CN106833370A - 一种锌铝涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于锌铝涂料领域，尤其涉及一种锌铝涂料及其制备方法。本发明提供了一种锌铝涂料，包括硅烷组合物、锌粉、铝粉、第一醇类物质、聚醚改性聚二甲基硅氧烷；所述硅烷组合物由甲基三甲氧基硅烷、第二醇类物质、水和γ‑(2,3‑环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的物料制备得到；同时本发明还公开了所述涂料的制备方法。该发明能有效解决现有技术的锌铝涂料污染环境，成本高及耐腐蚀性差的技术缺陷。

Description

一种锌铝涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于锌铝涂料领域，尤其涉及一种锌铝涂料及其制备方法和应用。

背景技术

传统的电镀锌和热浸锌工艺由于耐蚀性差、能耗大、环境污染严重、有氢脆现象，且使用温度受钝化膜老化温度的限制，只能在100℃以下使用，有很大的局限性。锌铝涂层(又名达克罗涂层)由于具有传统的电镀锌和热浸锌无法比拟的优点，因而在需要金属防腐蚀的领域都有较广泛的应用。

锌铝涂层是将片状锌粉和铝粉和铬酐等成分组成的混合液搅拌均匀后涂覆于工件表面，然后烧结固化，氧化还原反应形成无定形的nCr₂O₃·mCrO₃复合盐。然而，锌铝涂层中含有Cr⁶⁺，Cr⁶⁺毒性强且有致癌作用，会对环境造成严重污染，因此铬的使用受到严格的限制。欧洲2000/53/EG规定，从2003年7月1日起，其生产和销售的每辆汽车中，Cr⁶⁺的含量不得超过2g，汽车上使用的防腐涂层中不允许含有Cr⁶⁺，工业发达国家的汽车行业率先制定了无铬涂层的技术标准。

其中Delta和Geomet是典型的无铬锌铝涂料，但这两种材料价格都较高。Geomet浆液的德国产地价是40欧元/公斤；Geomet交美特浆液的日本产地价为1750日元/公斤，这两种涂料在我国的销售价都在250元人民币/公斤以上。此外，中国专利CN101074337A公开了一种锌铝复合涂镀涂料及其制备方法，其采用片状锌粉、片状铝粉、中性树脂、稀释剂、非离子表面活性剂、抗沉降剂和分散剂制成锌铝复合涂镀涂料，由于稀释剂使用了甲苯及二甲苯有毒有害的有机溶剂，使其涂料会产生环境污染。另外，中国专利201210396741.7公开了一种水基无铬锌铝涂液及其制备方法和使用方法，其中所述的锌铝涂液涂覆后的金属零件置于360℃固化，处理工艺所需固化温度高，这明显对生产现场的加热设施提出了较大的要求，其耗能大。

综上所述，现有技术的涂料大多含有Cr⁶⁺，甲苯及二甲苯有机溶剂等会污染环境的物质，同时无Cr⁶⁺涂料具有固化温度高、成本高、耐腐蚀性差的缺陷，因此，寻找一种对环境污染小，成本低的无铬锌铝涂料是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供的一种锌铝涂料能有效解决现有技术的锌铝涂料污染环境，成本高及耐腐蚀性差的技术缺陷。

本发明提供一种锌铝涂料，包括硅烷组合物、锌粉、铝粉、第一醇类物质、聚醚改性聚二甲基硅氧烷；所述硅烷组合物包括甲基三甲氧基硅烷、第二醇类物质、水和γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。

作为优选，所述γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷与甲基三甲氧基硅烷的质量比为(3:7)～(7:3)。

更为优选，所述γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷与甲基三甲氧基硅烷的质量比为1:1。

作为优选，所述的锌铝涂料中，聚醚改性聚二甲基硅氧烷的质量为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷两者总质量的15％-25％。

更为优选，所述的锌铝涂料中，聚醚改性聚二甲基硅氧烷的质量为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷两者总质量的20％。

作为优选，所述的硅烷组合物与锌粉、铝粉和第一醇类物质总质量的质量比为(2:3)-(3:2)。

作为优选，所述硅烷组合物，按质量百分比计，包括：

作为优选，所述γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷两者总质量为硅烷组合物总质量的15％-25％。

更为优选，所述γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷两者总质量为硅烷组合物总质量的20％。

作为优选，所述硅烷组合物的制备方法，包括如下步骤：

1)将甲基三甲氧基硅烷、第二醇类物质和水反应，得到反应物1；

2)将反应物1与γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷混合，得到硅烷组合物。

作为优选，用酸性物质调节步骤2)的PH低于7.5。

更为优选，用酸性物质调节步骤2)的PH值为3.5～5.5。

作为优选，所述酸性物质在硅烷组合物中的质量百分比为1-2％。

作为优选，所述酸性物质为无氧化性稀酸。

作为优选，所述无氧化性稀酸为乙酸、稀盐酸、稀硫酸和醋酸中的一种或多种。

作为优选，所述硅烷组合物制备过程中步骤2)反应物1与γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷反应前先搅拌1小时。

作为优选，所述硅烷组合物制备得到反应物1与γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷混合温度为20℃-30℃，混合搅拌转速为500r/min，混合时间为2小时。

作为优选，所述水为去离子水。

作为优选，所述第二醇类物质为甲醇或者乙醇。

本发明公开了的锌铝涂料，按质量百分比计，包括：

作为优选，所述锌粉、铝粉都为鳞片状结构。

作为优选，所述第一醇类物质为乙二醇和乙醇。

本发明还公开了所述锌铝涂料的制备方法，包括以下步骤：

1))将硅烷组合物与锌粉、铝粉和第一醇类物质混合，得到混合物1；

2))将混合物1与聚醚改性聚二甲基硅氧烷混合，得到所述锌铝涂料。

作为优选，所述锌铝涂料还包括增稠剂、消泡剂、乳化剂和去污剂中的一种或多种。

作为优选，所述去污剂或/和乳化剂在步骤1))添加。

作为优选，所述去污剂的质量为硅烷组合物、锌粉、铝粉和第一醇类化合物总质量的0-1.5％。

作为优选，所述乳化剂的质量为硅烷组合物、锌粉、铝粉和第一醇类化合物总质量的0-1％。

作为优选，所述去污剂为Tween20。

作为优选，所述乳化剂为水性乳化剂。

更为优选，所述乳化剂为聚氧乙烯辛基苯酚醚-10。

作为优选，所述增稠剂或/和消泡在步骤2))添加。

作为优选，所述的增稠剂质量为硅烷组合物与锌粉、铝粉和第一醇类化合物总质量的0.2％-0.5％；消泡剂质量为硅烷组合物与锌粉、铝粉和醇类化合物总质量的0.5％-0.7％。

作为优选，所述增稠剂为羟乙基纤维素醚、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素中的一种或多种。

作为优选，所述消泡剂为水性分散剂。

本发明还提供了所述锌铝涂料的使用方法，其步骤如下：

1)))用锌铝涂料覆盖于基体表面；

2)))然后将所述基体置于70-100℃加热烘干，将烘干基体置于230℃加热烧结固化25-30min，即完成。

作为优选，所述锌铝涂料的使用方法中还可以顺次重复步骤1)))和2)))一到三次。

作为优选，所述锌铝涂料的使用方法中步骤1)))实施前可以对基体表面进行除锈处理，除锈处理为喷砂除锈，其中喷砂的粒径为20-30目。

作为优选，所述锌铝涂料的使用方法中步骤1)))实施前可以对基体表面进行超声清洗，将基体置于丙酮或者乙醇中进行超声清洗5min。

作为优选，所述锌铝涂料的使用方法中步骤1)))中将锌铝涂料覆盖于基体表面可以是直接刷涂基体，或者将基体浸于涂料中10s后取出。

本发明提供的锌铝提料以及采用所述的制备方法得到的锌铝涂料在金属表面防腐蚀中的应用。

综上所述，本发明提供的锌铝涂料中，聚醚改性聚二甲基硅氧烷的放入，改善被保护基体与涂料的接触状态，确保γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷-甲基三甲氧基硅烷烧结成膜过程中，能够与基体粘结充分，不会产生空隙；相对于无该成分，聚醚改性聚二甲基硅氧烷与γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷-甲基三甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷三者配合使用，能大大的提高涂料的耐腐蚀性能而且使用本发明的锌铝涂料在烧结固化时烧结温度较低，同时，无须使用有毒的有机溶剂，以及Cr⁶⁺物质，极大地减轻环境的污染，而且所述锌铝涂料的制备工艺简洁、成本较低。

具体实施方式

本发明提供了一种锌铝涂料及其制备方法，能有效解决现有技术的锌铝涂料污染环境，烧结温度高，成本高及耐腐蚀性差的技术缺陷。

下面将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。

其中，本发明实施例中所使用的原料均为市售，其中，甲基三甲氧基硅烷购买自南京帝蒙特化学有限公司，型号为DMT-20；γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷购买自济南英出化工科技有限公司，型号为KH-560；聚醚改性聚二甲基硅氧烷购买自东莞市高斯进精细化工有限公司，型号为GSK-550。

实施例1

制备锌铝涂料步骤如下：

1)先放入7g甲基三甲氧基硅烷和20g乙醇，使用搅拌器(500r/min，30℃)搅拌5min，再放入19g去离子水，并滴加乙酸，将PH值调至4.5，使用搅拌器搅拌1小时，最后放入3g的γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(下面简称为KH-560)，使用搅拌器搅拌2小时，得到硅烷组合物；

2)把25g片状锌粉、5g片状铝粉、14g乙二醇、2g乙醇、0.5g聚氧乙烯辛基苯酚醚-10和1gTween20混合均匀得锌铝混合物；

3)将硅烷组合物倒入锌铝混合物中，并放入0.5g羟乙基纤维素醚、1.5g聚醚改性聚二甲基硅氧烷和0.5g消泡剂，使用搅拌器(500r/min，30℃)搅拌2小时，得锌铝涂料。

涂料的使用步骤为：

对待处理工件进行喷砂(粒径20-30目)，并进行超声除尘5min，然后将工件浸于涂料中10s后取出，把工件放入100℃的电阻加热炉10min，最后将其放入240℃的电阻加热炉20min，取出待其自然冷却。

实施例2

制备锌铝涂料步骤如下：

1)先放入6g甲基三甲氧基硅烷和20g甲醇，使用搅拌器(500r/min，30℃)搅拌5min，再放入29g去离子水，并滴加乙酸，将PH值调至4.5，使用搅拌器搅拌1小时，最后放入6g的KH-560，使用搅拌器搅拌2小时，得到硅烷组合物；

2)将25g片状锌粉、5g片状铝粉、14g乙二醇、2g乙醇、0.5g聚氧乙烯辛基苯酚醚-10和1g Tween20混合均匀得锌铝混合物。

3)将硅烷组合物倒入锌铝混合物中，并放入0.5g羟乙基纤维素醚、1.5g聚醚改性聚二甲基硅氧烷和0.5g消泡剂，使用搅拌器(500r/min，30℃)搅拌2小时，得锌铝涂料。

涂料的使用步骤为：

对待处理工件进行喷砂(粒径20-30目)，并进行超声除尘5min，然后将工件浸于涂料中10s后取出，把工件放入100℃的电阻加热炉10min，最后将其放入240℃的电阻加热炉20min，取出待其自然冷却。

实施例1和2的涂料生产成本低，仅需85元/公斤；同时，该锌铝涂料在220℃-250℃下便可实现烧结，可降低生产现场的加热设施要求和生产能耗；在制备过程中不需用到对环境有较大污染的有机溶剂，对环境友好。

实施例3

对锌铝涂料进行氯化钠溶液浸泡实验，氯化钠溶液的浓度为5％，其中聚醚改性聚二甲基硅氧烷放入量为KH-560和甲基三甲氧基硅烷两者总质量的百分比。

表1氯化钠溶液浸泡实验结果

表1结果可知，在氯化钠溶液浸泡实验中，聚醚改性聚二甲基硅氧烷与甲基三甲氧硅烷和KH560配合制备的涂层，浸泡10天左右就开始出现绣点了，且用手触摸，涂层表面的粉末就占在手上了；而聚醚改性聚二甲基硅氧烷使用量为甲基三甲氧硅烷和KH560总质量的15％-25％，具有防锈效果，当聚醚改性聚二甲基硅氧烷使用量为甲基三甲氧硅烷和KH560总质量的20％时，明显提高涂层的耐腐蚀性及涂层粉体的结合情况。

实施例4

对锌铝涂料进行动电位极化实验，本测试使用三电极测试体系，辅助电极为铂电极，参比电极为饱和甘汞，测试电极为涂层，测试溶液为3.5％氯化钠溶液。结果如表2所示。

表2 KH560与MTMS不同比值比较

KH560与MTMS比值
		7:3	1.67
1:1	0.72
		3:7	2.82

表3甲基三甲氧硅烷在硅烷组合物中不同含量比较

涂层的腐蚀电流密度越低，则涂层的耐腐蚀性能越好。由表2可知，KH560与MTMS(甲基三甲氧硅烷)的质量比为(3:7)～(7:3)时，涂层的耐腐蚀性能良好；当KH560与MTMS(甲基三甲氧硅烷)的质量比为1:1时，耐腐蚀性最佳；由表3可知，MTMS(甲基三甲氧硅烷)在硅烷组合物中的质量百分比为20％时，涂层的耐腐蚀性能最佳。

综上所述，本发明提供的锌铝涂料在特殊的成分和配比关系下，能大大的提高涂料的耐腐蚀性能，同时，无须使用有毒的有机溶剂，以及Cr⁶⁺元素，极大地减轻环境的污染，而且制备工艺简洁、成本较低。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种锌铝涂料，其特征在于，包括硅烷组合物、锌粉、铝粉、第一醇类物质、聚醚改性聚二甲基硅氧烷；所述硅烷组合物由甲基三甲氧基硅烷、第二醇类物质、水和γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的物料制备得到。

2.根据权利要求1所述的锌铝涂料，其特征在于，所述γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷与甲基三甲氧基硅烷的质量比为(3:7)～(7:3)。

3.根据权利要求1所述的锌铝涂料，其特征在于，所述聚醚改性聚二甲基硅氧烷的质量为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷两者总质量的15％-25％。

4.根据权利要求1所述的锌铝涂料，其特征在于，按质量百分比计，所述制备硅烷组合物的物料包括：

5.根据权利要求4所述的锌铝涂料，其特征在于，所述硅烷组合物的制备方法包括如下步骤：

1)将甲基三甲氧基硅烷、第二醇类物质和水反应，得到反应物1；

2)将反应物1与γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷混合，得到硅烷组合物。

6.根据权利要求1所述的锌铝涂料，其特征在于，按质量百分比计，所述锌铝涂料包括：

7.根据权利要求1至6任意一项所述的锌铝涂料，其特征在于，所述锌铝涂料还包括增稠剂、消泡剂、乳化剂和去污剂中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的锌铝涂料，其特征在于，所述增稠剂为羟乙基纤维素醚、羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素中的一种或多种。

9.制备权利要求1至6任意一项所述锌铝涂料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1))将硅烷组合物与锌粉、铝粉和第一醇类物质混合，得到混合物1；

2))将混合物1与聚醚改性聚二甲基硅氧烷混合，得到所述锌铝涂料。

10.根据权利要求1至8任意一项所述的锌铝涂料或权利要求9所述的制备方法得到的锌铝涂料在金属表面防腐蚀中的应用。