一種防溶劑腐蝕的鋁板及其製備方法與流程

2023-05-06 19:54:46 1

本發明涉及鋁板材料，特別是涉及一種防溶劑腐蝕的鋁板及其製備方法。

背景技術：

在一些長期處於溶劑環境下的鋁製品器件，如在陶瓷基片上鍍層的鋁電極，由於受到溶劑分子長期的腐蝕，一方面造成鋁電極性能的下降，另一方面容易造成鋁電極的脫落，嚴重影響了鋁製品器件的使用性能和實用壽命，因此對鋁製品器件的表面防護處理顯得非常重要。對鋁表面的處理技術種類較多，例如鋁表面的陽極氧化處理，以鋁或鋁合金製品為陽極，置於電解質溶液中進行通電處理，利用電解作用使其表面形成氧化鋁薄膜的過程，經過陽極氧化處理，鋁表面能生成幾個微米的氧化膜，比起鋁合金的天然氧化膜，其耐蝕性、耐磨性和裝飾性都有明顯的改善和提高，但是陽極氧化處理工藝複雜，操作麻煩；在鋁表面再鍍一層惰性金屬也可以有效地降低鋁製品的溶劑腐蝕，一般採用氣相沉積或磁控濺射技術，然而惰性金屬一般價格較昂貴，另外氣相沉積或磁控濺射技術成本較高，操作用時長，生產效率較低，也限制了應用；有機化合物塗層技術由於操作簡便、成本低廉、防護效果好一直是金屬器件表面防護的首選。但是，一般的有機塗層防護僅僅是將塗覆液通過浸塗或噴塗塗敷在器件表面，塗層和器件之間僅僅是靠物理連接，結合力不強，容易受到溶劑分子的腐蝕使得塗層失效和剝落，增加了二次補修的成本。

技術實現要素：

為了解決上述現有技術的不足，本發明的目的是提供一種防溶劑腐蝕的鋁板及其製備方法。

本發明的技術方案如下：

一種防溶劑腐蝕的鋁板，依序包括：鋁板，氧化鋁層，矽烷偶聯劑層，環氧塗層，其中所述氧化鋁層是由所述鋁板的表面氧化形成的。

進一步地，所述氧化鋁層的厚度為10～30nm，所述矽烷偶聯劑層的厚度為1～20nm，環氧塗層的厚度為2-20μm。

進一步地，所述的矽烷偶聯劑層可以選自γ-氨基丙基三甲氧基矽烷，γ-氨基丙基三乙氧基矽烷，γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基矽烷，γ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷，N- β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基矽烷，N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基矽烷，N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基矽烷，γ-氨丙基甲基二乙氧基矽烷，二乙胺基代甲基三乙氧基矽烷，甲基三乙氧基矽烷，苯基三乙氧基矽烷，雙(3-三乙氧基甲矽烷基丙基)胺，雙(3-三甲氧基甲矽烷基丙基)胺，雙(三甲氧基矽基乙烷)，雙(三乙氧基矽基)乙烷，雙(三甲氧基甲矽烷基甲基)乙烯，雙(3-三甲氧基矽丙基)富馬酸酯，雙(三乙氧基矽基)乙烯，雙[(三甲氧基矽基)乙基]苯，雙[3-(三甲氧基矽基)丙基]乙二胺，雙[(三甲氧基矽基)甲基]苯，雙(3-(甲基氨基)丙基)三甲氧基矽烷中的一種或幾種。

進一步地，所述的矽烷偶聯劑層優選由3-氨基丙基三甲氧基矽烷，雙(3-三甲氧基甲矽烷基丙基)胺和γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基矽烷組成的混合物，其中3-氨基丙基三甲氧基矽烷與γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基矽烷的摩爾比為1:1～1:3，雙(3-三甲氧基甲矽烷基丙基)胺與(3-氨基丙基三甲氧基矽烷和γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基矽烷)總量的摩爾比為1:1～3:1。

進一步地，所述的環氧塗層包括環氧樹脂和有機矽改性的環氧樹脂。

所述的環氧樹脂和所述的有機矽改性環氧樹脂各自是雙組份固化體系。

更進一步地，所述環氧樹脂為雙酚A型環氧樹脂，環氧值大於0.4，優選E56，E55，E54，E51，E44，E42中的一種或多種，更優選E51。

更進一步地，所述有機矽改性的環氧樹脂，環氧值為0.25-0.3之間，包括道康寧SF-8421EG樹脂；或由聚甲基苯基矽氧烷與雙酚A型環氧樹脂在催化劑存在下縮合製得。

一種防溶劑腐蝕的鋁板的製備方法，包括以下步驟：

1)將鋁板置於氧氣氣氛中高溫氧化，得到氧化鋁層；

2)將在溶劑中水解後的矽烷偶聯劑塗覆於氧化鋁層表面，得到矽烷偶聯劑層；

3)將環氧樹脂或有機矽改性的環氧樹脂與固化劑混合，塗覆於矽烷偶聯劑層上，固化後，得到環氧塗層，最終製得防溶劑腐蝕的鋁板。

進一步地，步驟1)中，高溫溫度為200-400℃，氧化時間為2-8h。

進一步地，步驟1)又包括：將鋁板表面分別通過丙酮、乙醇和去離子水超聲循環處理清洗，將清洗後的鋁板置於氧氣氣氛、溼度大於50％的高溫爐中，氧化後冷卻取出。

進一步地，步驟2)中，所述矽烷偶聯劑在溶劑中的重量百分比濃度為0.5～5％，優選0.5～2％，所述溶劑包括乙醇，異丙醇，正丙醇，正丁醇，優選異丙醇。

進一步地，步驟3)中，所述固化劑包括二乙烯三胺，三乙烯四胺，四乙烯五胺，三甲基六亞甲基二胺，三甲基己二胺，己二胺改性物，己二胺加合物，二胺甲基環己烷，氨乙基呱嗪，異佛爾酮二胺，二氨基環已烷，二氨甲基環已基甲烷，二氨基環已基甲烷，間苯二胺， 間苯二甲胺，二氨基二苯基甲烷，二氨基二苯基碸，間氨基甲胺，苯二甲胺三聚體，苯酮四羧酸二酐，甲基內次甲基四氫鄰苯二甲酸酐，四氫鄰苯二甲酸酐，甲基四氫鄰苯二甲酸酐，戊二酸酐，均苯四甲酸酐；優選二氨基二苯基甲烷，二氨基二苯基碸。

技術效果

本發明在鋁板表面通過化學鍵結合的方式製備了環氧防腐蝕塗層，塗層與鋁板結合力強，耐溶劑性能好，有效地保護了鋁板的耐溶劑腐蝕。

具體實施方式

一種防溶劑腐蝕的鋁板，主要由鋁板，氧化鋁層，矽烷偶聯劑層和環氧塗層組成。

鋁板上的氧化鋁層是通過對所述鋁板的表面氧化處理形成。鋁板的表面氧化處理的目的是通過在鋁板表面形成帶有大量的羥基基團的氧化鋁層，從而提供了和矽烷偶聯劑發生反應的錨點。對所述鋁板的表面氧化處理通過以下步驟來實現，將鋁板表面分別通過丙酮、乙醇和去離子水超聲循環處理清洗三次，將清洗後鋁板置於氧氣氣氛、溼度大於50％的高溫爐中，氧化一定的時間後冷卻取出。溼度大於50％的目的是提供足夠的水分子和形成的氧化鋁層表面發生吸附和結合，進一步經過高溫提供羥基。

矽烷偶聯劑層的選擇一是要滿足和氧化鋁層發生化學鍵結合，二是要滿足和環氧塗層發生化學反應。

矽烷偶聯劑可以選自由γ-氨基丙基三甲氧基矽烷，γ-氨基丙基三乙氧基矽烷，γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基矽烷，γ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷，N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基矽烷，N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基矽烷，N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基矽烷，γ-氨丙基甲基二乙氧基矽烷，二乙胺基代甲基三乙氧基矽烷，甲基三乙氧基矽烷，苯基三乙氧基矽烷，雙(3-三乙氧基甲矽烷基丙基)胺，雙(3-三甲氧基甲矽烷基丙基)胺，雙(三甲氧基矽基乙烷)，雙(三乙氧基矽基)乙烷，雙(三甲氧基甲矽烷基甲基)乙烯，雙(3-三甲氧基矽丙基)富馬酸酯，雙(三乙氧基矽基)乙烯，雙[(三甲氧基矽基)乙基]苯，雙[3-(三甲氧基矽基)丙基]乙二胺，雙[(三甲氧基矽基)甲基]苯，雙(3-(甲基氨基)丙基)三甲氧基矽烷中的一種或幾種的混合物。

為了得到良好防腐蝕性能的塗層，本發明中優選3-氨基丙基三甲氧基矽烷，雙(3-三甲氧基甲矽烷基丙基)胺和γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基矽烷的組合物。這是因為雙(3-三甲氧基甲矽烷基丙基)胺可以作為交聯劑，使得塗層交聯緻密，防止溶劑分子的滲透。

根據本發明的矽烷偶聯劑層，3-氨基丙基三甲氧基矽烷，雙(3-三甲氧基甲矽烷基丙基) 胺和γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基矽烷的比例為摩爾比，其中3-氨基丙基三甲氧基矽烷與γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基矽烷的比例為1:1～1:3，優選1:2；雙(3-三甲氧基甲矽烷基丙基)胺與3-氨基丙基三甲氧基矽烷和γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基矽烷總量的比例為1:1～1:3，優選1:2。

根據本發明的矽烷偶聯劑層，其矽烷偶聯劑的濃度為0.5～5％，優選0.5～2％，溶劑包括乙醇，異丙醇，正丙醇，正丁醇，優選異丙醇。

根據本發明的環氧樹脂為雙酚A型環氧樹脂，環氧值大於0.4及以上，,具體實例包括E56，E55，E54，E51，E44，E42，這些環氧樹脂可以單獨或以其兩種以上的組合來使用，優選E51。

根據本發明的有機矽改性的環氧樹脂，環氧值為0.25-0.3之間，具體實例包括道康寧SF-8421EG樹脂；也可以經過聚甲基苯基矽氧烷與雙酚A型環氧樹脂在催化劑存在下縮合製得的。

根據本發明的環氧樹脂或有機矽改性環氧樹脂的固化劑，選用耐熱性較好的一類固化劑，具體實例包括二乙烯三胺，三乙烯四胺，四乙烯五胺，三甲基六亞甲基二胺，三甲基己二胺，己二胺改性物，己二胺加合物，二胺甲基環己烷，氨乙基呱嗪，異佛爾酮二胺，二氨基環已烷，二氨甲基環已基甲烷，二氨基環已基甲烷，間苯二胺，間苯二甲胺，二氨基二苯基甲烷，二氨基二苯基碸，間氨基甲胺，苯二甲胺三聚體，苯酮四羧酸二酐，甲基內次甲基四氫鄰苯二甲酸酐，四氫鄰苯二甲酸酐，甲基四氫鄰苯二甲酸酐，戊二酸酐，均苯四甲酸酐；優選二氨基二苯基甲烷，二氨基二苯基碸。

實施例1

將一塊5*5cm的鋁板表面分別通過丙酮、乙醇和去離子水在50Hz下超聲20min，循環處理清洗三次，將清洗後的鋁板置於氧氣氣氛中、溼度為50％的高溫爐中，溫度為200℃，氧化2h後冷卻取出，得到表面氧化鋁層；

將0.18g 3-氨基丙基三甲氧基矽烷，0.51g雙(3-三甲氧基甲矽烷基丙基)胺和0.47gγ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基矽烷在22.0g異丙醇中水解2小時，然後將表面的鋁板浸入到矽烷溶液中，10s後提拉出來，置於60℃烘箱中烘1h，得到100nm厚的矽烷偶聯劑層；

將環氧樹脂E51和固化劑二氨基二苯基甲烷按固化配比配好，塗覆於矽烷偶聯劑層上，於80℃下固化24小時，得到2μm厚的環氧塗層，結果如表1所示。

實施例2

將一塊5*5cm的鋁板表面分別通過丙酮、乙醇和去離子水在50Hz下超聲20min，循環處理清洗三次，將清洗後的鋁板置於氧氣氣氛中、溼度為50％的高溫爐中，溫度為300℃，氧化30min後冷卻取出，得到表面氧化鋁層；

將0.18g3-氨基丙基三甲氧基矽烷，0.68g雙(3-三甲氧基甲矽烷基丙基)胺和0.236gγ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基矽烷在35.4g乙醇中水解2小時，然後將表面的鋁板浸入到矽烷溶液中，10s後提拉出來，置於60℃烘箱中烘1h，得到60nm厚的矽烷偶聯劑層；

將環氧樹脂E55和固化劑二氨基環已基甲烷按固化配比配好，塗覆於矽烷偶聯劑層上，於80℃下固化24小時，得到10μm厚的環氧塗層，結果如表1所示。

實施例3

將一塊5*5cm的鋁板表面分別通過丙酮、乙醇和去離子水在50Hz下超聲20min，循環處理清洗三次，將清洗後的鋁板置於氧氣氣氛中、溼度為60％的高溫爐中，溫度為400℃，氧化30min後冷卻取出，得到表面氧化鋁層；

將0.18g3-氨基丙基三甲氧基矽烷，0.45g雙(3-三甲氧基甲矽烷基丙基)胺和0.716gγ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基矽烷在269g異丙醇中水解2小時，然後將表面的鋁板浸入到矽烷溶液中，10s後提拉出來，置於60℃烘箱中烘1h，得到20nm厚的矽烷偶聯劑層；

將有機矽改性環氧樹脂SF-8421EG樹脂和固化劑三乙烯四胺按固化配比配好，塗覆於矽烷偶聯劑層上，於80℃下固化24小時，得到20μm厚的環氧塗層結果如表1所示。

實施例4

將一塊5*5cm的鋁板表面分別通過丙酮、乙醇和去離子水在50Hz下超聲20min，循環處理清洗三次，將清洗後的鋁板置於氧氣氣氛中、溼度為50％的高溫爐中，溫度為400℃，氧化30min後冷卻取出，得到表面氧化鋁層；

將0.248gγ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷，0.68g雙(3-三甲氧基甲矽烷基丙基)胺和0.236gγ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基矽烷在35.4g乙醇中水解2小時，然後將表面的鋁板浸入到矽烷溶液中，10s後提拉出來，置於60℃烘箱中烘1h，得到80nm厚的矽烷偶聯劑層；

將有機矽改性環氧樹脂SF-8421EG樹脂和固化劑二氨基二苯基碸按固化配比配好，塗覆於矽烷偶聯劑層上，於80℃下固化24小時，得到10μm厚的環氧塗層，結果如表1所示。

對比例1

將一塊5*5cm的鋁板表面分別通過丙酮、乙醇和去離子水在50Hz下超聲20min，循環處理清洗三次，然後直接將0.18g3-氨基丙基三甲氧基矽烷，0.51g雙(3-三甲氧基甲矽烷基丙基)胺和0.47gγ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基矽烷在22.0g異丙醇中水解2小時，然後將表面的鋁板浸入到矽烷溶液中，10s後提拉出來，置於60℃烘箱中烘1h，得到100nm厚的矽烷偶聯劑層；

將環氧樹脂E51和固化劑二氨基二苯基甲烷按固化配比配好，塗覆於矽烷偶聯劑層上，於80℃下固化24小時，得到3μm厚的環氧塗層，結果如表1所示。

對比例2

作為對比樣，將一塊5*5cm的鋁板表面分別通過丙酮、乙醇和去離子水超聲循環處理清洗三次後，將有機矽改性環氧樹脂SF-8421EG樹脂和固化劑二氨基二苯基碸按固化配比配好，塗覆於矽烷偶聯劑層上，於80℃下固化24小時，得到10μm厚的環氧塗層，結果如表1所示。

表1 塗層耐溶劑性和附著力表

耐溶劑性能：是將塗有塗層的鋁片分別浸泡在60℃和80℃的醋酸丁酯、環己酮中，浸泡一定的時間觀察表面情況。

附著力測試：採用劃圈法測試。