CN116285593A - 一种具有耐磨性涂层的镀锌钢板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钢材技术领域，且公开了一种具有耐磨性涂层的镀锌钢板的制备方法，烯基改性二氧化硅和苯胺发生原位聚合，得到聚苯胺接枝二氧化硅，再和水性环氧树脂、消泡剂混合，球磨处理后，加入水性固化剂，得到耐磨性涂料，辊涂后在镀锌钢板表面形成致密的耐磨性涂层，能够隔断水和溶解氧向基体内部扩散，起到保护基体材料的作用，聚苯胺覆盖在基体材料表面，能够促进铁基金属钝化，使其电位维持在钝化区，大幅降低金属的腐蚀速度，耐磨性涂料辊涂到镀锌钢板上，形成具有耐磨性涂层，能够有效阻碍腐蚀离子向金属基底扩散的传播路径，进而降低水、氧气等离子的透过速度，具有很强的物理屏蔽效应和化学防腐能力。
Description
技术领域
本发明涉及钢材技术领域，具体为一种具有耐磨性涂层的镀锌钢板的制备方法。
背景技术
镀锌钢板是表面有热浸镀或电镀锌层的钢板，价格低廉且性能优异，在建筑、家电、车辆、船舶等领域均有着广泛的应用。但镀锌钢板在实际生产、运输和使用过程中很容易发生摩擦和碰撞，导致镀锌钢板表面不光滑，有磨损，同时在湿热条件下，镀锌钢板表面容易生锈，发生金属腐蚀，在很多行业中更换被腐蚀金属具有很大的困难性，会造成巨大的安全隐患和财产损失，因此对镀锌钢板进行防腐蚀和耐磨处理具有重要的意义。
为降低镀锌钢板基材表面的磨损和腐蚀，可以通过在镀锌钢板表面涂覆一层耐磨性的防腐涂层，起到保护基材的作用。涂层防腐是金属防护的主要形式，该方法通过在金属基材表面形成均匀致密的物理屏蔽层，阻隔水、氧气及电解质渗透，抑制电化学腐蚀行为。中国专利CN104357831B公开了一种耐腐蚀的镀锌钢板及其制备方法，在镀锌钢板表面形成一层底部防护层，同时在底部防护层的表面涂覆了一层氟碳树脂涂层，得到的镀锌钢板具有优良的耐腐蚀性和耐候性，但该镀锌钢板表面涂层的耐磨性能较差，受到外力作用时，容易发生裂纹脱落，大大缩减了涂层的使用寿命，进一步影响镀锌钢板的使用寿命。中国专利申请CN106752501A公开了一种耐腐蚀的镀锌钢板制品，包括镀锌钢板基体和位于所述镀锌钢板基体表面的表面涂层，表面涂层由锌铬黄、硫酸钡、滑石粉、有机硅流平剂、有机硅树脂、丙烯酸消泡剂和919丙烯酸树脂组成，该防腐涂层价格实惠，防腐效果较好，该涂层中含有重金属离子，对环境和人体存在一定的危害性，不符合绿色环保的需求。因此，开发出一种绿色环保的兼具耐磨和防腐性能的涂层应用到镀锌钢板上是亟需解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种具有耐磨性涂层的镀锌钢板的制备方法。
具体的技术方案如下：
一种具有耐磨性涂层的镀锌钢板的制备方法，包括以下步骤：
步骤（1）将纳米二氧化硅（SiO2）分散到二甲苯中，分散均匀后，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，混合，在氮气氛围中，发生反应，反应结束后，冷却，过滤，使用无水乙醇洗涤，在60-70℃真空干燥8-12h，得到氨基化二氧化硅；
步骤（2）将氨基化二氧化硅分散到N,N-二甲基甲酰胺中，分散均匀后，加入3-羧基苯甲醛、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC.HCl），和1-羟基苯并三唑（HOBt），混合，发生反应，反应结束后，冷却，过滤，使用饱和食盐水洗涤，在60-70℃真空干燥8-12h，得到醛基改性二氧化硅；
步骤（3）将醛基改性二氧化硅分散到1,4-二氧六环中，分散均匀后，加入2-烯基-4-氨基吡啶，混合，在氮气氛围中，发生反应，反应结束后，冷却，过滤，使用丙酮洗涤，在60-70℃真空干燥8-12h，得到烯基改性二氧化硅；
步骤（4）将烯基改性二氧化硅分散到混合溶剂中，分散均匀后，加入苯胺和过硫酸铵（APS），使用盐酸溶液调节pH至1-3，搅拌，发生反应，反应结束后，抽滤，使用去离子水洗涤至中性，在50-60℃干燥12-15h，得到聚苯胺接枝二氧化硅；
步骤（5）将质量比为150:100的去离子水和水性环氧树脂混合均匀，得到稀释后的水性环氧树脂，向稀释后的水性环氧树脂中加入聚苯胺接枝二氧化硅和消泡剂，进行球磨处理，混合均匀后，加入水性固化剂，搅拌混合，得到耐磨性涂料；
步骤（6）将耐磨性涂料辊涂到带有底漆的镀锌钢板表面制备涂层，在200-250℃固化30s后，得到具有耐磨性涂层的镀锌钢板。
优选地，所述步骤（1）中纳米二氧化硅、二甲苯和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为100:18000-23000:2000-2400。
优选地，所述步骤（1）中反应的温度为110-120℃，反应的时间为15-18h。
优选地，所述步骤（2）中氨基化二氧化硅、N,N-二甲基甲酰胺、3-羧基苯甲醛、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑的质量比为100:4200-6000:155-190:375-460:195-240。
优选地，所述步骤（2）中反应的温度为20-35℃，反应的时间为5-8h。
优选地，所述步骤（3）中醛基改性二氧化硅、1,4-二氧六环和2-烯基-4-氨基吡啶的质量比为100:30000-45000:540-680。
优选地，所述步骤（3）中反应的温度为70-80℃，反应的时间为9-12h。
优选地，所述步骤（4）中混合溶剂为去离子水和无水乙醇的混合溶剂，其中去离子水和无水乙醇的体积比为3:1。
优选地，所述步骤（4）中混合溶剂、烯基改性二氧化硅、苯胺和过硫酸铵的质量比为3000-6000:100:250-450:120-220。
优选地，所述步骤（4）中反应的温度为20-30℃，反应的时间为15-18h。
优选地，所述步骤（4）中盐酸溶液为1mol/L的盐酸水溶液。
优选地，所述步骤（5）中稀释后的水性环氧树脂、聚苯胺接枝二氧化硅、消泡剂和水性固化剂的质量比为100:0.6-2:0.05-0.1:8-12。
优选地，所述步骤（5）中球磨处理的时间为0.5-1h。
优选地，所述步骤（5）中消泡剂为羟基聚二甲基硅氧烷消泡剂。
优选地，所述步骤（5）中水性环氧树脂为水性环氧树脂AR555。
优选地，所述步骤（5）中水性固化剂为巴陵石化CYDHD-220。
优选地，所述步骤（6）中带有底漆的镀锌钢板表面的涂层的厚度为10-30μm。
优选地，所述步骤（6）中带有底漆的镀锌钢板上的底漆为环氧底漆，底漆厚度为5μm。
优选地，所述步骤（6）中环氧底漆选自威士伯涂料（上海）有限公司的型号为25-1号的环氧底漆。
本发明中在合成聚苯胺接枝二氧化硅过程中，首先通过γ-氨丙基三乙氧基硅烷对纳米二氧化硅进行改性，得到氨基化二氧化硅，氨基化二氧化硅表面的氨基和3-羧基苯甲醛上的羧基在1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑的作用下，发生酰胺化反应，得到醛基改性二氧化硅，二氧化硅表面引入的醛基和2-烯基-4-氨基吡啶上的氨基发生席夫碱反应，得到烯基改性二氧化硅，在二氧化硅表面引入碳碳双键和席夫碱基团，烯基改性二氧化硅和苯胺在引发剂过硫酸铵的作用下，发生原位聚合反应，得到聚苯胺接枝二氧化硅。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明中使用水性环氧树脂作为耐磨性涂料的主要成分，具有优异的机械性能、热稳定性和耐化学性能，是镀锌钢板防腐涂层的首选，纳米二氧化硅硬度高，具有优良的耐磨性能，同时具有耐腐蚀性能和纳米尺寸效应，能够使涂层的结构十分紧密，强度增加，原位聚合后得到的聚苯胺接枝二氧化硅，表面能降低，且聚苯胺具有一定的粘度，和水性环氧树脂间具有优良的相容性，能够有效提高聚苯胺接枝二氧化硅的分散性，纳米二氧化硅均匀分散在环氧树脂基体中，在很大程度上提高了基体的耐磨性能，有效避免了环氧树脂基体在恶劣环境中长期使用容易发生细微裂痕的现象，进一步提高了涂层的使用寿命，减少了镀锌钢板在生产、运输和使用过程中由于操作不当造成的表面刮痕。
本发明中形成的致密的耐磨性涂层，能够有效隔断水和溶解氧向基体内部扩散，在反应过程中引入的吡啶环上的氮原子，含有孤对电子对，能够和镀锌钢板表面的锌形成稳定的螯合物，稳定吸附在基体材料表面，抑制了阴极发生还原反应，有效的保护了基体材料。进一步地，席夫碱上的氮原子具有孤对电子，能够和金属配位形成稳定的配合物，从而起到保护基体材料的作用，聚苯胺覆盖在基体材料表面，能够促进铁基金属钝化，使其电位维持在钝化区，进而大幅降低基体材料的腐蚀速度，原位聚合后得到的聚苯胺接枝二氧化硅和环氧树脂混合，能够提高涂层的附着力、耐水性。耐磨性涂料辊涂到镀锌钢板上，形成具有耐磨性涂层，能够有效阻碍腐蚀离子向金属基底扩散的传播路径，进而降低水、氧气等离子的透过速度，具有很强的物理屏蔽效应和化学防腐能力。
附图说明
图1是本发明中制备具有耐磨性涂层的镀锌钢板的流程图；
图2是本发明中制备聚苯胺接枝二氧化硅的流程图；
图3是本发明中合成醛基改性二氧化硅的结构示意图；
图4是本发明中合成烯基改性二氧化硅的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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1
一种具有耐磨性涂层的镀锌钢板的制备方法，包括以下步骤：
（1）将纳米二氧化硅分散到二甲苯中，分散均匀后，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，混合，其中加入的二氧化硅、二甲苯和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为100:18000:2000，在氮气氛围中，110℃反应18h，反应结束后，冷却，过滤，使用无水乙醇洗涤，在60℃真空干燥12h，得到氨基化二氧化硅；
（2）将氨基化二氧化硅分散到N,N-二甲基甲酰胺中，分散均匀后，加入3-羧基苯甲醛、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑，混合，其中加入的氨基化二氧化硅、N,N-二甲基甲酰胺、3-羧基苯甲醛、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑的质量比为100:4200:155:375:195，在20℃反应8h，反应结束后，冷却，过滤，使用饱和食盐水洗涤，在60℃真空干燥12h，得到醛基改性二氧化硅；
（3）将醛基改性二氧化硅分散到1,4-二氧六环中，分散均匀后，加入2-烯基-4-氨基吡啶，混合，其中加入的醛基改性二氧化硅、1,4-二氧六环和2-烯基-4-氨基吡啶的质量比为100:30000:540，在氮气氛围中，70℃反应12h，反应结束后，冷却，过滤，使用丙酮洗涤，在60℃真空干燥12h，得到烯基改性二氧化硅；
（4）将烯基改性二氧化硅分散到体积比为3:1的去离子水和无水乙醇混合溶剂中，分散均匀后，加入苯胺和过硫酸铵，使用1mol/L的盐酸水溶液调节pH至1，其中加入的混合溶剂、烯基改性二氧化硅、苯胺和过硫酸铵的质量比为3000:100:250:120，搅拌，在20℃反应18h，反应结束后，抽滤，使用去离子水洗涤至中性，在50℃干燥15h，得到聚苯胺接枝二氧化硅；
（5）将质量比为150:100的去离子水和水性环氧树脂AR555混合均匀，得到稀释后的水性环氧树脂，向稀释后的水性环氧树脂中加入聚苯胺接枝二氧化硅和消泡剂羟基聚二甲基硅氧烷，进行球磨处理，球磨处理的时间为0.5h，混合均匀后，加入水性固化剂巴陵石化CYDHD-220，搅拌混合，其中加入的稀释后的水性环氧树脂、聚苯胺接枝二氧化硅、消泡剂羟基聚二甲基硅氧烷和水性固化剂的质量比为100:0.6:0.05:8，得到耐磨性涂料；
（6）将耐磨性涂料辊涂到带有底漆的镀锌钢板表面制备涂层，在200℃固化30s后，固化后镀锌钢板表面的涂层的厚度为10μm，得到具有耐磨性涂层的镀锌钢板。
实施例2
一种具有耐磨性涂层的镀锌钢板的制备方法，包括以下步骤：
（1）将纳米二氧化硅分散到二甲苯中，分散均匀后，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，混合，其中加入的二氧化硅、二甲苯和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为100:20000:2200，在氮气氛围中，115℃反应16h，反应结束后，冷却，过滤，使用无水乙醇洗涤，在65℃真空干燥10h，得到氨基化二氧化硅；
（2）将氨基化二氧化硅分散到N,N-二甲基甲酰胺中，分散均匀后，加入3-羧基苯甲醛、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑，混合，其中加入的氨基化二氧化硅、N,N-二甲基甲酰胺、3-羧基苯甲醛、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑的质量比为100:5200:172:415:220，在30℃反应6h，反应结束后，冷却，过滤，使用饱和食盐水洗涤，在65℃真空干燥10h，得到醛基改性二氧化硅；
（3）将醛基改性二氧化硅分散到1,4-二氧六环中，分散均匀后，加入2-烯基-4-氨基吡啶，混合，其中加入的醛基改性二氧化硅、1,4-二氧六环和2-烯基-4-氨基吡啶的质量比为100:38000:600，在氮气氛围中，75℃反应10h，反应结束后，冷却，过滤，使用丙酮洗涤，在65℃真空干燥10h，得到烯基改性二氧化硅；
（4）将烯基改性二氧化硅分散到体积比为3:1的去离子水和无水乙醇混合溶剂中，分散均匀后，加入苯胺和过硫酸铵，使用1mol/L的盐酸水溶液调节pH至2，其中加入的混合溶剂、烯基改性二氧化硅、苯胺和过硫酸铵的质量比为4500:100:350:170，搅拌，在25℃反应16h，反应结束后，抽滤，使用去离子水洗涤至中性，在55℃干燥14h，得到聚苯胺接枝二氧化硅；
（5）将质量比为150:100的去离子水和水性环氧树脂AR555混合均匀，得到稀释后的水性环氧树脂，向稀释后的水性环氧树脂中加入聚苯胺接枝二氧化硅和消泡剂羟基聚二甲基硅氧烷，进行球磨处理，球磨处理的时间为0.6h，混合均匀后，加入水性固化剂巴陵石化CYDHD-220，搅拌混合，其中加入的稀释后的水性环氧树脂、聚苯胺接枝二氧化硅、消泡剂羟基聚二甲基硅氧烷和水性固化剂的质量比为100:1.5:0.08:10，得到耐磨性涂料；
（6）将耐磨性涂料辊涂到带有底漆的镀锌钢板表面制备涂层，在230℃固化30s后，固化后镀锌钢板表面的涂层的厚度为20μm，得到具有耐磨性涂层的镀锌钢板。
实施例3
一种具有耐磨性涂层的镀锌钢板的制备方法，包括以下步骤：
（1）将纳米二氧化硅分散到二甲苯中，分散均匀后，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，混合，其中加入的二氧化硅、二甲苯和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为100:23000:2400，在氮气氛围中，120℃反应15h，反应结束后，冷却，过滤，使用无水乙醇洗涤，在70℃真空干燥8h，得到氨基化二氧化硅；
（2）将氨基化二氧化硅分散到N,N-二甲基甲酰胺中，分散均匀后，加入3-羧基苯甲醛、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑，混合，其中加入的氨基化二氧化硅、N,N-二甲基甲酰胺、3-羧基苯甲醛、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑的质量比为100:6000:190:460:240，在35℃反应5h，反应结束后，冷却，过滤，使用饱和食盐水洗涤，在70℃真空干燥8h，得到醛基改性二氧化硅；
（3）将醛基改性二氧化硅分散到1,4-二氧六环中，分散均匀后，加入2-烯基-4-氨基吡啶，混合，其中加入的醛基改性二氧化硅、1,4-二氧六环和2-烯基-4-氨基吡啶的质量比为100:45000:680，在氮气氛围中，80℃反应9h，反应结束后，冷却，过滤，使用丙酮洗涤，在70℃真空干燥8h，得到烯基改性二氧化硅；
（4）将烯基改性二氧化硅分散到体积比为3:1的去离子水和无水乙醇混合溶剂中，分散均匀后，加入苯胺和过硫酸铵，使用1mol/L的盐酸水溶液调节pH至3，其中加入的混合溶剂、烯基改性二氧化硅、苯胺和过硫酸铵的质量比为6000:100:450:220，搅拌，在30℃反应15h，反应结束后，抽滤，使用去离子水洗涤至中性，在60℃干燥12h，得到聚苯胺接枝二氧化硅；
（5）将质量比为150:100的去离子水和水性环氧树脂AR555混合均匀，得到稀释后的水性环氧树脂，向稀释后的水性环氧树脂中加入聚苯胺接枝二氧化硅和消泡剂羟基聚二甲基硅氧烷，进行球磨处理，球磨处理的时间为1h，混合均匀后，加入水性固化剂巴陵石化CYDHD-220，搅拌混合，其中加入的稀释后的水性环氧树脂、聚苯胺接枝二氧化硅、消泡剂羟基聚二甲基硅氧烷和水性固化剂的质量比为100:2:0.1:12，得到耐磨性涂料；
（6）将耐磨性涂料辊涂到带有底漆的镀锌钢板表面制备涂层，在250℃固化30s后，固化后镀锌钢板表面的涂层的厚度为30μm，得到具有耐磨性涂层的镀锌钢板。
对比例1
一种具有耐磨性涂层的镀锌钢板的制备方法，包括以下步骤：
（1）将纳米二氧化硅分散到二甲苯中，分散均匀后，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，混合，其中加入的二氧化硅、二甲苯和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为100:20000:2200，在氮气氛围中，115℃反应16h，反应结束后，冷却，过滤，使用无水乙醇洗涤，在65℃真空干燥10h，得到氨基化二氧化硅；
（2）将氨基化二氧化硅分散到N,N-二甲基甲酰胺中，分散均匀后，加入3-羧基苯甲醛、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑，混合，其中加入的氨基化二氧化硅、N,N-二甲基甲酰胺、3-羧基苯甲醛、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑的质量比为100:5200:172:415:220，在30℃反应6h，反应结束后，冷却，过滤，使用饱和食盐水洗涤，在65℃真空干燥10h，得到醛基改性二氧化硅；
（3）将醛基改性二氧化硅分散到1,4-二氧六环中，分散均匀后，加入2-烯基-4-氨基吡啶，混合，其中加入的醛基改性二氧化硅、1,4-二氧六环和2-烯基-4-氨基吡啶的质量比为100:38000:600，在氮气氛围中，75℃反应10h，反应结束后，冷却，过滤，使用丙酮洗涤，在65℃真空干燥10h，得到烯基改性二氧化硅；
（4）将体积比为3:1的去离子水和无水乙醇混合均匀，得到混合溶剂，加入苯胺和过硫酸铵，使用1mol/L的盐酸水溶液调节pH至2，其中加入的混合溶剂、苯胺和过硫酸铵的质量比为4500:450:170，搅拌，在25℃反应16h，反应结束后，抽滤，使用去离子水洗涤至中性，在55℃干燥14h，得到聚苯胺；
（5）将质量比为150:100的去离子水和水性环氧树脂AR555混合均匀，得到稀释后的水性环氧树脂，向稀释后的水性环氧树脂中加入聚苯胺、烯基改性二氧化硅和消泡剂羟基聚二甲基硅氧烷，进行球磨处理，球磨处理的时间为0.6h，混合均匀后，加入水性固化剂巴陵石化CYDHD-220，搅拌混合，其中加入的稀释后的水性环氧树脂、聚苯胺、烯基改性二氧化硅、消泡剂羟基聚二甲基硅氧烷和水性固化剂的质量比为100:1.2:0.3:0.08:10，得到耐磨性涂料；
（6）将耐磨性涂料辊涂到带有底漆的镀锌钢板表面制备涂层，在230℃固化30s后，固化后镀锌钢板表面的涂层的厚度为20μm，得到具有耐磨性涂层的镀锌钢板。
对比例2
一种具有耐磨性涂层的镀锌钢板的制备方法，包括以下步骤：
（1）将体积比为3:1的去离子水和无水乙醇混合均匀，得到混合溶剂，加入苯胺和过硫酸铵，使用1mol/L的盐酸水溶液调节pH至2，其中加入的混合溶剂、苯胺和过硫酸铵的质量比为4500:450:170，搅拌，在25℃反应16h，反应结束后，抽滤，使用去离子水洗涤至中性，在55℃干燥14h，得到聚苯胺；
（2）将质量比为150:100的去离子水和水性环氧树脂AR555混合均匀，得到稀释后的水性环氧树脂，向稀释后的水性环氧树脂中加入聚苯胺、纳米二氧化硅和消泡剂羟基聚二甲基硅氧烷，进行球磨处理，球磨处理的时间为0.6h，混合均匀后，加入水性固化剂巴陵石化CYDHD-220，搅拌混合，其中加入的稀释后的水性环氧树脂、聚苯胺、纳米二氧化硅、消泡剂羟基聚二甲基硅氧烷和水性固化剂的质量比为100:1.2:0.3:0.08:10，得到耐磨性涂料；
（3）将耐磨性涂料辊涂到带有底漆的镀锌钢板表面制备涂层，在230℃固化30s后，固化后镀锌钢板表面的涂层的厚度为20μm，得到具有耐磨性涂层的镀锌钢板。
本发明中实施例中使用的纳米二氧化硅购自南京保克特新材料有限公司，产品型号为PST-Q02，一次粒径为20nm，比表面积为200m2/g；水性环氧树脂为水性环氧树脂AR555，购自广州玖盈化工材料有限公司，货号为AR555；水性固化剂巴陵石化CYDHD-220购自巴陵石油化工有限责任公司，产品型号为CYDHD-220，粘度为500-3000mPa·s；3-羧基苯甲醛购自上海安耐吉化学有限公司，CAS号为619-21-6；羟基聚二甲基硅氧烷购自湖北新四海化工股份有限公司；镀锌钢板为新宇彩板自行生产产品，材质为DC51D+ZAM，锌层重量为180g/m2；其余试剂均为市售。
对实施例和对比例中具有耐磨性涂层的镀锌钢板进行相关的性能测试，具体测试如下：
（1）耐腐蚀测试：1）取实施例2和对比例1-2中制备的具有耐磨性涂层的镀锌钢板作为样品，分别浸入5%的氯化钠溶液中浸泡，试样用塑料绳悬挂，上端距液面大于2cm，溶液的pH值为6.5，每隔六天更换一次盐水，敞口放置，温度10±2℃，记录每个样品出现第一个红锈的时间，耐蚀时间作为耐蚀性评价结果；2）取实施例2和对比例1-2中制备的具有耐磨性涂层的镀锌钢板作为样品，对其进行中性盐雾实验，将试样放置在试验箱中进行连续喷雾72小时，测定平面腐蚀程度，具体测试环境如下：试验箱内的温度保持在25℃，压缩空气要预热到35℃之间并调节到足够的压力，氯化钠溶液的质量浓度为5%±1%，冷凝后溶液的pH值在6.5-7.2之间，在盐雾试验过程中，降雾量应控制在如下范围：每80cm2水平面内，每小时收集的降雾量平均为1.0-2.0mL之间；耐蚀时间和72h平面腐蚀度测试结果如表1所示：
表1
根据表1的测试结果可以看出，实施例2对应样品的耐腐蚀性能明显优于对比例1和对比例2对应的样品。纳米二氧化硅和苯胺原位聚合后得到的聚苯胺接枝二氧化硅，表面能降低，且聚苯胺具有一定的粘度，和水性环氧树脂间具有优良的相容性，能够有效提高聚苯胺接枝二氧化硅的分散性，纳米二氧化硅均匀分散在环氧树脂基体中，形成的致密的耐磨性涂层，能够有效隔断水和溶解氧向基体内部扩散，在反应过程中引入氮原子，含有孤对电子对，能够和镀锌钢板表面的锌形成稳定的螯合物，稳定吸附在基体材料表面，抑制了阴极发生还原反应，有效的保护了基体材料。进一步地，席夫碱上的氮原子具有孤对电子，能够和铁等金属基体材料通过配位键形成稳定的配合物，从而起到保护基体材料的作用。实施例2中的具有耐磨性涂层的镀锌钢板的耐蚀时间能达到443.9h，72h平面腐蚀度为2.1%。对比例1中聚苯胺、烯基改性二氧化硅间未发生原位聚合，对纳米二氧化硅的分散性有一定的影响，同时聚苯胺和纳米二氧化硅和水性环氧树脂间的相容性降低，耐腐蚀效果有所降低，对比例2中未在纳米二氧化硅表面引入氮原子和席夫碱，同时未发生原位聚合，聚苯胺和纳米二氧化硅在环氧树脂基体中分散性和相容性差，耐腐蚀效果进一步降低，对应的镀锌钢板的耐蚀时间为316.2h，72h平面腐蚀度为3.5%。
（2）耐磨性能测试：取实施例2和对比例1-2中制备的具有耐磨性涂层的镀锌钢板作为样品，测试标准参考GB/T1768-89，使用JM-Ⅰ型漆膜磨耗仪分别对样品的进行测试，砝码重量为500g，测试转数为1000转，每个样品测试三次，取平均值，测试结果如表2所示：
表2
根据表2的测试结果可以看出，实施例2和对比例1对应样品的耐磨性能优于对比例2对应的样品，实施例2、对比例1和对比例2均具有较好的耐磨性能，在经过1000转后，镀锌钢板均未露出。使用水性环氧树脂作为耐磨性涂料的主要成分，具有优异的机械性能，纳米二氧化硅硬度高，具有优良的耐磨性能，能够使涂层的结构十分紧密，强度增加，原位聚合后得到的聚苯胺接枝二氧化硅，表面能降低，且聚苯胺具有一定的粘度，和水性环氧树脂间具有优良的相容性，能够有效提高聚苯胺接枝二氧化硅的分散性，纳米二氧化硅均匀分散在环氧树脂基体中，在很大程度上提高了基体的耐磨性能，有效避免了环氧树脂基体长期使用容易发生细微裂痕的现象，进一步提高了涂层的使用寿命。实施例2中的具有耐磨性涂层的镀锌钢板在经过1000转后，磨耗量为14.6mg，对比例1中聚苯胺、烯基改性二氧化硅间未发生原位聚合，对纳米二氧化硅的分散性有一定的影响，同时聚苯胺和纳米二氧化硅和水性环氧树脂间的相容性降低，涂层的成分分散不均匀，导致耐磨性能有一定降低，对比例2中纳米二氧化硅分散性较差，容易发生团聚，磨耗量能达到18.5mg。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种具有耐磨性涂层的镀锌钢板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤（1）将纳米二氧化硅分散到二甲苯中，分散均匀后，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，混合，在氮气氛围中，发生反应，反应结束后，冷却，过滤，洗涤，干燥，得到氨基化二氧化硅；
步骤（2）将氨基化二氧化硅分散到N,N-二甲基甲酰胺中，分散均匀后，加入3-羧基苯甲醛、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑，混合，发生反应，反应结束后，冷却，过滤，洗涤，干燥，得到醛基改性二氧化硅；
步骤（3）将醛基改性二氧化硅分散到1,4-二氧六环中，分散均匀后，加入2-烯基-4-氨基吡啶，混合，在氮气氛围中，发生反应，反应结束后，冷却，过滤，洗涤，干燥，得到烯基改性二氧化硅；
步骤（4）将烯基改性二氧化硅分散到混合溶剂中，分散均匀后，加入苯胺和过硫酸铵，使用盐酸溶液调节pH至1-3，搅拌，发生反应，反应结束后，抽滤，使用去离子水洗涤至中性，干燥，得到聚苯胺接枝二氧化硅；
步骤（5）将质量比为150:100的去离子水和水性环氧树脂混合均匀，得到稀释后的水性环氧树脂，向稀释后的水性环氧树脂中加入聚苯胺接枝二氧化硅和消泡剂，进行球磨处理，混合均匀后，加入水性固化剂，搅拌混合，得到耐磨性涂料；
步骤（6）将耐磨性涂料辊涂到带有底漆的镀锌钢板表面制备涂层，在200-250℃固化30s后，得到具有耐磨性涂层的镀锌钢板。
2.根据权利要求1所述的一种具有耐磨性涂层的镀锌钢板的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中纳米二氧化硅、二甲苯和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为100:18000-23000:2000-2400，反应的温度为110-120℃，反应的时间为15-18h。
3.根据权利要求1所述的一种具有耐磨性涂层的镀锌钢板的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中氨基化二氧化硅、N,N-二甲基甲酰胺、3-羧基苯甲醛、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑的质量比为100:4200-6000:155-190:375-460:195-240，反应的温度为20-35℃，反应的时间为5-8h。
4.根据权利要求1所述的一种具有耐磨性涂层的镀锌钢板的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中醛基改性二氧化硅、1,4-二氧六环和2-烯基-4-氨基吡啶的质量比为100:30000-45000:540-680。
5.根据权利要求1所述的一种具有耐磨性涂层的镀锌钢板的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中反应的温度为70-80℃，反应的时间为9-12h。
6.根据权利要求1所述的一种具有耐磨性涂层的镀锌钢板的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中混合溶剂为去离子水和无水乙醇的混合溶剂，其中去离子水和无水乙醇的体积比为3:1，混合溶剂、烯基改性二氧化硅、苯胺和过硫酸铵的质量比为3000-6000:100:250-450:120-220。
7.根据权利要求1所述的一种具有耐磨性涂层的镀锌钢板的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中反应的温度为20-30℃，反应的时间为15-18h。
8.根据权利要求1所述的一种具有耐磨性涂层的镀锌钢板的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中稀释后的水性环氧树脂、聚苯胺接枝二氧化硅、消泡剂和水性固化剂的质量比为100:0.6-2:0.05-0.1:8-12。
9.根据权利要求1所述的一种具有耐磨性涂层的镀锌钢板的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中消泡剂为羟基聚二甲基硅氧烷消泡剂，水性固化剂为巴陵石化CYDHD-220。
10.根据权利要求1所述的一种具有耐磨性涂层的镀锌钢板的制备方法，其特征在于：所述步骤（6）中带有底漆的镀锌钢板表面的涂层的厚度为10-30μm。
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