一種水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料及其製備方法

2024-04-10 17:37:05

專利名稱：：一種水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料及其製備方法
技術領域：
：本發明涉及金屬表面綠色防腐塗料技術，具體為一種水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料及其製備方法。二
背景技術：
：二十世紀七十年代初，美國開發出了片狀鋅基鉻鹽防護塗層技術，即達克羅技術，該塗層是將片狀鋅粉和鋁粉、鉻酐、潤溼劑、分散劑、還原劑、去離子水及其他助劑組成的混合液攪拌均勻後塗敷於工件表面，然後在300°C下固化而成的。與球狀粉相比，鱗片狀鋅粉在塗膜中平行交疊排列，大大減少了水和腐蝕介質在塗膜中的滲透，相同塗覆面積、防腐性能的片狀鋅粉用量僅為球狀鋅粉的1/3~1/2。由於達克羅技術與電鍍鋅和熱浸鍍鋅相比，具有汙染小、高耐蝕、無氫脆、潤滑性等優點，因此在汽車領域得到了相當廣泛的應用。目前達克羅塗層技術在國際上發展迅速，其應用已擴展到醫藥、電力、石油化工及軍工行業，三十多個國家具有達克羅技術專利權。然而，達克羅塗層仍然存在六價鉻汙染問題。歐盟1999年制定的EOLVD車輛報廢條例就對六價鉻的含量進行了嚴格限制。歐洲2000/53/EG中規定，從2003年7月1日起，在歐洲生產和銷售的每輛汽車中，六價鉻(Cr6+)的含量不得超過2g。2002年6月27日歐洲修改了2000/53/EG中的規定，規定從2007年7月1日起汽車上使用的防腐塗層中不允許含有Cr6+,世界上工業發達國家的汽車行業中許多品牌車輛亦率先制定了無鉻塗層的技術標準。目前無鉻鋅鋁塗層實現產業化的產品只有三種Geomet(交美特)塗層，其主要市場是美國和日本；Delta塗層，其主要市場是西歐和中國臺灣；BNC水性無鉻鋅鋁塗層，其主要市場是歐洲和亞洲部分國家。由於技術保密和價格昂貴等問題，目前無鉻鋅鋁塗層技術在在國內還未成熟，無法實現廣泛的推廣。隨著人們環境保護意識的增強，對重金屬和含揮發性有機溶劑的限制越來越嚴格，無鉻鋅基塗料(俗稱無鉻達克羅)，尤其是水性鋅基防腐塗料，將成為綠色防腐塗料行業發展的主流，並逐漸應用到諸多工業領域中金屬結構及零部件的腐蝕防護。針對水性無機富鋅塗料的實際開發與應用現況，發現矽酸鹽系材料作為塗料的粘結劑可以實現塗層優良的耐蝕、耐磨和耐高溫等性能；而其存在的柔韌性差、多孔等缺點，也可以通過多種方法進行改性，製備無機-有機複合粘結劑，改善塗層性能。因此，目前應重點解決以下幾個問題(l)以基料的選擇、改性為重點，通過有機雜化製備優質複合基料，以獲得耐蝕性、耐衝擊性、柔韌性、自固化性更佳、滿足更廣泛應用的塗層；(2)以顏料的選擇、形態、改性為重點，諸如採用鱗片狀的鋅粉和鋁粉作為混合顏料，從而獲得特殊性能提高的塗層。
發明內容技術問題本發明所要解決的技術問題是提供一種水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料及其製備方法。技術方案一種水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料，其特徵在於它是由有機-無機複合基料和顏料兩種組分按下列重量比混合配製而成其中的有機-無機複合基料的組分和百分含量矽溶膠，61.3-83.4,氫氧化鉀，3.5-8.2，珪丙乳液12.0-25.2，顏料分散劑0.4-1.3,成膜助劑0.5-1.6，水性塗料消泡劑0.09-0.3,去離子水或蒸餾水其餘；其中顏料的組分和百分含量鱗片狀鋅粉70-90，鱗片狀鋁粉10-30。上述有機一無機複合改性基料和顏料兩種組分的重量比為5:1-2。上述的矽溶膠為固含量24-25wt%、穩定劑Na20含量0.3wt%、pH9.0-9.5的矽溶膠。上述的矽丙乳液為玻璃化溫度36°C、最低成膜溫度31°C、固含量48±2%、pH7.0-9.0的矽丙乳液。上述的顏料分散劑為固含量40%、pH8.0的水性顏料分散劑，成分為聚羧酸鈉型的共聚物的鈉鹽分散劑。上述的水性塗料消泡劑為固含量100%、比重0.85-0.93的高效水性塗料有積^圭消泡劑。上述的成膜助劑為十二^f灰醇酯。上述的鱗片狀鋅粉和鋁粉的片厚是0.1-0.3nm、片徑是5-8pm。一種水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料的製備方法，其特徵在於製備步驟如下(1)有機-無機複合改性基料的製備稱取矽溶膠61.3-83.4%、氫氧化鉀3.5-8.2%投入容器中，在恆溫水浴中電動攪拌，反應5-10min獲得高模數矽酸鉀溶液後，加入矽丙乳液12.0-25.2%、水性塗料消泡劑0.09-0.3%、成膜助劑0.5-1.6%、水性顏料分散劑0.4-1.3%和其餘分數蒸餾水攪拌分散均勻，即得到有機-無機複合改性基料；(2)塗料的製備將鱗片狀鋅粉70_90%和鱗片狀鋁粉10-30%的鋅鋁混合粉末攪拌均勾後，按其與有機一無機複合改性基料重量比在1-2:5範圍內添加到基料中，充分攪拌10-40min,用蒸餾水調節塗料黏度，80目標準篩過濾後即得到水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料；(3)塗層的獲得將除油除鏽乾淨的金屬試樣噴砂後，在293K左右噴塗塗料，漆膜室溫放置20min即可表幹，自固化2-24h後塗膜可實幹，並形成附著力強、耐鹽霧、耐水、耐高溫的水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗層。有益效果1、本發明的水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料的基料為有機-無機複合基料，而非鉻酐，實現了塗料和塗層的完全無鉻化，成為真正的生態環保塗料。2、本發明的水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料所用的改性矽酸鹽溶液，含有矽醇鍵，在固化時不僅和顏料中的鋅可以生成化學鍵、靠近基體的矽醇鍵還和基體上的鐵元素反應生成化學鍵，從而形成的塗層與基體之間的結合力不僅包括傳統的範德華力、機械螯合力，還包括化學鍵力，故而塗層和基體結合得更加牢固，附著性等級從傳統富鋅塗層的3-4級可以提高到0-1級。3、本發明中用矽丙乳液對高模數矽酸鉀溶液進行改性，使鱗片狀鋅粉和鱗片狀鋁粉分散變得容易，一般攪拌5-30min即可得到均勻塗料；改性後的塗料的成膜性更佳，採用浸塗方式塗覆試件時，試樣表面無流掛、漏塗、針孔等缺陷；另外，塗層的物理性能如粘結強度得到提高，可以達到0級；有機乳液加入後，和無機矽酸鹽溶液相互貫穿結合，形成緻密的塗層，塗層的耐蝕性提高，陰極保護作用試驗中耐中性鹽霧96h後塗層完好，耐酸性也提高一倍。4、本發明的水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料所採用的粘結劑，含有高模數的矽酸鉀溶液，將其與顏料金屬鋅在一定的空氣溼度(不高於85%)和溫度(5°C-40。C)下配製成塗料，常溫浸塗l-5min,金屬表面漆膜在室溫下放置20min即可表幹，2-24h內即可完全自固化，無需在高溫烘烤，形成的塗層與基體結合牢固、能對基體起到良好保護作用，很大程度上節約了能源。5、本發明的水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料以蒸餾水為主要溶劑，不同於傳統的溶劑性塗料，不會向空氣中揮發任何有害物質，也大大節約了能源；另外，塗料的黏度可以通過蒸餾水來調節，從而可以控制塗層的厚度以及選擇塗覆的方式。6、本發明的水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料所用的顏料中含有片厚(0.1-0.3pm)、片徑(5-8pm)的鱗片狀鋅粉，與球狀鋅粉(顏料濃度85-90%)相比，可以大大降低顏料的含量到10.1-24.2%,節約成本；形成的塗層是多層鋅粉疊加而成，塗層的屏蔽效果更好，從而塗層的耐蝕性更高；且鱗片狀鋅粉的漂浮性好，在塗料中不易沉澱，可以更容易分散均勻，塗料性質更加穩定。7、本發明的水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料中添加了片厚(0.1-0.3pm)、片徑(5-8pm)的鱗片狀鋁粉，其大大提高了塗料的分散效果和穩定性，改善了塗層的光澤，降低了塗層中鋅含量，並使塗層厚度減薄時仍能保證高的耐蝕性。綜上所述，本發明的水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料具有多種保護功能，耐蝕性高，具有高的抗劃傷和自癒合能力；有優異的耐水、耐酸、耐高溫性；以水為溶劑對環境無汙染；塗層常溫自固化，能耗低；粘結劑不含鉻，對環境和人體無傷害，塗層較薄，可以取代達克羅塗層的某些用途。該塗料安全環保、製備方法簡便、能源消耗少、成本低，塗層較薄、光亮美觀、具有突出的生態、節能特性及防腐、耐磨、耐水、耐高溫性能，其可應用在緊固件、鍋爐、儲罐、輸油管道等鋼鐵設備上。四具體實施方式tableseeoriginaldocumentpage7實施例l水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料的製備方法(1).有機-無機複合改性基料的製備，按重量百分數稱取62.31%的矽溶膠3.6%的氫氧化鉀、21.0%的蒸餾水加入三口燒瓶中，在恆溫60。C下攪拌10min,之後與12%的矽丙乳液混合，攪拌40min,加入0.6%的十二碳醇酯和0.1%的有機矽消泡劑及0.4%的聚羧酸鈉型的共聚物的鈉鹽分散劑，充分攪拌60min,靜置2h後，得到乳白色的分散均勻的改性基料；(2).塗料的製備稱取70.0%的鱗片狀鋅粉和30.0%的鱗片狀鋁粉，混合均勻後，按重量比1:5稱取一定量顏料和有機-無機複合改性基料，將顏料緩慢加入有機-無機複合改性基料中，攪拌50min後，用蒸餾水調節塗料的黏度在20s左右，用80目的標準篩過濾，即得到複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料，將除油除鏽乾淨的試件噴砂後，進行噴塗自然瀝乾，在試件表面形成均勻平整的塗膜。塗膜在室溫下20min即可表幹，24h後塗層實幹，形成的塗層厚度在15pm左右，塗層劃格試驗粘結強度達到1級，與基體粘結牢固，耐鹽霧能力達到600h，耐高溫400°C24h塗層完好，耐水性測試40°C240h塗層完好。實施例2水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料的製備方法(1).有機-無機複合改性基料的製備，按重量百分數稱取63.7%的矽溶膠、4.5%的氫氧化鉀、16.0%的蒸鎦水加入三口燒瓶中，在329k恆溫水浴60。C下，電動攪拌10min,之後與14.5%的矽丙乳液混合，電動攪拌30min，加入0.7%的十二碳醇酯和0.1%的有機矽消泡劑及0.5%的聚羧酸鈉型的共聚物的鈉鹽分散劑，充分攪拌60min,靜置2h,即得到分散均勻的乳白色矽丙乳液改性基料；(2).塗料的製備稱取75.0%的鱗片狀鋅粉和25.0%的鱗片狀鋁粉，混合均勻後，按重量比1.2:5稱取一定量顏料和有機-無機複合水性基料，將顏料緩慢加入有機-無機複合基料中，攪拌40min後，用蒸餾水調節塗料的黏度在20s左右，用80目的標準篩過濾，即得到複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料，將除油除鏽乾淨的試件噴砂後，進行噴塗自然瀝乾，在試件表面形成均勻平整的塗膜。該塗膜在室溫下20min即可表幹，24h後塗層實幹，形成的塗層厚度在20pm左右，塗層劃格試驗粘結強度達到0級，與基體粘結牢固，耐鹽霧能力達到800h,耐高溫400。C24h塗層完好，耐水40。C240h塗層完好。實施例3水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料的製備方法(1).有機-無機複合改性基料的製備，按重量百分數計稱取66.5%的矽溶膠、5.3%的氫氧化鉀、10%的蒸餾水加入三口燒瓶中，在恆溫60。C下，電動攪拌10min,之後與16.2%的矽丙乳液混合，電動攪拌30min,加入1.0%的十二碳醇酯和0.20%的有機矽消泡劑及0.8%的聚羧酸鈉型的共聚物的鈉鹽分散劑，充分攪拌60min,靜置2h，即得到分散均勻的乳白色矽丙乳液改性基料。(2).塗料的製備稱取80.0%的鱗片狀鋅粉和20.0%的鱗片狀鋁粉，混合均勻後，按重量比1.5:5稱取一定量顏料和有機-無機複合改性基料，將顏料緩慢加入有機-無機複合改性基料中，攪拌25min後，用蒸餾水調節塗料的黏度在20s左右，用80目的標準篩過濾，即得到複合鱗片狀鋅鋁防腐塗料，將除油除^"乾淨的試件噴砂後，進行噴塗自然瀝乾，在試件表面形成均勻平整的塗膜。該塗膜在室溫下20min即可表幹，24h後塗層實幹，形成的塗層厚度在35pm左右，塗層劃格試驗粘結強度達到0級，與基體粘結牢固，耐鹽霧能力達到1000h,耐高溫400。C24h塗層完好，耐水40°C240h塗層完好。實施例4水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料的製備方法(1).有機-無機複合改性基料的製備，按重量百分數稱取70%矽溶膠、6.0%的氫氧化鉀、5.0%的蒸餾水加入三口燒瓶中，在恆溫6(TC下，電動攪拌10min，之後與16.8%的矽丙乳液混合，電動攪拌30min，加入1.0%的十二碳醇酯和0.2%的有機矽消泡劑及1.0%的聚羧酸鈉型的共聚物的鈉鹽分散劑，充分攪拌60min，靜置2h,即得到分散均勻的乳白色矽丙乳液改性基料；(2).塗料的製備稱取85.0%的鱗片狀鋅粉和15.0%的鱗片狀鋁粉，混合均勻後，按重量比1.8:5稱取一定量顏料和基料，將顏料緩慢加入基料中，攪拌17min後，用蒸餾水調節塗料的黏度在20s左右，用80目的標準篩過濾，即得到複合鱗片狀鋅鋁防腐塗料，將除油除鏽乾淨的試件噴砂後，進行噴塗自然瀝乾，在試件表面形成均勻平整的塗膜。該塗膜在室溫下20min即可表幹，24h後塗層實幹，形成的塗層厚度在45nm左右，塗層劃格試驗粘結強度達到0級，與基體粘結牢固，耐鹽霧能力達到1200h，耐高溫400。C24h塗層完好，耐水40。C240h塗層完好。實施例5水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料的製備方法(1).有機-無機複合改性基料的製備，按重量百分數稱取75.4%的矽溶膠、5.6%的氫氧化鉀、3.3%的蒸餾水加入三口燒瓶中，在恆溫60。C下，電動攪拌10min,之後與13.0%的矽丙乳液混合，電動攪拌30min，加入1.3%的十二碳醇酯和0.3%的有機矽消泡劑及1.1%的聚羧酸鈉型的共聚物的鈉鹽分散劑，充分攪拌60min,靜置2h,即得到分散均勻的乳白色矽丙乳液改性基料。(1).塗料的製備稱取90.0%的鱗片狀鋅粉和10.0%的鱗片狀鋁粉，混合均勻後，按重量比2:5稱取一定量顏料和有機-無機複合基料，將顏料緩慢加入有機-無機複合基料中，攪拌10min後，用蒸餾水調節塗料的黏度在20s左右，用80目的標準篩過濾，即得到複合鱗片狀鋅鋁防腐塗料，將除油除鏽乾淨的試件噴砂後，進行噴塗自然瀝乾，在試件表面形成均勻平整的塗膜。該塗膜在室溫下20min即可表幹，24h後塗層實幹，形成的塗層厚度在5(Him左右，塗層劃格試驗粘結強度達到0級，與基體粘結牢固，耐鹽霧能力達到1400h,耐高溫400。C24h塗層完好，耐水40。C240h塗層完好。權利要求1.一種水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料，其特徵在於它是由有機-無機複合改性基料和顏料兩種組分按下列重量比混合配製而成其中a.所述有機-無機複合基料的組分和含量，按重量百分數計矽溶膠61.3-83.4氫氧化鉀3.5-8.2矽丙乳液12.0-25.2水性顏料分散劑0.4-1.3成膜助劑0.5-1.6水性塗料消泡劑0.09-0.3去離子水或蒸餾水其餘b.所述顏料的組分和含量，按重量百分數計鱗片狀鋅粉70-90鱗片狀鋁粉10-30上述有機-無機複合改性基料和顏料兩種組分的重量比為5∶1-2。2.根據權利要求1所述的水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料，其特徵在於所述的矽溶膠為固含量24-25wt%、穩定劑Na20含量0.3wt%、pH9.0-9.5的矽溶膠。3.根據權利要求1所述的水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料，其特徵在於所述的矽丙乳液為玻璃化溫度36°C、最低成膜溫度31°C、固含量48±2%、pH7.0-9.0的矽丙乳液。4.根據權利要求1所述的水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料，其特徵在於所述的顏料分散劑為固含量40%、pH8.0的水性顏料分散劑，成分為聚羧酸鈉型的共聚物的鈉鹽分散劑。5.根據權利要求1所述的水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料，其特徵在於所述的水性塗料消泡劑為固含量100%、比重0.85-0.93的高效水性塗料有機矽消泡劑。6.根據權利要求1所述的水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐劑塗料，其特徵在於所述的成膜助劑為十二碳醇酯。7.根據權利要求1所述的水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料，其特徵在於所述的鱗片狀鋅粉和鋁粉的片厚是0.1-0.3pm、片徑是5-8nm。8.—種水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料的製備方法，其特徵在於製備步驟如下a.有機-無機複合改性基料的製備將矽溶膠61.3-83.4%、氫氧化鉀3.5-8.2%投入容器中，在恆溫水浴50-60。C中電動攪拌，反應5-10min獲得高模數矽酸鉀溶液後，加入矽丙乳液12.0-25.2%、水性塗料消泡劑0.09-0.3%、成膜助劑0.5-1.6%、水性顏料分散劑0.4-1.3%和其餘分數蒸餾水攪拌分散均勻，即得到有機-無機複合改性基料；b.塗料的製備將鱗片狀鋁粉10-30%和鱗片狀鋅粉70%_90%的鋅鋁混合粉末攪拌均勻後，按其與有機-無機複合改性基料重量比在1-2:5範圍內添加到基料中，充分攪拌10-40min,用蒸餾水調節塗料黏度，80目標準篩過濾後即得到水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料；c.塗層的獲得將除油除鏽乾淨的金屬試樣噴砂後，在293K噴塗上述塗料，漆膜室溫;改置20min即可表幹，自固化2-24h後塗膜可實幹，並形成附著力強、耐鹽霧、耐水、耐高溫的水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗層。全文摘要一種水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料及其製備方法，該塗料屬雙組分塗料，由有機-無機複合改性基料和顏料兩種組分混合按一定重量配比配製而成。所述有機-無機複合基料的組分由矽溶膠，氫氧化鉀，矽丙乳液，顏料分散劑，成膜助劑，消泡劑，其餘為去離子水或蒸餾水；所述顏料的組分由鱗片狀鋅粉；鱗片狀鋁粉。有機-無機複合基料和顏料的重量比為5∶1-2。本發明的水性複合鱗片狀鋅鋁重防腐塗料不含鉻，可常溫自固化，具有綠色環保、低能耗、可製備薄且耐蝕高的塗層等有益效果。文檔編號C09D183/04GK101525505SQ200910026179公開日2009年9月9日申請日期2009年4月3日優先權日2009年4月3日發明者張留豔,江靜華,馬愛斌申請人:河海大學;南京河海科技有限公司