CN114181616A - 一种无铬低温固化水性锌铝涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于锌铝涂料技术领域，具体涉及一种无铬低温固化水性锌铝涂料及其制备方法和应用。本发明提供了一种无铬低温固化水性锌铝涂料，包括独立分装的锌铝浆和水性硅浆；所述锌铝浆包括以下组分：锌铝防锈粉、分散剂、第一助溶剂、消泡剂和增稠剂；所述水性硅浆包括以下组分：水溶性有机硅树脂、水性纳米无机硅酸盐、固化促进剂、钝化剂、第二助溶剂和水。本发明提供的无铬低温固化水性锌铝涂料，具有固化温度低、高温服役寿命长的特点。

Description

一种无铬低温固化水性锌铝涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于锌铝涂料技术领域，具体涉及一种无铬低温固化水性锌铝涂料及其制备方法和应用。

背景技术

刹车盘是汽车制动系统中极其重要的部件，直接关系到汽车使用者的生命安全问题；无铬水性锌铝涂料具有环境友好、耐盐雾性能优异，在汽车刹车盘防护涂装上得到广泛的应用。

中国专利申请CN 1172135A指出，传统的无铬水性锌铝涂料，需要在320～360℃保温30min进行固化，CN 1172135A中公开的涂料，需要的固化烘烤温度为355℃，能耗非常高，同时涂层性能不受损寿命仅为300℃/1h；此外，还存在无铬水性锌铝低温、自干涂料，如中国专利申请CN 106893485A以及CN 111040556A中公开的涂料，虽然涂料固化温度低，但是固化所得的涂层在高温环境应用后会粉化、破裂，防护性能完全消失，不适用于汽车刹车盘的使用条件。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无铬低温固化水性锌铝涂料，具有固化温度低、高温服役寿命长的特点。

为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种无铬低温固化水性锌铝涂料，包括独立分装的锌铝浆和水性硅浆；

所述锌铝浆包括以下组分：锌铝防锈粉、分散剂、第一助溶剂、消泡剂和增稠剂；

所述水性硅浆包括以下组分：水溶性有机硅树脂、水性纳米无机硅酸盐、固化促进剂、钝化剂、第二助溶剂和水。

优选的，所述锌铝浆中锌铝防锈粉、分散剂、第一助溶剂、消泡剂和增稠剂的质量比为(50～85)：(0.5～1.0)：(15～25)：(0.2～1.0)：(1～3)。

优选的，所述水性硅浆中水溶性有机硅树脂、水性纳米无机硅酸盐、固化促进剂、钝化剂、第二助溶剂和水的质量比为(5～10)：(10～30)：(3～5)：(1～3)：(5～20)：(30～50)。

优选的，所述锌铝防锈粉包括片状锌粉和锌铝合金粉；

所述片状锌粉的片径为5～25μm；所述锌铝合金粉中铝的质量百分比含量为5～30％，所述锌铝合金粉中锌和铝的片径独立地为5～25μm；

所述片状锌粉和锌铝合金粉的质量比为(3～7)：(3～7)。

优选的，所述增稠剂包括膨润土、气相二氧化硅和纤维素中的一种或多种。

优选的，所述水溶性有机硅树脂包括KH560、KH561、MP200和KH550中的一种或多种；

所述水性纳米无机硅酸盐包括纳米硅酸钾、纳米硅酸钠和纳米硅酸锂中的一种或多种。

优选的，所述固化促进剂包括钛酸酯、铝酸酯、锆酸酯、水性氨基树脂、二月桂酸二丁基锡和异辛酸铋中的一种或多种；

所述钝化剂包括硼酸、钼酸钠、七钼酸铵和植酸中的一种或多种。

本发明还提供了上述技术方案所述无铬低温固化水性锌铝涂料的制备方法，包括以下步骤：

将第一助溶剂和增稠剂混合，将所得的第一混合料、分散剂、消泡剂和锌铝防锈粉混合，得到所述锌铝浆；

将水、第二助溶剂和钝化剂混合，得到第二混合料；

将水溶性有机硅树脂和固化促进剂混合，得到第三混合料；

将所述第二混合料和第三混合料混合，进行水解反应，将所得水解料液和水性纳米无机硅酸盐混合进行杂化反应，得到所述水性硅浆。

本发明还提供了上述技术方案所述无铬低温固化水性锌铝涂料或上述技术方案所述制备方法得到的无铬低温固化水性锌铝涂料作为防护涂料的应用。

优选的，所述应用包括以下步骤：

将锌铝浆和水性硅浆混合，得到无铬低温固化水性锌铝涂料；

将所述无铬低温固化水性锌铝涂料在待涂装工件上依次进行涂装和固化，得到无铬低温固化水性锌铝涂层；

所述锌铝浆和水性硅浆的质量比为6：4；

所述固化的温度为150～200℃，时间为15～30min。

本发明提供了一种无铬低温固化水性锌铝涂料，包括独立分装的锌铝浆和水性硅浆；所述锌铝浆包括以下组分：锌铝防锈粉、分散剂、第一助溶剂、消泡剂和增稠剂；所述水性硅浆包括以下组分：水溶性有机硅树脂、水性纳米无机硅酸盐、固化促进剂、钝化剂、第二助溶剂和水。在本发明中，片状的锌铝防锈粉具有良好的防腐蚀功能，在分散剂的帮助下，按片状层层堆叠排列如鱼鳞状，可以提高涂料低温固化下所得涂层的耐盐雾性能；水溶性有机硅树脂水解后，在固化促进剂的条件下，可以在较低温度下固化成膜，但是在高温下会裂解；水性纳米无机硅酸盐在高温下性能稳定，但低温下的干膜硬度低；将水性纳米无机硅酸盐和水溶性有机硅树脂联用，两者杂化反应得到水性硅浆，水性硅浆可以在较低的温度下固化成膜，同时所得的涂层又具有良好的耐高温性能，提高高温服役寿命。多组分助剂协同提高所述无铬低温固化水性锌铝涂料的施工性能，成膜性优良，提高耐蚀性能和耐盐雾性能。

实验结果表明，由本发明提供的无铬低温固化水性锌铝涂料形成的涂层具有优异的耐盐雾和耐高温性能。

具体实施方式

本发明提供了一种无铬低温固化水性锌铝涂料，包括独立分装的锌铝浆和水性硅浆；

所述锌铝浆包括以下组分：锌铝防锈粉、分散剂、第一助溶剂、消泡剂和增稠剂；

所述水性硅浆包括以下组分：水溶性有机硅树脂、水性纳米无机硅酸盐、固化促进剂、钝化剂、第二助溶剂和水。

在本发明中，若无特殊说明，所述各组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。

本发明提供的无铬低温固化水性锌铝涂料，包括独立分装的锌铝浆和水性硅浆。

在本发明中，所述锌铝浆包括以下组分：锌铝防锈粉、分散剂、第一助溶剂、消泡剂和增稠剂。

在本发明中，所述锌铝浆包括锌铝防锈粉。在本发明中，所述锌铝防锈粉优选包括片状锌粉和锌铝合金粉。在本发明中，所述片状锌粉的片径优选为5～25μm。在本发明中，所述锌铝合金粉中铝的质量百分比含量优选为5～30％，更优选为10～25％。在本发明中，所述锌铝合金粉中锌和铝的片径独立地优选为5～25μm。在本发明中，所述片状锌粉和锌铝合金粉的质量比优选为(3～7)：(3～7)，更优选为(3.5～6.5)：(3.5～6.5)。

在本发明中，所述锌铝浆包括分散剂。在本发明中，所述分散剂优选包括非离子型分散剂和/或两性分散剂。在本发明中，所述非离子型分散剂优选包括聚氧乙烯醚。在本发明中，所述两性分散剂优选包括磷酸酯类分散剂。在本发明中，所述锌铝防锈粉和分散剂的质量比优选(50～85)：(0.5～1.0)，更优选为(55～80)：(1.6～0.9)。

在本发明中，所述锌铝浆包括第一助溶剂。在本发明中，所述第一助溶剂优选包括乙醇、异丙醇、乙二醇、聚乙二醇、二丙二醇、丙二醇甲醚和二丙二醇甲醚中的一种或多种。在本发明中，所述锌铝防锈粉和第一助溶剂的质量比优选为(50～85)：(15～25)，更优选为(55～80)：(16～23)。

在本发明中，所述锌铝浆包括消泡剂。在本发明中，所述消泡剂优选包括BYK 019、BYK 028、BYK 038、BYK 021、BYK 093和Agitan 765中的一种或多种。在本发明中，所述锌铝防锈粉和消泡剂的质量比优选为(50～85)：(0.2～1)，更优选为(55～80)：(0.3～0.9)。

在本发明中，所述锌铝浆包括增稠剂。在本发明中，所述增稠剂优选包括膨润土、气相二氧化硅和纤维素中的一种或多种。在本发明中，所述锌铝防锈粉和增稠剂的质量比优选为(50～85)：(1～3)，更优选为(55～80)：(1.2～2.8)。

在本发明中，所述水性硅浆包括以下组分：水溶性有机硅树脂、水性纳米无机硅酸盐、固化促进剂、钝化剂、第二助溶剂和水。

在本发明中，所述水性硅浆包括水溶性有机硅树脂。在本发明中，所述水溶性有机硅树脂优选包括KH560、KH561、MP200和KH550中的一种或多种。

在本发明中，所述水性硅浆包括水性纳米无机硅酸盐。在本发明中，所述水性纳米无机硅酸盐优选包括纳米硅酸钾、纳米硅酸钠和纳米硅酸锂中的一种或多种。在本发明中，所述水溶性有机硅树脂和水性纳米无机硅酸盐的质量比优选为(5～10)：(10～30)，更优选为(6～9)：(12～28)。

在本发明中，所述水性硅浆包括固化促进剂。在本发明中，所述固化促进剂优选包括钛酸酯、铝酸酯、锆酸酯、水性氨基树脂、二月桂酸二丁基锡和异辛酸铋中的一种或多种。在本发明中，所述水溶性有机硅树脂和固化促进剂的质量比优选为(5～10)：(3～5)，更优选为(6～9)：(3.2～4.8)。

在本发明中，所述水性硅浆包括钝化剂。在本发明中，所述钝化剂优选包括硼酸、钼酸钠、七钼酸铵和植酸中的一种或多种。在本发明中，所述水溶性有机硅树脂和钝化剂的质量比优选为(5～10)：(1～3)，更优选为(6～9)：(1.2～2.8)。

在本发明中，所述水性硅浆包括第二助溶剂。在本发明中，所述第二助溶剂优选包括乙醇、异丙醇、乙二醇、聚乙二醇、二丙二醇、丙二醇甲醚和二丙二醇甲醚中的一种或多种。在本发明中，所述水溶性有机硅树脂和第二助溶剂的质量比优选为(5～10)：(5～20)，更优选为(6～9)：(7～18)。

在本发明中，所述水性硅浆包括水。在本发明中，所述水溶性有机硅树脂和水的质量比优选为(5～10)：(30～50)，更优选为(6～9)：(35～45)。

本发明还提供了上述技术方案所述无铬低温固化水性锌铝涂料的制备方法，包括以下步骤：

将第一助溶剂和增稠剂混合，将所得的第一混合料、分散剂、消泡剂和锌铝防锈粉混合，得到所述锌铝浆；

将水、第二助溶剂和钝化剂混合，得到第二混合料；

将水溶性有机硅树脂和固化促进剂混合，得到第三混合料；

将所述第二混合料和第三混合料混合，进行水解反应，将所得水解料液和水性纳米无机硅酸盐混合，进行杂化反应，得到所述水性硅浆。

在本发明中，所述制备方法中的各组分与上述技术方案所述无铬低温固化水性锌铝涂料中的各组分一致，在此不再赘述。

本发明将第一助溶剂和增稠剂混合，将所得的第一混合料、分散剂、消泡剂和锌铝防锈粉混合，得到所述锌铝浆。

在本发明中，所述第一助溶剂和增稠剂的混合优选在室温下进行，具体的，如18～25℃；所述第一助溶剂和增稠剂的混合优选为搅拌；所述搅拌的时间以第一助溶剂和增稠剂混合均匀为准。

在本发明中，所述第一混合料、分散剂、消泡剂和锌铝防锈粉的混合的温度优选≤45℃，更优选为15～45℃，再优选为20～30℃；所述第一混合料、分散剂、消泡剂和锌铝防锈粉的混合优选为搅拌；所述搅拌的时间以所述锌铝浆均匀为准。

本发明将水、第二助溶剂和钝化剂混合，得到第二混合料。

在本发明中，所述水、第二助溶剂和钝化剂的混合的温度优选为室温，具体的，如18～25℃；混合的时间以钝化剂完全溶解于水中为准。在本发明中，所述水、第二助溶剂和钝化剂的混合优选在搅拌的条件下进行。

本发明将水溶性有机硅树脂和固化促进剂混合，得到第三混合料。

本发明对所述水溶性有机硅树脂和固化促进剂的混合没有特殊限定，以水溶性有机硅树脂和固化促进剂混合均匀为准，具体的，如搅拌。

得到第二混合料和第三混合料后，本发明将所述第二混合料和第三混合料混合，进行水解反应，将所得水解料液和水性纳米无机硅酸盐混合，进行杂化反应，得到所述水性硅浆。

在本发明中，所述第二混合料和第三混合料的混合优选为将所述第三混合料加入第二混合料中。在本发明中，所述水解反应优选在搅拌的条件下进行。在本发明中，所述水解反应的时间优选为3～4h，更优选为3.2～3.8h。

在本发明中，所述水解料液和水性纳米无机硅酸盐的混合优选为将所述水性纳米无机硅酸盐加入水解料液中。在本发明中，所述杂化反应优选在搅拌的条件下进行。在本发明中，所述杂化反应的时间优选为1～2h，更优选为1～1.5h。

本发明还提供了上述技术方案所述无铬低温固化水性锌铝涂料或上述技术方案所述制备方法得到的无铬低温固化水性锌铝涂料作为防护涂料的应用。

本发明对所述防护涂料的应用对象没有特殊限定，任意应用对象均可；所述应用对象优选为汽车刹车盘。

在本发明中，所述应用优选包括以下步骤：

将锌铝浆和水性硅浆混合，得到无铬低温固化水性锌铝涂料；

将所述无铬低温固化水性锌铝涂料在待涂装工件上依次进行涂装和固化，得到无铬低温固化水性锌铝涂层；

所述锌铝浆和水性硅浆的质量比为6：4；

所述固化的温度为150～200℃，时间为15～30min。

本发明将锌铝浆和水性硅浆混合，得到无铬低温固化水性锌铝涂料。

在本发明中，所述锌铝浆和水性硅浆的质量比为6：4。在本发明中，所述锌铝浆和水性硅浆的混合优选在室温条件下进行，具体的，如18～25℃。在本发明中，所述锌铝浆和水性硅浆的混合优选为搅拌；本发明对所述搅拌没有特殊限定，以能够将所述锌铝浆和水性硅浆混合均匀为准。

得到无铬低温固化水性锌铝涂料后，本发明将所述无铬低温固化水性锌铝涂料在待涂装工件上依次进行涂装和固化，得到无铬低温固化水性锌铝涂层。

本发明对所述涂装没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的涂装即可。在本发明中，所述涂装前，待涂装工件的温度优选为40～60℃，更优选为45～55℃。

在本发明中，所述固化的温度优选为150～200℃，更优选为160～190℃；时间优选为15～30min，更优选为20～28min。

所述固化前，本发明优选将涂装所得工件进行静置；所述静置的时间优选为5min。本发明通过干燥，使涂装所得湿涂层预干燥。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的无铬低温固化水性锌铝涂料及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

实施例所用试剂均为市售。

锌铝防锈粉：片状锌粉：由德国爱卡购得；锌铝合金粉：由德国爱卡购得；

分散剂：BYK-333，由德国毕克BYK购得；

第一助溶剂：丙二醇甲醚，由陶氏购得；

消泡剂：BYK-019，由德国毕克BYK购得；

增稠剂：膨润土Bentone LT，由海明斯购得；

水溶性有机硅树脂：KH 550，由南京品宁偶联剂有限公司购得；

水性纳米无机硅酸盐：硅酸锂，由山东豪顺化工有限公司购得；

固化促进剂：二月桂酸二丁基锡，由空气化工购得；

钝化剂：钼酸钠，由山东国化化学有限公司购得；

第二助溶剂：二丙二醇甲醚，由陶氏购得。

实施例1

按照表1物质用量进行无铬低温固化水性锌铝涂料的制备：

25℃条件下将第一助溶剂和增稠剂混合，于30℃条件下将所得的第一混合料、分散剂、消泡剂和锌铝防锈粉混合，得到所述锌铝浆；

25℃条件下将水、第二助溶剂和钝化剂混合，得到第二混合料；

将水溶性有机硅树脂和固化促进剂混合，得到第三混合料；

将所述第二混合料和第三混合料混合，室温下搅拌3.5h进行水解反应，将所得水解料液和水性纳米无机硅酸盐混合，室温下搅拌1.5h进行杂化反应，得到所述水性硅浆；

将所得锌铝浆和水性硅浆按照质量比6：4混合，得到所述无铬低温固化水性锌铝涂料。

对比例1～2

对比例1～2物质用量见表1，制备方法与实施例1一致，其中，含量为0的组分省略即可，得到水性锌铝涂料。

表1实施例1和对比例1～2组分用量表(wt.％)

实施例1和对比例1～2均制备三批次，按照GMW 16284-2011分别进行测试，取平均值，实施例1和对比例1～2所得测试结果见表2。

表2实施例1和对比例1～2测试结果

由表2可见，本发明提供的无铬低温固化水性锌铝涂料具有优异的耐盐雾和耐高温性能，满足汽车刹车盘的防护需求。

实施例2

按照表3物质用量进行无铬低温固化水性锌铝涂料的制备：

25℃条件下将第一助溶剂和增稠剂混合，于30℃条件下将所得的第一混合料、分散剂、消泡剂和锌铝防锈粉混合，得到所述锌铝浆；

25℃条件下将水、第二助溶剂和钝化剂混合，得到第二混合料；

将水溶性有机硅树脂和固化促进剂混合，得到第三混合料；

将所述第二混合料和第三混合料混合，室温下搅拌3h进行水解反应，将所得水解料液和水性纳米无机硅酸盐混合，室温下搅拌1h进行杂化反应，得到所述水性硅浆；

将所得锌铝浆和水性硅浆按照质量比6：4混合，得到所述无铬低温固化水性锌铝涂料。

对比例3～4

对比例3～4物质用量见表3，制备方法与实施例2一致，其中，含量为0的组分省略即可，得到水性锌铝涂料。

表3实施例2和对比例3～4组分用量表(wt.％)

实施例2和对比例3～4均制备三批次，按照GMW 16284-2011分别进行测试，取平均值，实施例2和对比例3～4所得测试结果见表4。

表4实施例2和对比例3～4测试结果

由表4可见，本发明提供的无铬低温固化水性锌铝涂料具有优异的耐盐雾和耐高温性能，满足汽车刹车盘的防护需求。

实施例3

按照表5物质用量进行无铬低温固化水性锌铝涂料的制备：

25℃条件下将第一助溶剂和增稠剂混合，于30℃条件下将所得的第一混合料、分散剂、消泡剂和锌铝防锈粉混合，得到所述锌铝浆；

25℃条件下将水、第二助溶剂和钝化剂混合，得到第二混合料；

将水溶性有机硅树脂和固化促进剂混合，得到第三混合料；

将所述第二混合料和第三混合料混合，室温下搅拌4h进行水解反应，将所得第四混合料和水性纳米无机硅酸盐混合，室温下搅拌2h进行杂化反应，得到所述水性硅浆；

将所得锌铝浆和水性硅浆按照质量比6：4混合，得到所述无铬低温固化水性锌铝涂料。

对比例5～6

对比例5～6物质用量见表5，制备方法与实施例3一致，得到水性锌铝涂料。

表5实施例3和对比例5～6组分用量表(wt.％)

实施例3和对比例5～6均制备三批次，按照GMW 16284-2011分别进行测试，取平均值，实施例3和对比例5～6所得测试结果见表6。

表6实施例3和对比例5～6测试结果

由表6可见，本发明提供的无铬低温固化水性锌铝涂料具有优异的耐盐雾和耐高温性能，满足汽车刹车盘的防护需求。

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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无铬低温固化水性锌铝涂料，包括独立分装的锌铝浆和水性硅浆；

所述锌铝浆包括以下组分：锌铝防锈粉、分散剂、第一助溶剂、消泡剂和增稠剂；

所述水性硅浆包括以下组分：水溶性有机硅树脂、水性纳米无机硅酸盐、固化促进剂、钝化剂、第二助溶剂和水。

2.根据权利要求1所述的无铬低温固化水性锌铝涂料，其特征在于，所述锌铝浆中锌铝防锈粉、分散剂、第一助溶剂、消泡剂和增稠剂的质量比为(50～85)：(0.5～1.0)：(15～25)：(0.2～1.0)：(1～3)。

3.根据权利要求1所述的无铬低温固化水性锌铝涂料，其特征在于，所述水性硅浆中水溶性有机硅树脂、水性纳米无机硅酸盐、固化促进剂、钝化剂、第二助溶剂和水的质量比为(5～10)：(10～30)：(3～5)：(1～3)：(5～20)：(30～50)。

4.根据权利要求1或2所述的无铬低温固化水性锌铝涂料，其特征在于，所述锌铝防锈粉包括片状锌粉和锌铝合金粉；

所述片状锌粉的片径为5～25μm；所述锌铝合金粉中铝的质量百分比含量为5～30％，所述锌铝合金粉中锌和铝的片径独立地为5～25μm；

所述片状锌粉和锌铝合金粉的质量比为(3～7)：(3～7)。

5.根据权利要求1或2所述的无铬低温固化水性锌铝涂料，其特征在于，所述增稠剂包括膨润土、气相二氧化硅和纤维素中的一种或多种。

6.根据权利要求1或3所述的无铬低温固化水性锌铝涂料，其特征在于，所述水溶性有机硅树脂包括KH560、KH561、MP200和KH550中的一种或多种；

所述水性纳米无机硅酸盐包括纳米硅酸钾、纳米硅酸钠和纳米硅酸锂中的一种或多种。

7.根据权利要求1或3所述的无铬低温固化水性锌铝涂料，其特征在于，所述固化促进剂包括钛酸酯、铝酸酯、锆酸酯、水性氨基树脂、二月桂酸二丁基锡和异辛酸铋中的一种或多种；

所述钝化剂包括硼酸、钼酸钠、七钼酸铵和植酸中的一种或多种。

8.权利要求1～7任一项所述无铬低温固化水性锌铝涂料的制备方法，包括以下步骤：

将第一助溶剂和增稠剂混合，将所得的第一混合料、分散剂、消泡剂和锌铝防锈粉混合，得到所述锌铝浆；

将水、第二助溶剂和钝化剂混合，得到第二混合料；

将水溶性有机硅树脂和固化促进剂混合，得到第三混合料；

将所述第二混合料和第三混合料混合，进行水解反应，将所得水解料液和水性纳米无机硅酸盐混合进行杂化反应，得到所述水性硅浆。

9.权利要求1～7任一项所述无铬低温固化水性锌铝涂料或权利要求8所述制备方法得到的无铬低温固化水性锌铝涂料作为防护涂料的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述应用包括以下步骤：

将锌铝浆和水性硅浆混合，得到无铬低温固化水性锌铝涂料；

将所述无铬低温固化水性锌铝涂料在待涂装工件上依次进行涂装和固化，得到无铬低温固化水性锌铝涂层；

所述锌铝浆和水性硅浆的质量比为6：4；

所述固化的温度为150～200℃，时间为15～30min。