CN112375495A - 一种自润滑水性环保涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自润滑水性环保涂料。该水性环保涂料按质量百分比由20％～40％的A、15％～25％的B、10％～20％的Al粉及Zn粉、1％～3％的有机硅消泡剂、2％～8％的缓蚀剂、1％～5％的助溶剂、10％～20％的润滑剂和10％～15％的水组成；其中A是松香和硅烷偶联剂的反应产物；B是ZrCl4、季铵盐和三聚磷酸酯在三乙醇胺中的反应产物。制备方法是：称取A和B，搅拌均匀；向其中加入Al粉和Zn粉、有机硅消泡剂、缓蚀剂、助溶剂、润滑剂和水充分搅拌，混合均匀，得到所述涂料。该涂料具有优异的耐腐蚀性、自润滑性、成膜性、钝化性、缓释性等。

Description

一种自润滑水性环保涂料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于涂料领域，具体涉及一种自润滑水性环保涂料及其制备方法和应用。
背景技术
紧固件是工业中一种重要的部件，在各行各业获得广泛应用。从一般的基础设施，例如电塔，信号塔等，到尖端工业都是必不可少的部件，例如，航天、航空。它是工程中大量使用的金属材料，而金属材料在使用中，就要特别注意其腐蚀问题，如果不加以保护就会遭受腐蚀的破坏，轻则造成经济损失，重则产生安全事故。以往对紧固件的防腐常采用含铬材料涂层、镀锌、磷化，使其具有耐腐蚀性，长效性，对紧固件起到关键的保护作用。在含铬的涂层中，铬为成膜钝化材料，使金属免遭腐蚀破坏。但是目前的研究结果表明：六价铬离子为重金属离子，对环境和人体造成了巨大的危害，引起了世界各国的关注，欧盟已经禁止使用含六价铬的涂层，中国也开始管控对六价铬的使用。而镀锌和磷化不仅工艺复杂，而且易造成环境污染。所以亟需发明一种能够对紧固件起到防腐作用并且环保的材料。另外在对紧固件防腐的同时，为防止紧固件出现卡咬、抱死的现象，需要紧固件具有自润滑能力，但是不管是含铬涂层，还是镀锌，磷化，都不能使紧固件具有自润滑功能，所以亟需发明一种能够对紧固件起到防腐作用以及使紧固件具有自润滑功能的同时还要满足环保要求的材料。
总之，目前的紧固件用防腐材料的耐腐蚀性不够好，镀铬重污染，镀锌和磷化不仅工艺复杂，而且也易造成环境污染。此外，目前的紧固件缺乏自润滑功能。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种自润滑水性环保涂料。具体的技术方案如下：
一种自润滑水性环保涂料，所述水性环保涂料按质量百分比由20％～40％的A、15％～25％的B、10％～20％的Al粉及Zn粉、1％～3％的有机硅消泡剂、2％～8％的缓蚀剂、1％～5％的助溶剂、10％～20％的润滑剂和10％～15％的水组成；所述A的结构如下：
Figure BDA0002806300070000021
其中，m为1-5，L为：
-NH2、-OH或
Figure BDA0002806300070000022
所述B的结构如下，其中R为烷基：
Figure BDA0002806300070000023
优选地，所述Al粉及Zn粉的质量比为5～7:1。
优选地，所述有机硅消泡剂为XPJ-E1330。
优选地，所述缓蚀剂的结构如下：
Figure BDA0002806300070000024
优选地，所述助溶剂为一元醇、二元醇或醇醚。
优选地，所述润滑剂为棕榈酸锌。
其中，A的制备方法如下：
在合成装置中，首先加入松香，在80℃下融化，然后滴加硅烷偶联剂KH550(松香和KH550的摩尔比为1:1.05)，然后升温到90℃，反应3h，即可获得物质A。
B的制备方法如下：
在合成装置中，使用三乙醇胺做溶剂，首先加入ZrCl4，然后加入季铵盐，升温到85℃，再加入三聚磷酸酯(ZrCl4、季铵盐和三聚磷酸酯的质量比为1:1.05:1)，反应3h，可得到物质B。
缓蚀剂的制备方法如下：
将多巴胺衍生物和苯甲酸衍生物按摩尔比1:1加入到反应釜中，升温到60℃，反应2h，得到所述缓蚀剂。
本发明的目的之二是提供所述自润滑水性环保涂料的制备方法。具体的技术方案如下：
所述的自润滑水性环保涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将A和B按质量百分比称取后进行搅拌，混合均匀；
(2)按质量百分比分别称取Al粉和Zn粉、有机硅消泡剂、缓蚀剂，助溶剂、润滑剂和水，加入步骤(1)所得物质中，充分搅拌，混合均匀，得到所述自润滑水性环保涂料。
本发明的目的之三是提供所述润滑水性环保涂料的应用。具体的技术方案如下：
所述的自润滑水性环保涂料用于紧固件的表面防腐。
本发明的有益效果
1、使用本发明涂层的紧固件耐盐雾时间可达到800h。
2、用棕榈酸锌作为润滑剂，使其具有自润滑功能，在进行盐雾试验后，紧固件的摩擦系数最小还可保持为0.08。
3、此外，物质A提供成膜性，物质B提供钝化性，使得本发明的水性环保涂料具有优异的耐腐蚀性、自润滑性、成膜性、钝化性、缓释性等。
附图说明
图1为实施例1所得组合物的电化学阻抗谱图；
图2为实施例2所得组合物的电化学阻抗谱图；
图3为实施例3所得组合物的电化学阻抗谱图；
图4为实施例4所得组合物的电化学阻抗谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解为这些实施例仅用于说明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明做各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所依附权利要求书所限定的范围。
以下实施例中的A、B和缓蚀剂及其制备方法分别与发明内容中的A、B和缓蚀剂的相同。
实施例1
一、组合物的配方
按质量百分比配置组合物的各组分含量：
A：30％
B：20％
Al和Zn：17％(Al粉及Zn粉的质量比为5:1)
有机硅消泡剂(XPJ-E1330)：2％
缓蚀剂：3％
助溶剂(乙二醇)：3％
润滑剂(棕榈酸锌)：15％
去离子水：10％
二、制备方法
1、制备A组分：在合成装置中，首先加入松香，在80℃下融化，然后滴加硅烷偶联剂KH550，加入量为质量比松香：KH550＝1:1.05，然后升温到90℃，反应3h，即可获得物质A，然后室温保存，备用；
2、制备B组分：在合成装置中，使用三乙醇胺做溶剂，首先加入ZrCl4，然后加入季铵盐，升温到85℃，再加入三聚磷酸酯(ZrCl4、季铵盐和三聚磷酸酯的质量比为1:1.05:1)，反应3h，可得到物质B，然后室温保存，备用。
3、制备涂料
(1)将A和B按质量百分比称取后进行搅拌，混合均匀；
(2)按质量百分比分别称取Al粉和Zn粉、有机硅消泡剂、缓蚀剂，助溶剂、润滑剂和水，加入步骤(1)所得物质中，充分搅拌，混合均匀，得到所述自润滑水性环保涂料。
三、测试
将本实施例所得的涂料涂覆到公称直径M16的螺栓和匹配的螺母上，涂层耐盐雾实验可达500h，附着力为2级；经过500h盐雾腐蚀后进行摩擦系数测试，摩擦系数为0.1。
将本实施例所得的涂料涂覆到马口铁片上，晾干后做电化学阻抗实验，结果如图1所示。
从图1中可以看出，Nyquist图谱表现为近似半圆弧，低频区涂层电阻值约为Rc＝3.4×106Ωcm2这意味着涂层具有良好的屏蔽作用，有效地阻隔了腐蚀介质对金属基底的侵蚀，从而使金属基底得到较好的保护作用。
实施例2
一、组合物的配方
按质量百分比配置组合物的各组分含量：
A：33％
B：22％
Al和Zn：15％(Al粉及Zn粉的质量比为6:1)
有机硅消泡剂(XPJ-E1330)：2％
缓蚀剂：2％
助溶剂(乙二醇)：3％
润滑剂(棕榈酸锌)：12％
去离子水：11％
二、制备方法
1、制备A组分：在合成装置中，首先加入松香，在80℃下融化，然后滴加硅烷偶联剂KH550，加入量为质量比松香：KH550＝1:1.05，然后升温到90℃，反应3h，即可获得物质A，然后室温保存，备用；
2、制备B组分：在合成装置中，使用三乙醇胺做溶剂，首先加入ZrCl4，然后加入季铵盐，升温到85℃，再加入三聚磷酸酯(ZrCl4、季铵盐和三聚磷酸酯的质量比为1:1.05:1)，反应3h，可得到物质B，然后室温保存，备用。
3、制备涂料
(1)将A和B按质量百分比称取后进行搅拌，混合均匀；
(2)按质量百分比分别称取Al粉和Zn粉、有机硅消泡剂、缓蚀剂，助溶剂、润滑剂和水，加入步骤(1)所得物质中，充分搅拌，混合均匀，得到所述自润滑水性环保涂料。
三、测试
将本实施例所得的涂料涂覆到公称直径M16的螺栓和匹配的螺母上，涂层耐盐雾实验可达650h，附着力为1级；经过650h盐雾腐蚀后进行摩擦系数测试，摩擦系数为0.12。
将本实施例所得的涂料涂覆到马口铁片上，晾干后做电化学阻抗实验，结果如图2所示。
从图中可以看出，Nyquist图谱表现为近似半圆弧，低频区涂层电阻值约为Rc＝8.3×108Ωcm2这意味着涂层具有良好的屏蔽作用，有效地阻隔了腐蚀介质对金属基底的侵蚀，从而使金属基底得到较好的保护作用。
实施例3
一、组合物的配方
按质量百分比配置组合物的各组分含量：
A：25％
B：18％
Al和Zn：18％(Al粉及Zn粉的质量比为7:1)
有机硅消泡剂(XPJ-E1330)：3％
缓蚀剂：4％
助溶剂(聚乙二醇醚)：5％
润滑剂(棕榈酸锌)：14％
去离子水：13
二、制备方法
1、制备A组分：在合成装置中，首先加入松香，在80℃下融化，然后滴加硅烷偶联剂KH550，加入量为质量比松香：KH550＝1:1.05，然后升温到90℃，反应3h，即可获得物质A，然后室温保存，备用；
2、制备B组分：在合成装置中，使用三乙醇胺做溶剂，首先加入ZrCl4，然后加入季铵盐，升温到85℃，再加入三聚磷酸酯(ZrCl4、季铵盐和三聚磷酸酯的质量比为1:1.05:1)，反应3h，可得到物质B，然后室温保存，备用。
3、制备涂料
(1)将A和B按质量百分比称取后进行搅拌，混合均匀；
(2)按质量百分比分别称取Al粉和Zn粉、有机硅消泡剂、缓蚀剂，助溶剂、润滑剂和水，加入步骤(1)所得物质中，充分搅拌，混合均匀，得到所述自润滑水性环保涂料。
三、测试
将本实施例所得的涂料涂覆到公称直径M16的螺栓和匹配的螺母上，涂层耐盐雾实验可达600h，附着力为1级；经过600h盐雾腐蚀后进行摩擦系数测试，摩擦系数为0.08。
将本实施例所得的涂料涂覆到马口铁片上，晾干后做电化学阻抗实验，结果如图3所示。
从图3中可以看出，Nyquist图谱表现为近似半圆弧，低频区涂层电阻值约为Rc＝5.7×108Ωcm2这意味着涂层具有良好的屏蔽作用，有效地阻隔了腐蚀介质对金属基底的侵蚀，从而使金属基底得到较好的保护作用。
实施例4
一、组合物的配方
按质量百分比配置组合物的各组分含量：
A：34％
B：19％
Al和Zn：14％(Al粉及Zn粉的质量比为6:1)
有机硅消泡剂(XPJ-E1330)：2％
缓蚀剂：2％
助溶剂(乙醇)：2％
润滑剂(棕榈酸锌)：16％
去离子水：11％
二、制备方法
1、制备A组分：在合成装置中，首先加入松香，在80℃下融化，然后滴加硅烷偶联剂KH550，加入量为质量比松香：KH550＝1:1.05，然后升温到90℃，反应3h，即可获得物质A，然后室温保存，备用；
2、制备B组分：在合成装置中，使用三乙醇胺做溶剂，首先加入ZrCl4，然后加入季铵盐，升温到85℃，再加入三聚磷酸酯(ZrCl4、季铵盐和三聚磷酸酯的质量比为1:1.05:1)，反应3h，可得到物质B，然后室温保存，备用。
3、制备涂料
(1)将A和B按质量百分比称取后进行搅拌，混合均匀；
(2)按质量百分比分别称取Al粉和Zn粉、有机硅消泡剂、缓蚀剂，助溶剂、润滑剂和水，加入步骤(1)所得物质中，充分搅拌，混合均匀，得到所述自润滑水性环保涂料。
三、测试
将本实施例所得的涂料涂覆到公称直径M16的螺栓和匹配的螺母上，涂层耐盐雾实验可达800h，附着力为1级；经过800h盐雾腐蚀后进行摩擦系数测试，摩擦系数为0.13。
将本实施例所得的涂料涂覆到马口铁片上，晾干后做电化学阻抗实验，结果如下图4所示。
从图4中可以看出，Nyquist图谱表现为近似半圆弧，低频区涂层电阻值约为Rc＝1.4×108Ωcm2这意味着涂层具有良好的屏蔽作用，有效地阻隔了腐蚀介质对金属基底的侵蚀，从而使金属基底得到较好的保护作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的技术人员来说，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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种自润滑水性环保涂料，其特征在于，所述水性环保涂料按质量百分比由20％～40％的A、15％～25％的B、10％～20％的Al粉及Zn粉、1％～3％的有机硅消泡剂、2％～8％的缓蚀剂、1％～5％的助溶剂、10％～20％的润滑剂和10％～15％的水组成；所述A的结构如下：
Figure FDA0002806300060000011
其中，m为1-5，L为：
-NH2、-OH或
Figure FDA0002806300060000012
所述B的结构如下，其中R为烷基：
Figure FDA0002806300060000013
2.根据权利要求1所述的自润滑水性环保涂料，其特征在于，所述Al粉及Zn粉的质量比为5～7:1。
3.根据权利要求1所述的自润滑水性环保涂料，其特征在于，所述有机硅消泡剂为XPJ-E1330。
4.根据权利要求1所述的自润滑水性环保涂料，其特征在于，所述缓蚀剂的结构如下：
Figure FDA0002806300060000021
5.根据权利要求1所述的自润滑水性环保涂料，其特征在于，所述助溶剂为一元醇、二元醇或醇醚。
6.根据权利要求1所述的自润滑水性环保涂料，其特征在于，所述润滑剂为棕榈酸锌。
7.如权利要求1-6任一项所述的自润滑水性环保涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将A和B按质量百分比称取后进行搅拌，混合均匀；
(2)按质量百分比分别称取Al粉和Zn粉、有机硅消泡剂、缓蚀剂，助溶剂、润滑剂和水，加入步骤(1)所得物质中，充分搅拌，混合均匀，得到所述自润滑水性环保涂料。
8.如权利要求1-6任一项所述的自润滑水性环保涂料用于紧固件的表面防腐。
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