CN105524505A - 一种双组份无铬水性金属防腐涂料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及环保涂料领域，具体为一种双组份无铬水性金属防腐涂料及制备方法。该防腐涂料分为A组分、B组分。A组分中成分有锌粉，铝粉，钝化剂、分散剂，表面活性剂。B组分中成分有硅烷偶联剂，硼酸，钝化剂，天然沸石，去离子水。制备方法是先将A组分搅拌混合，制成A组分；先将天然沸石、钝化剂，去离子水混合，再与硅烷偶联剂，硼酸，混合搅拌，制成B组分。使用前将A、B两组分按1:1.3～1.4的重量比例混合搅拌均匀制成成品涂料，可刷涂、喷涂或浸涂方式进行涂装，采用加热烧结固化。本发明的双组份无铬水性金属防腐涂料无六价铬及铅、汞、镉重金属离子化合物，不含苯、二甲苯等挥发性有毒溶剂，不仅大大提高了成品涂料的储存稳定性，还对涂层耐蚀性能有了一定的提高。

Description

一种双组份无铬水性金属防腐涂料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种金属防腐涂料的制备方法，特别是一种双组份无铬水性金属防腐涂料及制备方法。
背景技术
锌铬涂层（亦称达克罗涂层）技术自出现以来发展迅速，应用领域已扩展到医药、电力、石油化工以及军工等行业。然而，由于传统的锌铬涂层含有对人体有害的六价铬，世界各国尤其是发达国家已开始采取越来越严格的措施限制其使用。因此，迫切需要开发新型无铬涂层以满足健康和环保的要求。目前国内外已经有多种无铬锌铝涂层面世，作为锌铬涂层的更新替代技术已经首先被汽车行业认可。
沈阳市航达科技有限责任公司的中国发明专利申请（公开号CN120140713645X）《一种无铬水性金属防腐涂料及制备方法》是用MoO3替代铬酐作为无铬铬锌铬涂层钝化处理的钝化剂技术。该专利采用MoO3作为锌铝金属粉体的钝化剂，通常工艺是在配制涂料过程中，将MoO3粉体加入到涂料中去。沈阳市航达科技有限责任公司又在此技术方案上，改用由含钼酸盐钝化片状锌铝混合粉浆，用碳酸乙烯酯替代200号溶剂油。还在B组分配方中加入沸石，利用沸石的微孔结构缓释钝化剂，以达到实现涂料较长时期稳定保存的目的。
发明内容
本发明针对以上问题，提出一种双组份无铬水性金属防腐涂料及制备方法，获得了一种达到较高抗腐蚀性能和满足欧盟RoHS指令环保要求，且性能稳定，成品涂料可长期稳定保存的金属防腐涂料的制备技术。
本发明提供的一种双组份无铬水性金属防腐涂料，原料分为A、B组分，各组分的重量百分比为：
A组分：
采用片状锌铝混合粉浆26～35，或采用片状锌粉20～25、片状铝粉2～6；
分散剂45～65，
表面活性剂0.2～1.0，
其中片状锌铝混合粉浆有下列重量比例的原料组分：
球状锌粉65～75，
球状铝粉5～15，
钝化剂0.8～2.0，
碳酸乙烯酯10～20；
B组分：
硅烷偶联剂12～14，
硼酸0.3～2.4，
钝化剂0.1～8.5
沸石0～10
去离子水42～55。
A和B组份所选用钝化剂为钼酸钠、或钼酸铵，或任两种的混合物，其重量百分比为1.0～99.0:99.0～1.0；
所选用分散剂为常温液态聚乙二醇，其分子量为200～400。
所选用表面活性剂为下述的一种或任两种的混合物：NP-4，NP-9，OP-10，其两种混合物的重量比例为1.0～99.0:99.0～1.0。
所用钝化片状锌铝混合粉浆，其锌铝粉片径一般不大于20μm，厚度不大于0.3μm；混合粉浆中的固体含量不小于85%。
所选用硅烷偶联剂为下述的一种：硅烷偶联剂KH550、KH560、KH570、硅烷偶联剂A-174和硅烷偶联剂A-151。
所选用的硼酸为工业硼酸，符合《GB/T538-2006工业硼酸》标准一等品要求。
所选用的沸石为天然沸石，其粒径为1～50μm。
双组份无铬水性金属防腐涂料的制备方法，其具体步骤如下：
（1）将球状锌粉325或500目，球状铝粉FLT2或FLT3按所述重量比例与碳酸乙烯酯混合，再加入钼酸盐粉搅拌均匀，将球状锌粉和球状铝粉加工成片状锌粉和片状铝粉，制成钝化片状锌铝混合粉浆，锌铝混合粉的片径为1～20μm，厚度为0.1～0.3μm，；
或用所述重量比例的片状锌粉和片状铝粉，加入分散剂和表面活性剂，在搅拌条件下混合，再用分散机充分搅拌分散均匀，制成片状锌铝混合粉浆，锌铝混合粉的片径均为1～20μm，厚度为0.1～0.3μm，直接制成A组分；
（2）按所述重量比例将片状锌铝混合粉浆和分散剂、表面活性剂在搅拌条件下混合，再用分散机充分搅拌分散均匀，制成A组分；
（3）先将所述重量比例的钝化剂与沸石在去离子水中搅拌混合，再按所述重量比例将硅烷偶联剂、硼酸、在搅拌条件下混合水解，直至搅拌分散成均匀液体，制成B组分；
（4）在使用前将A、B两组分按1:1.3～1.4的重量比例混合搅拌均匀，制成成品涂料；涂装方式可刷涂、喷涂或浸涂方式进行。固化方式采用加热烧结，在70℃～100℃烘干10～30分钟，再在320℃～340℃进行烧结固化，20～40分钟。
为获得双组份无铬水性金属防腐涂料相应的粘度可加入相应的增稠剂改善涂料流动性。其增稠剂为羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、甲基纤维素中的一或两种以上。
本方案所用去离子水，其电导率为0.1-1us/cm。
本发明的积极效果：
1、本发明中采用的钝化片状锌铝混合粉浆制备方法是在钼酸盐钝化剂保护下，将球状锌铝粉加工成片状锌铝粉浆的。在将球状锌铝粉变成片状锌铝粉过程中，随着锌铝粉新的表面产生，比表面积增大的同时，钝化剂就将新产生的表面迅速钝化，从而保证了片状锌铝粉浆中的片状锌粉和铝粉全表面完全钝化。完全钝化的片状锌粉和铝粉不会产生水化反应，保证了金属粉浆加工的安全性。
2、使本发明制备的无铬水性金属防腐涂料采用钝化缓释技术，使配制后的成品涂料的长期稳定性大大提高，成品涂料的稳定期限达到了一年以上。
3、使本发明制备的无铬水性金属防腐涂料采用碳酸乙烯酯替代200号溶剂油，使涂料在固化时降低了有害气味的挥发，工艺过程更加环保。
4、本发明涂料在15μm的涂层厚度下，至少达到1600小时的盐雾试验无锈点。
具体实施方式
实施例1
配制本方案所述无铬水性金属防腐涂料，按如下步骤进行：
首先配制本方案涂料的A组分：
（1）选取500目球状锌粉70公斤，FLT2球状铝粉12公斤，加碳酸乙烯酯15公斤混合后搅拌，同时加入钼酸钠1.0公斤搅拌均匀；采用发明专利《一种超细片状金属粉体的加工方法及设备》（授权公告号：CN101829787B）的加工方法，将球状锌粉和球状铝粉加工成片状锌粉和片状铝粉，其锌铝粉片径控制在不大于20μm，厚度不大于0.3μm，经过粘度调整而制成钝化片状锌铝混合粉浆98公斤备用。
上述的金属粉体的加工方法：：采用密闭式圆柱形球磨罐，先装入刚性研磨球体，再加入待加工的颗粒状金属粉，研磨球体与颗粒状金属粉的体积比例为5：1～6：1；加入研磨介质碳酸乙烯酯和钼酸钠粉，控制球磨罐50～100转/分钟旋转，研磨时间为8至12小时。
（2）在步骤（1）制成的钝化片状锌铝混合粉浆中取出28公斤，加入分散剂常温液态聚乙二醇48公斤，表面活性剂NP-9：0.5公斤，在搅拌条件下混合，再用分散机充分搅拌分散均匀，制成涂料A组分76.5公斤。
（3）再配制本方案涂料的B组分：
选取钼酸钠2公斤与天然沸石2公斤，在电导率为0.1-1us/cm去离子水50公斤中搅拌水解；再选取硅烷偶联剂KH560为14公斤，工业硼酸（GB/T538-2006）2.0公斤，与钼酸钠、天然沸石和去离子水在搅拌条件下缓慢混合，直至充分搅拌分散均匀，成均匀液体，制成涂料B组分70公斤。
（4）在使用前，取步骤（2）制得的50公斤A组分和步骤（3）制得的65公斤B组分，混合搅拌均匀，得到可采用刷涂、喷涂或浸涂方式涂装的成品金属防腐涂料。在根据涂料的粘度加入羟甲基纤维素作为增稠剂调整涂料的粘度至涂四杯30秒。涂料的固化方式采用加热烧结，在70℃～100℃烘干10～30分钟，再在320℃～340℃进行烧结固化，20～40分钟。
实施例2：配制本方案所述无铬水性金属防腐涂料，按如下步骤进行：
首先配制本方案涂料的A组分：
（1）选取500目锌粉65公斤，FLT2铝粉7公斤，加碳酸乙烯酯11公斤混合后搅拌，同时加入钼酸铵0.9公斤搅拌均匀；采用发明专利《一种超细片状金属粉体的加工方法及设备》（授权公告号：CN101829787B）的加工方法，将球状锌粉和球状铝粉加工成片状锌粉和片状铝粉，其锌铝粉片径控制在不大于20μm，厚度不大于0.2μm，经过粘度调整而制成钝化片状锌铝混合粉浆83.9公斤备用。
上述的金属粉体的加工方法：：采用密闭式圆柱形球磨罐，先装入刚性研磨球体，再加入待加工的颗粒状金属粉，研磨球体与颗粒状金属粉的体积比例为5：1～6：1；加入研磨介质碳酸乙烯酯和钼酸铵，控制球磨罐50～100转/分钟旋转，研磨时间为8至12小时。
（2）在步骤（1）制成的钝化片状锌铝混合粉浆中取出30公斤，加入分散剂常温液态聚乙二醇50公斤，表面活性剂NP-4：0.2公斤，在搅拌条件下混合，再用分散机充分搅拌分散均匀，制成涂料A组分80.2公斤。
（3）再配制本方案涂料的B组分：
选取钼酸纳8公斤与天然沸石0.2公斤，在电导率为0.1-1us/cm去离子水45公斤中搅拌水解；再选取硅烷偶联剂KH550为13公斤，工业硼酸（GB/T538-2006）0.8公斤，与钼酸钠、天然沸石和去离子水在搅拌条件下缓慢混合，直至充分搅拌分散均匀，成均匀液体，制成涂料B组分67公斤。
（4）在使用前，取步骤（2）制得的50公斤A组分和步骤（3）制得的65公斤B组分，混合搅拌均匀，得到可采用刷涂、喷涂或浸涂方式涂装的成品金属防腐涂料。在根据涂料的粘度加入羟甲基纤维素作为增稠剂调整涂料的粘度至涂四杯30秒。涂料的固化方式采用加热烧结，在70℃～100℃烘干10～30分钟，再在320℃～340℃进行烧结固化，20～40分钟。
实施例3
配制本方案所述无铬水性金属防腐涂料，按如下步骤进行：
首先配制本方案涂料的A组分：
（1）选取500目锌粉72公斤，FLT2铝粉8公斤，加碳酸乙烯酯14公斤混合后搅拌，同时加入钼酸钠与钼酸铵混合物1.0公斤搅拌均匀，钼酸钠与钼酸铵两者重量比为8:2；采用发明专利《一种超细片状金属粉体的加工方法及设备》（授权公告号：CN101829787B）的加工方法，将球状锌粉和球状铝粉加工成片状锌粉和片状铝粉，其锌铝粉片径控制在不大于20μm，厚度不大于0.2μm，经过粘度调整而制成钝化片状锌铝混合粉浆95公斤备用。
上述的金属粉体的加工方法：：采用密闭式圆柱形球磨罐，先装入刚性研磨球体，再加入待加工的颗粒状金属粉，研磨球体与颗粒状金属粉的体积比例为5：1～6：1；加入研磨介质碳酸乙烯酯和钼酸钠与钼酸铵混合物，控制球磨罐50～100转/分钟旋转，研磨时间为8至12小时。
（2）在步骤（1）制成的钝化片状锌铝混合粉浆中取出32公斤，加入分散剂常温液态聚乙二醇48公斤，表面活性剂OP-10：0.5公斤，在搅拌条件下混合，再用分散机充分搅拌分散均匀，制成涂料A组分80.5公斤。
（3）再配制本方案涂料的B组分：
选取钼酸钠4公斤与天然沸石5公斤，在电导率为0.1-1us/cm去离子水51公斤中搅拌水解；再选取硅烷偶联剂KH570为14公斤，工业硼酸（GB/T538-2006）1.1公斤，与钼酸钠、天然沸石和去离子水在搅拌条件下缓慢混合，直至充分搅拌分散均匀，成均匀液体，制成涂料B组分75.1公斤。
（4）在使用前，取步骤（2）制得的50公斤A组分和步骤（3）制得的70公斤B组分，混合搅拌均匀，得到可采用刷涂、喷涂或浸涂方式涂装的成品金属防腐涂料。在根据涂料的粘度加入羟甲基纤维素作为增稠剂调整涂料的粘度至涂四杯30秒。涂料的固化方式采用加热烧结，在70℃～100℃烘干10～30分钟，再在320℃～340℃进行烧结固化，20～40分钟。
实施例4：配制本方案所述无铬水性金属防腐涂料，按如下步骤进行：
首先配制本方案涂料的A组分：
（1）选取500目锌粉68公斤，FLT2铝粉10公斤，加碳酸乙烯酯18公斤混合后搅拌，同时加入钼酸钠1.1公斤搅拌均匀；采用发明专利《一种超细片状金属粉体的加工方法及设备》（授权公告号：CN101829787B）的加工方法，将球状锌粉和球状铝粉加工成片状锌粉和片状铝粉，其锌铝粉片径控制在不大于20μm，厚度不大于0.3μm，经过粘度调整而制成钝化片状锌铝混合粉浆97.1公斤备用。
上述的金属粉体的加工方法：：采用密闭式圆柱形球磨罐，先装入刚性研磨球体，再加入待加工的颗粒状金属粉，研磨球体与颗粒状金属粉的体积比例为5：1～6：1；加入研磨介质碳酸乙烯酯和钼酸钠粉，控制球磨罐50～100转/分钟旋转，研磨时间为8至12小时。
（2）在步骤（1）制成的钝化片状锌铝混合粉浆中取出34公斤，加入分散剂常温液态聚乙二醇50公斤，表面活性剂NP-9：0.7公斤，在搅拌条件下混合，再用分散机充分搅拌分散均匀，制成涂料A组分84.7公斤。
（3）再配制本方案涂料的B组分：
选取钼酸铵6公斤与天然沸石6公斤，在电导率为0.1-1us/cm去离子水47公斤中搅拌水解；再选取硅烷偶联剂A-174，12公斤，工业硼酸（GB/T538-2006）2.0公斤，与钼酸铵、天然沸石和去离子水在搅拌条件下缓慢混合，直至充分搅拌分散均匀，成均匀液体，制成涂料B组分73公斤。
（4）在使用前，取步骤（2）制得的50公斤A组分和步骤（3）制得的65公斤B组分，混合搅拌均匀，得到可采用刷涂、喷涂或浸涂方式涂装的成品金属防腐涂料。在根据涂料的粘度加入羟甲基纤维素作为增稠剂调整涂料的粘度至涂四杯30秒。涂料的固化方式采用加热烧结，在70℃～100℃烘干10～30分钟，再在320℃～340℃进行烧结固化，20～40分钟。
实施例5：配制本方案所述无铬水性金属防腐涂料，按如下步骤进行：
首先配制本方案涂料的A组分：
（1）选取500目锌粉75公斤，FLT2铝粉14公斤，加碳酸乙烯酯19公斤混合后搅拌均匀，再加入钼酸钠0.2公斤，钼酸铵0.8公斤搅拌均匀；采用发明专利《一种超细片状金属粉体的加工方法及设备》（授权公告号：CN101829787B）的加工方法，将球状锌粉和球状铝粉加工成片状锌粉和片状铝粉，其锌铝粉片径控制在不大于20μm，厚度不大于0.2μm，经过粘度调整而制成钝化片状锌铝混合粉浆109公斤备用。
上述的金属粉体的加工方法：：采用密闭式圆柱形球磨罐，先装入刚性研磨球体，再加入待加工的颗粒状金属粉，研磨球体与颗粒状金属粉的体积比例为5：1～6：1；加入研磨介质碳酸乙烯酯、钼酸钠和钼酸铵，控制球磨罐50～100转/分钟旋转，研磨时间为8至12小时。
（2）在步骤（1）制成的钝化片状锌铝混合粉浆中取出29公斤，加入分散剂常温液态聚乙二醇60公斤，表面活性剂NP-4：0.5公斤，NP-9：0.5公斤在搅拌条件下混合，再用分散机充分搅拌分散均匀，制成涂料A组分90公斤。
（3）再配制本方案涂料的B组分：
选取钼酸铵5公斤，在电导率为0.1-1us/cm去离子水53公斤中搅拌水解；再选取硅烷偶联剂KH560为14公斤，工业硼酸（GB/T538-2006）2.2公斤，与钼酸铵和去离子水在搅拌条件下缓慢混合，直至充分搅拌分散均匀，成均匀液体，制成涂料B组分:74.2公斤。
（4）在使用前，取步骤（2）制得的50公斤A组分和步骤（3）制得的65公斤B组分，混合搅拌均匀，得到可采用刷涂、喷涂或浸涂方式涂装的成品金属防腐涂料。在根据涂料的粘度加入羟甲基纤维素作为增稠剂调整涂料的粘度至涂四杯30秒。涂料的固化方式采用加热烧结，在70℃～100℃烘干10～30分钟，再在320℃～340℃进行烧结固化，20～40分钟。
实施例6：配制本方案所述无铬水性金属防腐涂料，按如下步骤进行：
首先配制本方案涂料的A组分：
（1）选取片径不大于20μm，厚度不大于0.3μm片状锌粉20公斤，片径不大于20μm，厚度不大于0.3μm片状铝粉5公斤，加入分散剂常温液态聚乙二醇45公斤，表面活性剂NP-9：1公斤，在搅拌条件下混合，再用分散机充分搅拌分散均匀，制成涂料A组分71公斤。
（3）再配制本方案涂料的B组分：
选取钼酸铵6公斤与天然沸石6公斤，在电导率为0.1-1us/cm去离子水47公斤中搅拌水解；再选取硅烷偶联剂A-174，12公斤，工业硼酸（GB/T538-2006）2.0公斤，与钼酸铵、天然沸石和去离子水在搅拌条件下缓慢混合，直至充分搅拌分散均匀，成均匀液体，制成涂料B组分73公斤。
（4）在使用前，取步骤（2）制得的50公斤A组分和步骤（3）制得的65公斤B组分，混合搅拌均匀，得到可采用刷涂、喷涂或浸涂方式涂装的成品金属防腐涂料。在根据涂料的粘度加入羟甲基纤维素作为增稠剂调整涂料的粘度至涂四杯30秒。涂料的固化方式采用加热烧结，在70℃～100℃烘干10～30分钟，再在320℃～340℃进行烧结固化，20～40分钟。
实施例7：配制本方案所述无铬水性金属防腐涂料，按如下步骤进行：
首先配制本方案涂料的A组分：
（1）选取片径不大于20μm，厚度不大于0.3μm片状锌粉22公斤，片径不大于20μm，厚度不大于0.3μm片状铝粉5公斤，加入分散剂常温液态聚乙二醇50公斤，表面活性剂NP-10：1公斤，在搅拌条件下混合，再用分散机充分搅拌分散均匀，制成涂料A组分78公斤。
（3）再配制本方案涂料的B组分：
选取钼酸铵6公斤，在电导率为0.1-1us/cm去离子水47公斤中搅拌水解；再选取硅烷偶联剂A-151，13公斤，工业硼酸（GB/T538-2006）2.0公斤，与钼酸铵和去离子水在搅拌条件下缓慢混合，直至充分搅拌分散均匀，成均匀液体，制成涂料B组分68公斤。
（4）在使用前，取步骤（2）制得的50公斤A组分和步骤（3）制得的65公斤B组分，混合搅拌均匀，得到可采用刷涂、喷涂或浸涂方式涂装的成品金属防腐涂料。在根据涂料的粘度加入羟甲基纤维素作为增稠剂调整涂料的粘度至涂四杯30秒。涂料的固化方式采用加热烧结，在70℃～100℃烘干10～30分钟，再在320℃～340℃进行烧结固化，20～40分钟。
在上述的实施例中，为获得相应的粘度可加入相应的增稠剂改善涂料流动性，增稠剂可选用羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、甲基纤维素中的一或两种以上，其添加比例按所需粘度调整。

Claims (8)

1.一种双组份无铬水性金属防腐涂料，其特征在于原料分为A、B组分，各组分的原料重量比例为：
A组分：
采用片状锌铝混合粉浆26～35，或采用片状锌粉20～25、片状铝粉2～6；
分散剂45～65；
表面活性剂0.2～1.0；
上述片状锌铝混合粉浆采用有下列重量比例的原料组分：
球状锌粉65～75，
球状铝粉5～15，
钝化剂0.0～2.0，
碳酸乙烯酯0～20；
B组分：
硅烷偶联剂12～14，
硼酸0.3～2.4，
钝化剂0.1～8.5
沸石0～10
去离子水42～55；
上述A组分和B组份所选用钝化剂为钼酸钠、或钼酸铵，或其中两种的混合物，其混合物两者之间重量比为1～9:9～1；
上述分散剂为常温液态聚乙二醇，其分子量为200～400；
上述表面活性剂为下述的一种或其中两种的混合物：NP-4，NP-9，OP-10，其混合物的两者之间重量比例为1～9:9～1。
2.按照权利要求1所述的双组份无铬水性金属防腐涂料，其特征在于：所用片状锌粉、片状铝粉，其片径均不大于20μm，厚度不大于0.3μm。
3.按照权利要求1所述的双组份无铬水性金属防腐涂料，其特征在于：所选用硅烷偶联剂为下述的一种：硅烷偶联剂KH550、KH560、KH570、硅烷偶联剂A-174和硅烷偶联剂A-151。
4.按照权利要求1所述的双组份无铬水性金属防腐涂料，其特征在于：所选用的硼酸为工业硼酸。
5.按照权利要求1所述的双组份无铬水性金属防腐涂料，其特征在于：所选用的沸石为天然沸石，其粒径为1～50μm。
6.一种如权利要求1所述的双组份无铬水性金属防腐涂料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）将球状锌粉325或500目，球状铝粉FLT2或FLT3按所述重量比例与碳酸乙烯酯混合，同时加入钝化剂搅拌均匀，将球状锌粉和球状铝粉经研磨加工成片状锌粉和片状铝粉，制成钝化片状锌铝混合粉浆，锌铝混合粉的片径为1～20μm，厚度为0.1～0.3μm，混合粉浆中的固体含量不小于85%；按所述重量比例将钝化片状锌铝混合粉浆加入分散剂和表面活性剂，充分搅拌均匀制成A组分；
或用所述重量比例的片状锌粉和片状铝粉，加入分散剂和表面活性剂，制成片状锌铝混合粉浆，直接制成A组分；锌铝混合粉的片径均为1～20μm，厚度为0.1～0.3μm；
（2）先将所述重量比例的钝化剂，或钝化剂和沸石在去离子水中搅拌混合，再按所述重量比例将硅烷偶联剂、硼酸、在搅拌条件下混合水解，直至搅拌分散成均匀液体，制成B组分；
（3）在使用前将A、B两组分按1:1.3～1.4的重量比例混合搅拌均匀，配制成成品涂料；涂装方式可刷涂、喷涂或浸涂方式进行；固化方式采用加热烧结，在70℃～100℃烘干10～30分钟，再在320℃～340℃进行烧结固化，20～40分钟。
7.按照权利要求6所述的双组份无铬水性金属防腐涂料的制备方法，其特征在于，为获得相应的粘度可加入相应的增稠剂改善涂料流动性。
8.按权利要求7所述的增稠剂为羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、甲基纤维素中的一或两种以上。
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