上的水性超防腐涂料及其制备方法，涉及防腐涂料技术领域，其通过原位聚合的形式将苯乙烯基三甲氧基硅烷改性后的氧化石墨烯(GO)均匀的分散在丙烯酸类单体中，以其表面的活泼基团作为引发物质，丙烯酸单体在其表面进行聚合、获得氧化石墨烯/水溶性丙烯酸树脂，并以此为基料制备了水性超防腐涂料，其包括如下组份：氧化石墨烯/水溶性丙烯酸树脂、氨基树脂、耐腐蚀粉体、碳黑、防沉粉体、涂料助剂和去离子水。本发明制备的水性超防腐涂料具有优异的附着力、机械性能，超长耐腐蚀性、同时具有较佳的散热功能。

Description

用于空调换热器铝翅片上的水性超防腐涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及水性防腐涂料领域，具体涉及用于空调换热器铝翅片上的水性超防腐涂料及其制备方法。
背景技术
作为空调的重要工作部件，换热器热工性能的高低对空调设备的性能起着至关重要的作用。为了获得良好的热工性能，空调换热器通常采用小片距、复杂片形的铝翅片与铜管相接的结构，以强化制冷液与铜管间的热交换效率。铝的化学活泼性较铜高，但其表面形成的氧化铝具有良好的化学稳定性，一般不容易腐蚀，而在潮湿的大气中耐腐蚀性能大幅下降。图1为空调换热器腐蚀实物照片，从图中可以看出，腐蚀较为严重。
从材料特性上看，铜对氢的电极电位为+0.34V，铝对氢的电极电位为-1.66V，铜铝间的电极电位差为2V，相当于一节干电池电压的1.3倍；在有电解质存在的条件下，铜铝间就会发生放电反应，产生电化学腐蚀：铝不断丢失电子、被氧化成Al2O3，该腐蚀层随着电化学腐蚀时间的增加而逐渐变厚。其危害主要表现在：铝材的腐蚀泄露、腐蚀产物附着于换热器表面引起污垢热阻、腐蚀产物脱落引起管路堵塞和流道变窄，造成泵的功耗增加和运动部件的磨损，缩短空调使用寿命。
针对上述铝翅片腐蚀问题，通过涂敷耐腐蚀涂料可以隔离铝翅片与介质接触，有效防止电化学腐蚀的发生，使换热器具有抗冲刷、抗渗透、耐湿变和阻垢的作用，在一定程度上可以提高换热器性能和寿命。由于空调换热器铝翅片的厚度越来越薄(达到0.1mm)，对防腐涂层耐腐蚀性能的要求越来越高。现有防腐涂层会形成很多的微观多孔结构，腐蚀介质很容易通过孔隙、裂纹扩散，使得耐腐蚀效果不佳。
近年来，关于石墨烯复合防腐涂料的研究受到学者的广泛关注，这类石墨烯复合防腐涂料大多数都将石墨烯以功能性填料的形式进行添加的。由于石墨烯本身的不溶性、高比表面积，以及片层之间存在范德华力和π-π堆积作用，通常情况下，石墨烯在水、有机溶剂以及聚合物中容易发生不可逆的聚集和沉淀，不仅降低了自身的吸附能力，而且无法发挥石墨烯的二维片层的优异特性，从而影响了石墨烯复合防腐涂料的性能，导致这类防腐涂料虽耐腐蚀有一定程度提高，但是其耐腐蚀效果改善并不明显。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了用于空调换热器铝翅片上的水性超防腐涂料及其制备方法，本发明的技术方案如下：
一种用于空调换热器铝翅片上的水性超防腐涂料，包括如下重量份的组份：
氧化石墨烯/水溶性丙烯酸树脂40-45份、耐腐蚀粉体5-8份、碳黑1-3份、水性防沉功能材料5-8份、氨基树脂8-10份、涂料助剂1.5-2.9份和去离子水30-35份；其中，氧化石墨烯/水溶性丙烯酸树脂是将改性氧化石墨烯分散于丙烯酸单体中聚合得到。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述改性氧化石墨烯的制备方法为：将氧化石墨烯和8-12wt％NMP水溶液混合超声分散2-3h，调节pH值至3-4，加入苯乙烯基三甲氧基硅烷，加热至75-85℃恒温反应3-5h，冷却，洗涤，干燥，制得改性氧化石墨烯；反应方程式如图2所示。
其中，氧化石墨烯与NMP的质量比为(0.1-1)：10，氧化石墨烯和苯乙烯基三甲氧基硅烷的摩尔比为(1-2)：1。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述氧化石墨烯平均尺寸为285nm，单层率大于90％。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述耐腐蚀粉体为磷酸盐和铁黑系列防锈颜料中的一种或多种组合。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述水性防沉功能材料为无机二氧化硅和有机材料通过超常温二元微波塑化合成反应获得，其悬浮率为98.5％，粒径D97为8-10μm。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述氨基树脂为甲醚化氨基树脂5717、5717W和5747中的一种或多种组合。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述涂料助剂包括：酸催化剂0.3-0.5份、润湿剂0.1-0.3份、消泡剂0.05-0.1份和中和剂1-2份；酸催化剂为对甲苯磺酸催化剂Cycat4045和Cycat4040中的一种或两种；润湿剂为硅醇类非离子表面活性剂GSK-588、GSK-582和GSK-585中的一种或多种组合；消泡剂为
Figure BDA0002399506860000031
299、
Figure BDA0002399506860000032
765和
Figure BDA0002399506860000033
158中的一种或多种组合；中和剂为氨水、N,N-二甲基乙醇胺、三乙醇胺和乙醇胺中的一种或多种组合。
用于空调换热器铝翅片上的水性超防腐涂料的制备方法，其制备过程如下：
按照上述配比，将氧化石墨烯/水溶性丙烯酸树脂在500～700r/min的转速下分散，依次加入部分去离子水、涂料助剂、耐腐蚀粉体、水性防沉功能材料和碳黑混合均匀，将得到的浆料研磨至浆料粒子细度小于20μm，然后加入氨基树脂，补足剩余去离子水，制得水性超防腐涂料。
需要说明的是，在第一次加入部分去离子水时，其加量以能够足以混合涂料助剂、耐腐蚀粉体、水性防沉功能材料和碳黑为宜，例如占去离子水总量1/3-1/2的量，当然本领域技术人员也可以根据实际情况酌情调整，本发明对此不做特别限定。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述制备方法还包括制备氧化石墨烯/水溶性丙烯酸树脂，其制备过程如下：
在反应容器中加入占总原料20-30wt％的溶剂，升温至溶剂回流，在反应器中加入混合料，80℃保温0.5h，滴加剩余的90wt％的混合料，在3.5～4h内滴完，控制温度80℃，追加0.4-0.6wt％引发剂BPO和5-10wt％溶剂，继续保温2h，降温至60℃，在充分搅拌下加入5-10wt％中和剂，继续搅拌30分钟，得到氧化石墨烯/水溶性丙烯酸树脂；
混合料包括：改性氧化石墨烯5-10wt％、甲基丙烯酸甲酯50-60wt％、丙烯酸异辛酯8-10wt％、丙烯酸8-10wt％和丙烯酸-2-羟丙酯16-20wt％；混合料中还添加有占其总量1.5-2wt％的引发剂BPO，以及占其总量1-1.2wt％的巯基乙醇。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述溶剂为二丙二醇甲醚醋酸酯、二乙二醇丁醚和乙二醇丁醚乙酸酯中的一种或多种组合。
本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明通过原位聚合的形式，将苯乙烯基三甲氧基硅烷改性后的氧化石墨烯分散到聚合物单体中，发生单体－石墨烯－单体间聚合，在石墨烯表面引入高分子链，有效地使石墨烯剥离并均匀分散，得到氧化石墨烯/水溶性丙烯酸树脂，其在后续配制的水性涂料中能够兼顾石墨烯优异的化学稳定性、突出的力学性能和聚合物树脂的强附着力、成膜性，同时与本发明选用的耐腐蚀粉体、碳黑、氨基树脂和涂料助剂协同提高涂料的综合性能，明显改善涂料的耐腐蚀性。而且，本发明提供的用于空调换热器铝翅片上的水性超防腐涂料制备工艺简单，有利于在工业上大规模生产应用。
本发明的水性超防腐涂料耐中性盐雾达6000h，应用于空调换热器铝翅片上，可有效抑制水、氧气和侵蚀离子扩散对涂膜的浸润与渗透，可以增加腐蚀介质在涂层中的渗透路径，大大提高空调的使用寿命。本发明制备的水性超防腐涂层厚度仅1～2μm、热阻小，红外辐射率达0.95以上，可显著提高空调换热器散热效果。
附图说明
图1为现有空调换热器腐蚀实物照片；
图2为苯乙烯基三甲氧基硅烷改性氧化石墨烯反应方程式；
图3为本发明实施例1的盐雾试验照片；
图4为本发明实施例3的盐雾试验照片。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
按以下步骤制备水性超防腐涂料：
(1)苯乙烯基三甲氧基硅烷改性氧化石墨烯的制备：
将氧化石墨烯0.1重量份和10％NMP水溶液100重量份混匀、超声分散3h，用盐酸调整混合液pH为3-4，加入苯乙烯基三甲氧基硅烷，缓慢加热至80℃，使其在酸和加热的条件下恒温反应3.5h，冷却，用异丙醇和水洗涤、干燥，制得改性氧化石墨烯。氧化石墨烯和苯乙烯基三甲氧基硅烷的摩尔比为1：1。
(2)氧化石墨烯/水溶性丙烯酸树脂的制备：
混合料包括：改性氧化石墨烯5wt％、甲基丙烯酸甲酯55wt％、丙烯酸异辛酯10wt％、丙烯酸10wt％和丙烯酸-2-羟丙酯20wt％，还包括：占前述原料总量1.5wt％的引发剂BPO，以及占前述原料总量1.2wt％的巯基乙醇。
在反应容器中加入环保溶剂20wt％，升温至溶剂回流，在反应器中加入权力1混合料10wt％，80℃保温0.5h，滴加剩余的90wt％的混合料，在3.5～4h内滴完，控制温度80℃，追加0.4wt％引发剂BPO、8wt％溶剂，继续保温2h，降温至60℃，在充分搅拌下加入5wt％中和剂，继续搅拌30分钟，得到氧化石墨烯改性丙烯酸树脂。
(3)水性超防腐涂料的制备：将步骤(2)制得氧化石墨烯/水溶性丙烯酸树脂40重量份置于搅拌器中，调节分散机转速至500～700r/min，依次缓慢加入15重量份去离子水、酸催化剂0.3份、润湿剂0.1重量份、消泡剂0.1重量份、中和剂0.1重量份、耐腐蚀粉体8重量份、水性防沉功能材料8份、碳黑3重量份，充分混合均匀、研磨细度至20μm以下，加入氨基树脂8重量份，补足剩余去离子水，即制得水性超防腐涂料。
实施例2
按以下步骤制备水性超防腐涂料：
(1)苯乙烯基三甲氧基硅烷改性氧化石墨烯的制备：
将氧化石墨烯0.3重量份和10％NMP水溶液100重量份混匀、超声分散3h，用盐酸调整混合液pH为3-4，加入苯乙烯基三甲氧基硅烷，缓慢加热至80℃，使其在酸和加热的条件下恒温反应5h，冷却，用异丙醇和水洗涤、干燥，制得改性氧化石墨烯。氧化石墨烯和苯乙烯基三甲氧基硅烷的摩尔比为2：1。
(2)氧化石墨烯/水溶性丙烯酸树脂的制备：
混合料包括：改性氧化石墨烯10wt％、甲基丙烯酸甲酯50wt％、丙烯酸异辛酯10wt％、丙烯酸10wt％和丙烯酸-2-羟丙酯20wt％，还包括：占前述原料总量2wt％的引发剂BPO，以及占前述原料总量1wt％的巯基乙醇。
在反应容器中加入环保溶剂30wt％，升温至溶剂回流，在反应器中加入权力1混合料10wt％，80℃保温0.5h，滴加剩余的90wt％的混合料，在3.5～4h内滴完，控制温度80℃，追加0.6wt％引发剂BPO、10wt％溶剂，继续保温2h，降温至60℃，在充分搅拌下加入10wt％中和剂，继续搅拌30分钟，得到氧化石墨烯改性丙烯酸树脂。
(3)水性超防腐涂料的制备：将步骤(2)制得氧化石墨烯/水溶性丙烯酸树脂45重量份置于搅拌器中，调节分散机转速至500～700r/min，依次缓慢加入12重量份去离子水、酸催化剂0.5份、润湿剂0.2重量份、消泡剂0.05重量份、中和剂0.3重量份、耐腐蚀粉体5重量份、水性防沉功能材料5份、碳黑1重量份，充分混合均匀、研磨细度至20μm以下，加入氨基树脂10重量份，补足剩余去离子水，即制得水性超防腐涂料。
实施例3
按以下步骤制备水性超防腐涂料：
(1)苯乙烯基三甲氧基硅烷改性氧化石墨烯的制备：
将氧化石墨烯0.2重量份和10％NMP水溶液100重量份混匀、超声分散3h，用盐酸调整混合液pH为3-4，加入苯乙烯基三甲氧基硅烷，缓慢加热至80℃，使其在酸和加热的条件下恒温反应5h，冷却，用异丙醇和水洗涤、干燥，制得改性氧化石墨烯。氧化石墨烯和苯乙烯基三甲氧基硅烷的摩尔比为1.5：1。
(2)氧化石墨烯/水溶性丙烯酸树脂的制备：
混合料包括：改性氧化石墨烯8wt％、甲基丙烯酸甲酯60wt％、丙烯酸异辛酯8wt％、丙烯酸8wt％和丙烯酸-2-羟丙酯16wt％，还包括：占前述原料总量2wt％的引发剂BPO，以及占前述原料总量1wt％的巯基乙醇。
在反应容器中加入环保溶剂25wt％，升温至溶剂回流，在反应器中加入权力1混合料10wt％，80℃保温0.5h，滴加剩余的90wt％的混合料，在3.5～4h内滴完，控制温度80℃，追加0.5wt％引发剂BPO、5wt％溶剂，继续保温2h，降温至60℃，在充分搅拌下加入5wt％中和剂，继续搅拌30分钟，得到氧化石墨烯改性丙烯酸树脂。
(3)水性超防腐涂料的制备：将步骤(2)制得氧化石墨烯/水溶性丙烯酸树脂42.5重量份置于搅拌器中，调节分散机转速至500～700r/min，依次缓慢加入15重量份去离子水、酸催化剂0.4份、润湿剂0.3重量份、消泡剂0.1重量份、中和剂0.3重量份、耐腐蚀粉体6重量份、水性防沉功能材料8份、碳黑2重量份，充分混合均匀、研磨细度至20μm以下，加入氨基树脂9重量份，补足剩余去离子水，即制得水性超防腐涂料。
对比例1
(1)水溶性丙烯酸树脂的制备：
混合料包括：
甲基丙烯酸甲酯60wt％、丙烯酸异辛酯10wt％、丙烯酸10wt％、丙烯酸-2-羟丙酯20wt％。占其总量1.5wt％的引发剂BPO，以及占其总量1wt％的巯基乙醇。在反应容器中加入环保溶剂30wt％，升温至溶剂回流，在反应器中加入权力1混合料10wt％，80℃保温0.5h，滴加剩余混合料，在3.5～4h内滴完，控制温度80℃，追加0.5wt％引发剂BPO、10wt％溶剂，继续保温2h，降温至60℃，在充分搅拌下加入8wt％中和剂，继续搅拌30分钟，得到水溶性丙烯酸树脂。
(2)水性防腐涂料的制备：将步骤(1)制得水溶性丙烯酸树脂45份置于搅拌器中，调节分散机转速至500～700r/min，依次缓慢加入15份去离子水、氧化石墨烯5份、酸催化剂0.5份、润湿剂0.3份、消泡剂0.1份、中和剂0.2份、耐腐蚀粉体8份、水性防沉功能材料5份、碳黑3份，充分混合均匀、研磨细度至20μm以下，加入氨基树脂10份，补足剩余去离子水，即制得水性防腐涂料。
试验例
采用浸涂和滚涂的方式，利用实施例1-3和对比例1的水性防腐涂料分别制备空调换热器铝翅片涂层，干膜厚度控制在1～2μm，180℃烘烤1～2min，即制得铝翅片防腐涂层，并对其性能进行测试，测试数据见表1，盐雾试验照片如图3-4，以实施例1和3的照片进行说明。
表1 水性防腐涂料测试数据
Figure BDA0002399506860000081
Figure BDA0002399506860000091
由表1可知，实施例1-3中性盐雾达6000h以上，红外辐射系数大于0.95，对比例1中性盐雾仅1000h，说明改性后的氧化石墨烯通过原位聚合的方式所制备的防腐涂层可显著提高空调换热器铝翅片耐腐蚀性能和红外辐射散热效果，对于防腐涂料综合性能具有较强的提升作用。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种用于空调换热器铝翅片上的水性超防腐涂料，其特征在于，包括如下重量份的组份：
氧化石墨烯/水溶性丙烯酸树脂40-45份、耐腐蚀粉体5-8份、碳黑1-3份、水性防沉功能材料5-8份、氨基树脂8-10份、涂料助剂1.5-2.9份和去离子水30-35份；其中，所述氧化石墨烯/水溶性丙烯酸树脂是将改性氧化石墨烯分散于丙烯酸单体中聚合得到。
2.根据权利要求1所述的用于空调换热器铝翅片上的水性超防腐涂料，其特征在于，所述改性氧化石墨烯的制备方法为：
将氧化石墨烯和8-12wt％NMP水溶液混合超声分散2-3h，调节pH值至3-4，加入苯乙烯基三甲氧基硅烷，加热至75-85℃恒温反应3-5h，冷却，洗涤，干燥，制得改性氧化石墨烯；
其中，氧化石墨烯与NMP的质量比为(0.1-1)：10，氧化石墨烯和苯乙烯基三甲氧基硅烷的摩尔比为(1-2)：1。
3.根据权利要求2所述的用于空调换热器铝翅片上的水性超防腐涂料，其特征在于，所述氧化石墨烯平均尺寸为285nm，单层率大于90％。
4.根据权利要求1所述的用于空调换热器铝翅片上的水性超防腐涂料，其特征在于，所述耐腐蚀粉体为磷酸盐和铁黑系列防锈颜料中的一种或多种组合。
5.根据权利要求1所述的用于空调换热器铝翅片上的水性超防腐涂料，其特征在于，所述水性防沉功能材料为无机二氧化硅和有机材料通过超常温二元微波塑化合成反应获得，其悬浮率为98.5％，粒径D97为8-10μm。
6.根据权利要求1所述的用于空调换热器铝翅片上的水性超防腐涂料，其特征在于，所述氨基树脂为甲醚化氨基树脂5717、5717W和5747中的一种或多种组合。
7.根据权利要求1所述的用于空调换热器铝翅片上的水性超防腐涂料，其特征在于，所述涂料助剂包括：酸催化剂0.3-0.5份、润湿剂0.1-0.3份、消泡剂0.05-0.1份和中和剂1-2份；
所述酸催化剂为对甲苯磺酸催化剂Cycat4045和Cycat4040中的一种或两种；
所述润湿剂为硅醇类非离子表面活性剂GSK-588、GSK-582和GSK-585中的一种或多种组合；
所述消泡剂为
Figure FDA0002399506850000021
299、
Figure FDA0002399506850000022
765和
Figure FDA0002399506850000023
158中的一种或多种组合；
所述中和剂为氨水、N,N-二甲基乙醇胺、三乙醇胺和乙醇胺中的一种或多种组合。
8.权利要求1-7任一项所述的用于空调换热器铝翅片上的水性超防腐涂料的制备方法，其特征在于，制备过程如下：
按照上述配比，将氧化石墨烯/水溶性丙烯酸树脂在500～700r/min的转速下分散，依次加入部分去离子水、涂料助剂、耐腐蚀粉体、水性防沉功能材料和碳黑混合均匀，将得到的浆料研磨至浆料粒子细度小于20μm，然后加入氨基树脂，补足剩余去离子水，制得水性超防腐涂料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括制备所述氧化石墨烯/水溶性丙烯酸树脂，其制备过程如下：
在反应容器中加入占总原料20-30wt％的溶剂，升温至溶剂回流，在反应器中加入10wt％的混合料，80℃保温0.5h，滴加剩余的90wt％的混合料，在3.5～4h内滴完，控制温度80℃，追加0.4-0.6wt％引发剂BPO和5-10wt％溶剂，继续保温2h，降温至60℃，在充分搅拌下加入5-10wt％中和剂，继续搅拌30分钟，得到氧化石墨烯/水溶性丙烯酸树脂；
所述混合料包括：改性氧化石墨烯5-10wt％、甲基丙烯酸甲酯50-60wt％、丙烯酸异辛酯8-10wt％、丙烯酸8-10wt％和丙烯酸-2-羟丙酯16-20wt％；所述混合料中还添加有占其总量1.5-2wt％的引发剂BPO，以及占其总量1-1.2wt％的巯基乙醇。
10.根据权利要求9所述的用于空调换热器铝翅片上的水性超防腐涂料，其特征在于，所述溶剂为二丙二醇甲醚醋酸酯、二乙二醇丁醚和乙二醇丁醚乙酸酯中的一种或多种组合。
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