CN114456711A - 一种无铬达克罗涂覆液及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及涂料领域，尤其涉及一种无铬达克罗涂覆液及其制备方法和应用，所述无铬达克罗涂覆液按照重量份数计，包括：金属粉20‑40份、粘合剂30‑60份、多巴胺5~10份、羟基化石墨烯3~5份、钝化剂1‑5份、润湿分散剂5‑15、助剂0.2‑1份以及有机溶剂10‑30份。本发明中的无铬耐蚀涂层涂覆液保证原有的超强的耐腐蚀性能、无氢脆性、高耐热性、无三废产物、良好的渗透性能的情况下，替代掉含铬成分，避免了对环境与人体的潜在隐患，同时改进了粘合剂的组成配方，在组分中通过添加了多巴胺以及羟基化石墨烯，从而能够有效提升涂覆层的密闭性，进一步提升了其防腐效果，并且更有利于在基材表面形成涂层，同时具有优异的附着力。

Description

一种无铬达克罗涂覆液及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及涂料领域，尤其涉及一种无铬达克罗涂覆液及其制备方法和应用。
背景技术
达克罗表面处理技术是一种新型的表面处理技术，其超强的耐腐蚀性能、无氢脆性、高耐热性、无三废产物、良好的渗透性能使得该应用越来越广泛及常见。几微米的厚度就可以达到传统电镀锌的防锈能力的10倍以上，耐高温达到300℃更是保证了达克罗涂层在高温环境下的耐老化能力。
但传统的达克罗技术通常因为配方中含有重金属铬离子，一旦泄露对环境与人体会造成巨大伤害，尤其是六价铬离子具有致癌作用。对 “无铬达克罗” 涂层涂覆液配方的研究与改进是现在乃至未来的重要方向。但是目前公开的一部分无铬达克罗涂层仍然存在涂覆在涂覆物表面后，其阻隔性较差，导致耐腐蚀效果不佳的缺陷。
例如申请号为CN202010887915.4一种水性无铬达克罗涂料及其制备方法；水性无铬达克罗涂料由如下重量份的原料配制而成：金属粉20-40份、白炭黑-二氧化钛复合粉体1-3份、滑石粉0.5-2份、超细沉淀硫酸钡0.5-2份、硅烷偶联剂5-10份、分散剂10-25份、水性粘接剂15-35份和水15-30份；所述白炭黑-二氧化钛复合粉体由白炭黑与二氧化钛分别经预分散处理后，按1:（1-3.5）的重量配比混合，超细研磨而得；本发明的无铬达克罗涂层具有耐磨性能好、表面硬度高及耐腐蚀性能好的优点，应用于自攻钉的表面处理后，能提高自攻钉的表面性能。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的无铬达克罗涂覆液的阻隔性较差，无法起到良好的耐腐蚀效果的缺陷，提供了一种无铬达克罗涂覆液及其制备方法和应用以克服上述问题。
为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种无铬达克罗涂覆液，按照重量份数计，包括：金属粉20-40份、粘合剂 30-60份、多巴胺5~10份、羟基化石墨烯3~5份、钝化剂1-5份、润湿分散剂5-15、助剂0.2-1份以及有机溶剂10-30份。
本发明中的无铬达克罗涂覆液原料中常规添加的金属粉、粘合剂以及钝化剂之外，还在其中添加有一定量的羟基化石墨烯，其表面的羟基能够与粘合剂中的活性基团发生反应，从而使得片状的石墨烯能够对图层起到良好的封闭作用，从而能够有效防止外界的腐蚀物对被涂覆物体表面的腐蚀作用。
同时，本发明还在组分中加入有一定量的多巴胺，其能够在空气中通过氧化-聚合过程从而形成聚多巴胺，这种聚多巴胺在达克罗涂覆液的内部能够进一步起到粘结剂的作用，从而与羟基化石墨烯相配合，使得形成的涂层的致密性更高，而聚多巴胺在达克罗涂覆液外部的部分，由于其自身具有极高的密闭性，因而能够进一步阻隔氧气，进而防止发生腐蚀反应。
作为优选，所述金属粉由锌粉与铝粉混合得到；
其中，所述锌粉与铝粉的重量比为2:1~10:1。
进一步优选，所述锌粉与铝粉的重量比为6:1。
作为优选，所述锌粉粒径为5-50μm，所述铝粉粒径为10-30μm。
作为优选，所述粘合剂由硅烷偶联剂与环氧改性丙烯酸酯组成；
所述硅烷偶联剂与环氧改性丙烯酸酯的质量比为1:1~10:1。
作为优选，所述硅烷偶联剂为γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷。
进一步优选，所述硅烷偶联剂与环氧改性丙烯酸酯的质量比为5:1。
作为优选，所述钝化剂包括钼酸钠、次磷酸钠、硅酸钠、硼酸、植酸中的一种或多种的组合物。
作为优选，所述润湿分散剂包括OP-10，NP-10，十二烷基苯磺酸钠，十二烷基硫酸钠中的一种或多种的组合物。
作为优选，所述助剂包括羟甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素中的一种或多种的组合物。
作为优选，所述有机溶剂为乙二醇、正丁醇、1,4-丁二醇、聚乙二醇400其中的一种或多种混合组成。进一步优选，所述有机溶剂为聚乙二醇-400。
一种所述无铬达克罗涂覆液的制备方法，包括以下步骤：
（S.1）将粘合剂以及有机溶剂加入到混料釜中，开启搅拌，直至混料均匀；
（S.2）向混料釜内加入金属粉、羟基化石墨烯、钝化剂以及润湿分散剂，继续搅拌，直至混料均匀；
（S.3）测试混料釜中料液粘度，加入多巴胺以及增稠剂调节粘度，搅拌至混料均匀，静置至消泡结束即得无铬达克罗涂覆液。
作为优选，所述步骤（S.1）中搅拌速度为400-500r/min；
所述步骤（S.2）中先在1000r/min的速度下搅拌20-30min，然后速度降至500r/min直至混料均匀。
如上所述无铬达克罗涂覆液在装饰材料表面处理中的应用。
因此，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明中的无铬耐蚀涂层涂覆液保证原有的超强的耐腐蚀性能、无氢脆性、高耐热性、无三废产物、良好的渗透性能的情况下，替代掉含铬成分，避免了对环境与人体的潜在隐患；
（2）改进了粘合剂的组成配方，在组分中通过添加了多巴胺以及羟基化石墨烯，从而能够有效提升涂覆层的密闭性，进一步提升了其防腐效果；
（3）更有利于在基材表面形成涂层，同时具有优异的附着力。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步描述。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明中国所使用的原料以及生产厂家如下表1所示。
表1 本发明所使用原料表
Figure 802251DEST_PATH_IMAGE001
实施例1
一种无铬达克罗涂覆液，按照重量份数计，包括：金属粉30份（其由锌粉与铝粉的重量比为5:1构成）、粘合剂 40份（其由γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷与环氧改性丙烯酸酯质量比7:1构成）、多巴胺5份、羟基化石墨烯4份、钝化剂（磷酸钠）3份、润湿分散剂（NP-10）10、增稠剂（羟乙基纤维素）1份以及有机溶剂（聚乙二醇-400）20份。
制备方法：
将粘合剂以及有机溶剂加入到混料釜中，开启搅拌，转速400r/min搅拌30min至均匀；再向混料釜内加入金属粉、羟基化石墨烯、钝化剂以及润湿分散剂，继续搅拌，搅拌器转速1000r/min，搅拌25min后，速度降至500r/min搅拌15min至搅拌均匀，直至混料均匀，测试混料釜中料液粘度，加入多巴胺以及增稠剂调节粘度，搅拌至混料均匀，静置至消泡结束即得无铬达克罗涂覆液。
实施例2
一种无铬达克罗涂覆液，按照重量份数计，包括：金属粉30份（其由锌粉与铝粉的重量比为5:1构成）、粘合剂 40份（其由γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷与环氧改性丙烯酸酯质量比7:1构成）、多巴胺8份、羟基化石墨烯4份、钝化剂（磷酸钠）3份、润湿分散剂（NP-10）10、增稠剂（羟乙基纤维素）1份以及有机溶剂（聚乙二醇-400）20份。
制备方法：
将粘合剂以及有机溶剂加入到混料釜中，开启搅拌，转速400r/min搅拌30min至均匀；再向混料釜内加入金属粉、羟基化石墨烯、钝化剂以及润湿分散剂，继续搅拌，搅拌器转速1000r/min，搅拌25min后，速度降至500r/min搅拌15min至搅拌均匀，直至混料均匀，测试混料釜中料液粘度，加入多巴胺以及增稠剂调节粘度，搅拌至混料均匀，静置至消泡结束即得无铬达克罗涂覆液。
实施例3
一种无铬达克罗涂覆液，按照重量份数计，包括：金属粉30份（其由锌粉与铝粉的重量比为5:1构成）、粘合剂 40份（其由γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷与环氧改性丙烯酸酯质量比7:1构成）、多巴胺10份、羟基化石墨烯4份、钝化剂（磷酸钠）3份、润湿分散剂（NP-10）10、增稠剂（羟乙基纤维素）1份以及有机溶剂（聚乙二醇-400）20份。
制备方法：
将粘合剂以及有机溶剂加入到混料釜中，开启搅拌，转速400r/min搅拌30min至均匀；再向混料釜内加入金属粉、羟基化石墨烯、钝化剂以及润湿分散剂，继续搅拌，搅拌器转速1000r/min，搅拌25min后，速度降至500r/min搅拌15min至搅拌均匀，直至混料均匀，测试混料釜中料液粘度，加入多巴胺以及增稠剂调节粘度，搅拌至混料均匀，静置至消泡结束即得无铬达克罗涂覆液。
实施例4
一种无铬达克罗涂覆液，按照重量份数计，包括：金属粉30份（其由锌粉与铝粉的重量比为5:1构成）、粘合剂 40份（其由γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷与环氧改性丙烯酸酯质量比7:1构成）、多巴胺5份、羟基化石墨烯3份、钝化剂（磷酸钠）3份、润湿分散剂（NP-10）10、增稠剂（羟乙基纤维素）1份以及有机溶剂（聚乙二醇-400）20份。
制备方法：
将粘合剂以及有机溶剂加入到混料釜中，开启搅拌，转速400r/min搅拌30min至均匀；再向混料釜内加入金属粉、羟基化石墨烯、钝化剂以及润湿分散剂，继续搅拌，搅拌器转速1000r/min，搅拌25min后，速度降至500r/min搅拌15min至搅拌均匀，直至混料均匀，测试混料釜中料液粘度，加入多巴胺以及增稠剂调节粘度，搅拌至混料均匀，静置至消泡结束即得无铬达克罗涂覆液。
实施例5
一种无铬达克罗涂覆液，按照重量份数计，包括：金属粉30份（其由锌粉与铝粉的重量比为5:1构成）、粘合剂 40份（其由γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷与环氧改性丙烯酸酯质量比7:1构成）、多巴胺5份、羟基化石墨烯5份、钝化剂（磷酸钠）3份、润湿分散剂（NP-10）10、增稠剂（羟乙基纤维素）1份以及有机溶剂（聚乙二醇-400）20份。
制备方法：
将粘合剂以及有机溶剂加入到混料釜中，开启搅拌，转速400r/min搅拌30min至均匀；再向混料釜内加入金属粉、羟基化石墨烯、钝化剂以及润湿分散剂，继续搅拌，搅拌器转速1000r/min，搅拌25min后，速度降至500r/min搅拌15min至搅拌均匀，直至混料均匀，测试混料釜中料液粘度，加入多巴胺以及增稠剂调节粘度，搅拌至混料均匀，静置至消泡结束即得无铬达克罗涂覆液。
实施例6
一种无铬达克罗涂覆液，按照重量份数计，包括：金属粉16份（其由锌粉与铝粉的重量比为4:1构成）、粘合剂 40份（其由γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷与环氧改性丙烯酸酯质量比7:1构成）、多巴胺5份、羟基化石墨烯5份、钝化剂（磷酸钠：钼酸钠1:1）1份、润湿分散剂（NP-10）5份、增稠剂（羟乙基纤维素）1份以及有机溶剂（聚乙二醇-400）10份。
制备方法：
将粘合剂以及有机溶剂加入到混料釜中，开启搅拌，转速500r/min搅拌30min至均匀；再向混料釜内加入金属粉、羟基化石墨烯、钝化剂以及润湿分散剂，继续搅拌，搅拌器转速1000r/min，搅拌30min后，速度降至500r/min搅拌15min至搅拌均匀，直至混料均匀，测试混料釜中料液粘度，加入多巴胺以及增稠剂调节粘度，搅拌至混料均匀，静置至消泡结束即得无铬达克罗涂覆液。
实施例7
一种无铬达克罗涂覆液，按照重量份数计，包括：金属粉40份（其由锌粉与铝粉的重量比为4.7:1构成）、粘合剂 40份（其由γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷与环氧改性丙烯酸酯质量比7:1构成）、多巴胺5份、羟基化石墨烯5份、钝化剂（磷酸钠：钼酸钠3:2）5份、润湿分散剂（NP-10）15、增稠剂（羟乙基纤维素）0.2份以及有机溶剂（聚乙二醇-400）30份。
制备方法：
将粘合剂以及有机溶剂加入到混料釜中，开启搅拌，转速450r/min搅拌30min至均匀；再向混料釜内加入金属粉、羟基化石墨烯、钝化剂以及润湿分散剂，继续搅拌，搅拌器转速1000r/min，搅拌25min后，速度降至500r/min搅拌15min至搅拌均匀，直至混料均匀，测试混料釜中料液粘度，加入多巴胺以及增稠剂调节粘度，搅拌至混料均匀，静置至消泡结束即得无铬达克罗涂覆液。
实施例8
一种无铬达克罗涂覆液，按照重量份数计，包括：金属粉30份（其由锌粉与铝粉的重量比为2:1构成）、粘合剂 40份（其由γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷与环氧改性丙烯酸酯质量比1:1构成）、多巴胺5份、羟基化石墨烯5份、钝化剂（磷酸钠）3份、润湿分散剂（NP-10）10、增稠剂（羟乙基纤维素）1份以及有机溶剂（聚乙二醇-400）20份。
制备方法：
将粘合剂以及有机溶剂加入到混料釜中，开启搅拌，转速450r/min搅拌30min至均匀；再向混料釜内加入金属粉、羟基化石墨烯、钝化剂以及润湿分散剂，继续搅拌，搅拌器转速1000r/min，搅拌25min后，速度降至500r/min搅拌15min至搅拌均匀，直至混料均匀，测试混料釜中料液粘度，加入多巴胺以及增稠剂调节粘度，搅拌至混料均匀，静置至消泡结束即得无铬达克罗涂覆液。
实施例9
一种无铬达克罗涂覆液，按照重量份数计，包括：金属粉30份（其由锌粉与铝粉的重量比为9:1构成）、粘合剂 40份（其由γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷与环氧改性丙烯酸酯质量比9:1构成）、多巴胺5份、羟基化石墨烯5份、钝化剂（磷酸钠）3份、润湿分散剂（NP-10）10、增稠剂（羟乙基纤维素）1份以及有机溶剂（聚乙二醇-400）20份。
制备方法：
将粘合剂以及有机溶剂加入到混料釜中，开启搅拌，转速450r/min搅拌30min至均匀；再向混料釜内加入金属粉、羟基化石墨烯、钝化剂以及润湿分散剂，继续搅拌，搅拌器转速1000r/min，搅拌25min后，速度降至500r/min搅拌15min至搅拌均匀，直至混料均匀，测试混料釜中料液粘度，加入多巴胺以及增稠剂调节粘度，搅拌至混料均匀，静置至消泡结束即得无铬达克罗涂覆液。
实施例1~9中的无铬达克罗涂覆液配料表如下表2所示。
表2实施例1~9无铬达克罗涂覆液配料表
Figure 479351DEST_PATH_IMAGE002
对比例1
一种无铬达克罗涂覆液，按照重量份数计，包括：金属粉30份（其由锌粉与铝粉的重量比为5:1构成）、粘合剂 40份（其由γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷与环氧改性丙烯酸酯质量比7:1构成）、钝化剂（磷酸钠）3份、润湿分散剂（NP-10）10、增稠剂（羟乙基纤维素）1份以及有机溶剂（聚乙二醇-400）20份。
对比例2
一种无铬达克罗涂覆液，按照重量份数计，包括：金属粉30份（其由锌粉与铝粉的重量比为5:1构成）、粘合剂 40份（其由γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷与环氧改性丙烯酸酯质量比7:1构成）、多巴胺5份、钝化剂（磷酸钠）3份、润湿分散剂（NP-10）10、增稠剂（羟乙基纤维素）1份以及有机溶剂（聚乙二醇-400）20份。
对比例3
一种无铬达克罗涂覆液，按照重量份数计，包括：金属粉30份（其由锌粉与铝粉的重量比为5:1构成）、粘合剂 40份（其由γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷与环氧改性丙烯酸酯质量比7:1构成）、羟基化石墨烯4份、钝化剂（磷酸钠）3份、润湿分散剂（NP-10）10、增稠剂（羟乙基纤维素）1份以及有机溶剂（聚乙二醇-400）20份。
对比例4
一种无铬达克罗涂覆液，按照重量份数计，包括：金属粉30份（其由锌粉与铝粉的重量比为5:1构成）、粘合剂 40份（其由γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷与环氧改性丙烯酸酯质量比7:1构成）、多巴胺2份、羟基化石墨烯2份、钝化剂（磷酸钠）3份、润湿分散剂（NP-10）10、增稠剂（羟乙基纤维素）1份以及有机溶剂（聚乙二醇-400）20份。
对比例5
一种无铬达克罗涂覆液，按照重量份数计，包括：金属粉30份（其由锌粉与铝粉的重量比为5:1构成）、粘合剂 40份（其由γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷与环氧改性丙烯酸酯质量比7:1构成）、多巴胺12份、羟基化石墨烯8份、钝化剂（磷酸钠）3份、润湿分散剂（NP-10）10、增稠剂（羟乙基纤维素）1份以及有机溶剂（聚乙二醇-400）20份。
对比例1~5中的无铬达克罗涂覆液配料表如下表3所示。
表3对比例1~5无铬达克罗涂覆液配料表
Figure 824882DEST_PATH_IMAGE003
采用应用例，将实施例1-9对比例1-5的无铬达克罗涂覆液对自攻钉表面进行涂覆，并对无铬达克罗涂层进行如下性能测试，具体测试项目及测试方法为：
采用GB/T 26110-2010中的检测方法及相关检测标准，检测硬度、耐盐雾腐蚀性能；
采用GB/T5270-1985中1.8测试附着力，以级表示，自1-7级附着力逐渐降低；
实施例1~9以及对比例1~5的测试结果如下表4所示。
表4 各实施例以及对比例性能测试结果表
Figure 178503DEST_PATH_IMAGE004
分析上述测试结果可知，本发明实施例1~9与对比例1进行比较后发现，由于在无铬达克罗涂覆液中添加了多巴胺以及羟基化石墨烯之后，所制备得到的无铬达克罗涂层的硬度、附着力以及耐盐雾腐蚀均具有明显的提升。
将对比例1与对比例2进行比较，由于对比例2是在在对比例1的基础上增加了多巴胺，因此其各项性能均具有一定的提升，但是相较于实施例1而言仍然具有一定的差距。
将对比例1与对比例3进行比较，由于对比例3是在在对比例1的基础上增加了羟基化石墨烯，因此其各项性能均具有一定的提升，但是相较于实施例1而言仍然具有一定的差距。
将对比例4与实施例1进行比较，我们发现虽然对比例3中同时添加了多巴胺以及羟基化石墨烯，但是由于添加量较少，因此各项性能的提升效果较为一般，仍然无法达到实施例1中的效果。
而将对比例5与实施例1,进行比较，我们发现虽然对比例5中多巴胺以及羟基化石墨烯的添加量相较于实施例1~9中而言更多，但是其性能却并没有相应的提升。在一定的区间范围内，添加多巴胺以及羟基化石墨烯能够有助于无铬达克罗涂覆液的性能，但是进一步提升后性能不会继续提升，但是无铬达克罗涂覆液的成本则会上升。

Claims (10)

1.一种无铬达克罗涂覆液，其特征在于，
按照重量份数计，包括：金属粉20-40份、粘合剂 30-60份、多巴胺5~10份、羟基化石墨烯3~5份、钝化剂1-5份、润湿分散剂5-15、增稠剂0.2-1份以及有机溶剂10-30份。
2.根据权利要求1所述的一种无铬达克罗涂覆液，其特征在于，
所述金属粉由锌粉与铝粉混合得到；
其中，所述锌粉与铝粉的重量比为2:1~10:1。
3.根据权利要求2所述的一种无铬达克罗涂覆液，其特征在于，
所述锌粉粒径为5-50μm，所述铝粉粒径为10-30μm。
4.根据权利要求1所述的一种无铬达克罗涂覆液，其特征在于，
所述粘合剂由硅烷偶联剂与环氧改性丙烯酸酯组成；
所述硅烷偶联剂与环氧改性丙烯酸酯的质量比为1:1~10:1。
5.根据权利要求1所述的一种无铬达克罗涂覆液，其特征在于，
所述钝化剂包括钼酸钠、次磷酸钠、硅酸钠、硼酸、植酸中的一种或多种的组合物。
6.根据权利要求1所述的一种无铬达克罗涂覆液，其特征在于，
所述润湿分散剂包括OP-10，NP-10，十二烷基苯磺酸钠，十二烷基硫酸钠中的一种或多种的组合物。
7.根据权利要求1所述的一种无铬达克罗涂覆液，其特征在于，
所述增稠剂包括羟甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素中的一种或多种的组合物。
8.一种如权利要求1~7中任意一项所述无铬达克罗涂覆液的制备方法，其特征在于，
包括以下步骤：
（S.1）将粘合剂以及有机溶剂加入到混料釜中，开启搅拌，直至混料均匀；
（S.2）向混料釜内加入金属粉、羟基化石墨烯、钝化剂以及润湿分散剂，继续搅拌，直至混料均匀；
（S.3）测试混料釜中料液粘度，加入多巴胺以及增稠剂调节粘度，搅拌至混料均匀，静置至消泡结束即得无铬达克罗涂覆液。
9.根据权利要求8所述的一种无铬达克罗涂覆液的制备方法，其特征在于，
所述步骤（S.1）中搅拌速度为400-500r/min；
所述步骤（S.2）中先在1000r/min的速度下搅拌20-30min，然后速度降至500r/min直至混料均匀。
10.如权利要求1~7中任意一项所述无铬达克罗涂覆液在装饰材料表面处理中的应用。
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