一種鋁合金材料的防腐蝕塗料及其製備方法和防腐蝕方法與流程
2023-06-11 09:51:36 2
本發明涉及一種金屬防腐蝕塗料和防腐蝕方法，具體地說，涉及一種鋁合金材料的防腐蝕塗料及其製備方法和鋁合金材料的防腐蝕方法。
背景技術：
鋁合金具有密度小、強度高、易加工成形性好等優點，因而被廣泛應用。據統計，近年來，鋁合鋁合金用量在全球範圍內的年增長率高達20％以上，並有持續增長的趨勢。然而鋁合金在各種環境中使用會發生不同程度的腐蝕，特別是在潮溼環境、海水、酸或鹼環境中，一方面影響鋁合金的性能，導致安全隱患，另一方面也造成了大量浪費。因此鋁合金產品在製造完成後，往往需要對其表面塗覆塗料來實現防腐蝕。本領域的研究人員也對用於鋁合金保護的防腐蝕塗料進行了廣發的研究。
但是，現有的用於鋁合金材料的防腐蝕塗料還存在不少的問題，第一，防腐蝕塗料與鋁合金材料結合力不高，容易造成脫落，導致喪失防腐蝕作用；第二，現有的防腐蝕塗料防腐蝕性能不高並且穩定性差，不可長期儲藏；第三，現有的塗料中大量使用有機溶劑，成本較高，同時會對環境、人體健康造成危害，製備過程和使用過程也會產生大量的三廢。
技術實現要素：
鑑於現有的防腐蝕塗料還存在上述問題，提出本發明，提供一種鋁合金材料的防腐蝕塗料及其製備方法以及鋁合金材料的防腐蝕方法。
為了實現本發明的目的，第一方面，本發明提供一種鋁合金材料的防腐蝕塗料，其中，該防腐蝕塗料包括矽烷偶聯劑、羧甲基纖維素鈉、納米二氧化矽、水溶性聚氨酯、聚丙烯醯胺、水以及含有巰基的離子液體。
在本發明中，優選情況下，相對於1重量份的含有巰基的離子液體，矽烷偶聯劑的用量為0.3～0.8重量份，羧甲基纖維素鈉的用量為0.5～1重量份，納米二氧化矽的用量為0.5～1重量份、水溶性聚氨酯的用量為2～5重量份，聚丙烯醯胺的用量為1～2重量份，水的用量為20～50重量份。進一步優選情況下，相對於1重量份的含有巰基的離子液體，矽烷偶聯劑的用量為0.3～0.5重量份，羧甲基纖維素鈉的用量為0.5～0.8重量份，納米二氧化矽的用量為0.5～1重量份、水溶性聚氨酯的用量為3～5重量份，聚丙烯醯胺的用量為1～1.5重量份，水的用量為25～50重量份；更優選情況下，相對於1重量份的含有巰基的離子液體，矽烷偶聯劑的用量為0.4重量份，羧甲基纖維素鈉的用量為0.8重量份，納米二氧化矽的用量為1重量份、水溶性聚氨酯的用量為4重量份，聚丙烯醯胺的用量為1.2重量份，水的用量為45重量份。
在本發明中，發明人發現帶有巰基的離子液體能夠加強塗料對鋁合金材料的結合，並且還能起到勻化塗料的作用，使得塗料均勻細膩，優選情況下，所述的含有巰基的離子液體為1-甲基-3-(巰基乙基)咪唑四氟硼酸鹽或1-甲基-3-(巰基丙基)咪唑四氟硼酸鹽。
在本發明中，所述矽烷偶聯劑也優選帶有巰基的矽烷偶聯劑，例如所述矽烷偶聯劑為γ-巰基丙基三乙氧基矽烷或γ-巰基丙基三甲氧基矽烷。
本發明還提供一種製備上述鋁合金材料的防腐蝕塗料的方法，其中，包括先將矽烷偶聯劑、羧甲基纖維素鈉、納米二氧化矽、水溶性聚氨酯、聚丙烯醯胺以及含有巰基的離子液體，混合均勻得到鋁合金材料的防腐蝕塗料。在本發明中，混合的方式可以採用本領域常規使用的方法，例如機械攪拌，攪拌速度可以為500～1000轉/min。
本發明還包括一種鋁合金材料防腐蝕的方法，該方法包括先將上述防腐蝕塗料或上述方法製備的防腐蝕塗料塗覆在鋁合金材料的表面，然後高溫烘乾。
在本發明中優選情況下，高溫烘乾的條件包括：溫度90～110℃，烘乾時間為6～8小時；防腐蝕塗料在高溫烘乾後在鋁合金材料表面形成的塗層厚度為0.1～1微米。
在本發明中，本發明的原料均可通過現有技術製備或者商購得到。例如所述水溶性聚氨酯可以由常規的多元異氰酸酯類單體和多羥基醇進行聚合得到，作為市售品，例如天長市興泰精細化工廠的pu-100、pu-200、pu-300、pu-400、pu-500型水性聚氨酯樹脂分散體(固含量30～40％)。
本發明提供的鋁合金材料的防腐蝕塗料具有以下優點：
1)本發明的用於防腐蝕塗料與鋁合金表面附著力強，能夠更加緊密地與鋁合金表面貼合，不會脫落，防腐蝕性能更好。
2)本發明的防腐蝕塗料穩定性好，保存6個月以上仍然具有良好的性能。
3)本發明的防腐蝕塗料的綠色環保、不汙染環境。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。但這些實施例僅限於說明本發明而不是對本發明的保護範圍的進一步限定。
製備例1
氮氣保護下，在乾燥三口燒瓶中，加入41gn-甲基咪唑和100ml乙腈，升溫至60℃，滴加84g的2-溴乙硫醇，保溫攪拌反應14小時，監測反應完畢，減壓濃縮得到淡黃色粘稠液體，然後用丙酮洗滌三次，減壓濃縮並乾燥得到溴化1-甲基-3-(巰基乙基)咪唑；將溴化1-(巰基乙基)-3-甲基咪唑、60g氟硼酸鈉以及50ml丙酮加入至另一三口燒瓶中，升溫至50℃，保持溫度攪拌反應12小時，抽濾，濾液減壓濃縮得到1-甲基-3-(巰基乙基)咪唑四氟硼酸鹽粗品，將粗品溶於二氯甲烷，過濾，濾液減壓濃縮得到淡黃色液體1-甲基-3-(巰基乙基)咪唑四氟硼酸鹽96.8g，收率84.2％。1hnmr(400mhz,d2o,dss外標),δ8.72(s,1h)；7.45(s,1h)；7.37(s,1h)；4.25～4.31(t,2h)；3.82(s,3h)；2.88～2.92(t,2h)。
製備例2
氮氣保護下，在乾燥三口燒瓶中，加入41gn-甲基咪唑和100ml乙腈，升溫至60℃，滴加85g的3-溴丙硫醇，保溫攪拌反應18小時，監測反應完畢，減壓濃縮得到淡黃色粘稠液體，然後用丙酮洗滌三次，減壓濃縮得到溴化1-甲基-3-(巰基乙基)咪唑；將溴化1-(巰基乙基)-3-甲基咪唑、60g氟硼酸鈉以及50ml丙酮加入至另一三口燒瓶中，升溫至50℃，保持溫度攪拌反應12小時，抽濾，濾液減壓濃縮得到1-甲基-3-(巰基乙基)咪唑四氟硼酸鹽粗品，將粗品溶於二氯甲烷，過濾，濾液減壓濃縮得到淡黃色液體1-甲基-3-(巰基丙基)咪唑四氟硼酸鹽99.7g，收率81.7％。1hnmr(400mhz,d2o,dss外標),δ8.74(s,1h)；7.45(s,1h)；7.35(s,1h)；4.21～4.28(t,2h)；3.80(s,3h)；2.67～2.73(t,2h)；2.38～2.44(m,2h)。
實施例1
將0.4kg矽烷偶聯劑、0.8kg羧甲基纖維素鈉、1kg納米二氧化矽、4kg水溶性聚氨酯、1.2kg聚丙烯醯胺以及1kg含有巰基的離子液體(1-甲基-3-(巰基乙基)咪唑四氟硼酸鹽)加入45kg水中，1000轉/min機械攪拌混合均勻得到鋁合金材料的防腐蝕塗料a1。
實施例2
將0.3kg矽烷偶聯劑、0.6kg羧甲基纖維素鈉、1kg納米二氧化矽、3kg水溶性聚氨酯、1kg聚丙烯醯胺以及1kg含有巰基的離子液體(1-甲基-3-(巰基乙基)咪唑四氟硼酸鹽)加入50kg水中，1000轉/min機械攪拌混合均勻得到鋁合金材料的防腐蝕塗料a2。
實施例3
將0.5kg矽烷偶聯劑、0.5kg羧甲基纖維素鈉、0.5kg納米二氧化矽、5kg水溶性聚氨酯、1.5kg聚丙烯醯胺以及1kg含有巰基的離子液體(1-甲基-3-(巰基丙基)咪唑四氟硼酸鹽)加入25kg水中，1000轉/min機械攪拌混合均勻得到鋁合金材料的防腐蝕塗料a3。
實施例4
將0.6kg矽烷偶聯劑、0.5kg羧甲基纖維素鈉、0.5kg納米二氧化矽、2kg水溶性聚氨酯、1kg聚丙烯醯胺以及0.5kg含有巰基的離子液體(1-甲基-3-(巰基乙基)咪唑四氟硼酸鹽)加入45kg水中，1000轉/min機械攪拌混合均勻得到鋁合金材料的防腐蝕塗料a4。
實施例5
將0.4kg矽烷偶聯劑、0.8kg羧甲基纖維素鈉、1kg納米二氧化矽、4kg水溶性聚氨酯、1.2kg聚丙烯醯胺以及0.2kg含有巰基的離子液體(1-甲基-3-(巰基乙基)咪唑四氟硼酸鹽)加入45kg水中，1000轉/min機械攪拌混合均勻得到鋁合金材料的防腐蝕塗料a5。
實施例6
將0.4kg矽烷偶聯劑、0.2kg羧甲基纖維素鈉、1kg納米二氧化矽、4kg水溶性聚氨酯、1.2kg聚丙烯醯胺以及0.2kg含有巰基的離子液體(1-甲基-3-(巰基乙基)咪唑四氟硼酸鹽)加入45kg水中，1000轉/min機械攪拌混合均勻得到鋁合金材料的防腐蝕塗料a6。
實施例7
將0.4kg矽烷偶聯劑、0.8kg羧甲基纖維素鈉、1kg納米二氧化矽、4kg水溶性聚氨酯、1.2kg聚丙烯醯胺以及1kg含有巰基的離子液體(溴化1-甲基-3-(巰基乙基)咪唑鹽)加入45kg水中，1000轉/min機械攪拌混合均勻得到鋁合金材料的防腐蝕塗料a7。
對比例1
將0.4kg矽烷偶聯劑、0.8kg羧甲基纖維素鈉、1kg納米二氧化矽、4kg水溶性聚氨酯、1.2kg聚丙烯醯胺加入45kg水中，1000轉/min機械攪拌混合均勻得到鋁合金材料的防腐蝕塗料d1。
對比例2
將0.4kg矽烷偶聯劑、0.8kg羧甲基纖維素鈉、1kg納米二氧化矽、4kg水溶性聚氨酯、1.2kg聚丙烯醯胺以及1kg離子液體(1-甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸鹽)加入45kg水中，1000轉/min機械攪拌混合均勻得到鋁合金材料的防腐蝕塗料d2。
對比例3
將0.4kg矽烷偶聯劑、1kg納米二氧化矽、4kg水溶性聚氨酯、1.2kg聚丙烯醯胺以及1kg含有巰基的離子液體(1-甲基-3-(巰基乙基)咪唑四氟硼酸鹽)加入45kg水中，1000轉/min機械攪拌混合均勻得到鋁合金材料的防腐蝕塗料d3。
測試例1
將實施例1-7和對比例1-3中方法製備的塗料在製備後當天(0天)、製備密封保存第60天、製備密封保存第120天和製備密封保存第180天，分別刷塗鋁合金試塊上，110℃烘乾固化，測得形成塗層厚度均為0.8微米，然後在200h鹽霧試驗後進行鏽蝕面積的測量。具體結果如表1所示。試塊採用200mm*30mm*3mm尺寸的6061鋁合金(購於江蘇揚東鋁業有限公司)
表1
鹽霧試驗參考gb/t1771-2007的方法進行，從上表可以看出，本發明提供的防腐蝕塗料具有很好的穩定性，保存6個月以上使用仍然具有良好的性能，對鋁合金產生良好的保護作用。
測試例2
將實施例1-7和對比例1-3中的得到的塗料分別刷塗在鋁合金試塊m1-m10上，110℃烘乾固化，測得形成塗層厚度均為0.8微米，將塗覆後的m1-m10鋁合金試塊進行測試，試塊採用200mm*30mm*3mm尺寸的6061鋁合金(購於江蘇揚東鋁業有限公司)。具體測試方法和結果如表2所示：
表2
其中，其中附著力根據gb/t5210-2006進行測試；耐鹽霧根據gb/t1771-2007進行測試；耐酸性、耐鹼性根據gb/t9274-1988進行測試，耐酸性在5％h2so4，25℃條件下進行的；耐鹼性是在3％naoh，25℃條件下進行的；耐鹽水能力根據gb/t1763-1989進行測試。
綜上所述，本發明提供了一種穩定性好、防腐蝕能力強的鋁合金材料的防腐蝕塗料，該防腐蝕塗料能夠與鋁合金表面附著力強，能夠更加緊密地與鋁合金表面貼合，並且本發明的防腐蝕塗料為水性塗料，綠色環保、不汙染環境。
以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明並不限於上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思範圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬於本發明的保護範圍。
另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重複，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。
此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。