CN108373608A - 一种环保水性无铬锌铝导电涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及环保功能型涂料领域，具体为一种环保水性无铬锌铝导电涂料及其制备方法和应用。按重量份数计，该环保水性无铬锌铝导电涂料包括以下组分和含量：铝粉2～10份，金属锌粉10～30份，导电粉0.5～8份，乳化剂0.5～5份，分散剂5～20份，助溶剂5～15份，硅烷偶联剂5～20份，钛酸酯偶联剂2～10份，缓蚀剂0.3～4份，增稠剂0.05～1份，去离子水20～60份，消泡剂0.1～2份。本发明环保水性无铬锌铝导电涂料无六价铬及铅、汞、镉重金属离子化合物，不含苯、二甲苯等挥发性有毒溶剂，且在不影响涂料稳定性和涂层盐雾性能的条件下，涂层具有优异的导电性。

Description

一种环保水性无铬锌铝导电涂料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及环保功能型涂料领域，具体为一种环保水性无铬锌铝导电涂料及其制备方法和应用。
背景技术
达克罗涂料具有耐腐蚀、无氢脆等特点，广泛应用于汽车、家电、船舶等领域。然而由于环保对涂层中Cr6+的禁用，使得达克罗应用越来越受到限制，因此环保型无铬达克罗的研究和应用得到广泛的关注和开发。近年来，无铬达克罗主要有两个发展方向：一是溶剂型无铬达克罗涂料，以国外的德尔肯和美加力为代表，以片状锌铝粉，树脂和助剂等为成膜物质的防腐涂料。溶剂型无铬达克罗虽然少了Cr6+的污染，但仍有可挥发性有机物(VOC)排放，不应该算为真正的环保涂料。二是水性无铬达克罗涂料，以国外的交美特为代表，以片状锌铝粉、硅烷偶联剂、钝化剂和去离子水为主要成分的不含Cr6+的新型防腐涂料，属于环保型的无铬水性产品，无铬化涂层正在逐步取代有铬涂层。
欧洲2000/53/EG中规定，从2003年7月1日起，在欧洲生产和销售的每辆汽车上的防腐涂层中，六价铬的含量不得超过2克，宝马、福特、大众、通用、沃尔沃等汽车公司也都相应制订和执行了无铬涂层的技术标准。随之而来的是电子电器领域，2003年2月13日，欧盟官方公报公布了《废旧电气电子电器(WEEE)》指令(2002/96/EC)和《电气电子设备中限制使用某些有害物质》(RoHS)指令(2002/95/EC)，从2006年7月1日起在电器的金属防腐蚀涂层中禁止使用六价铬。我国政府基本确定了《电子信息产品污染防治管理办法》的内容，其中明确规定，从2006年7月1日起，在我国境内销售的所有电子信息产品都不得含有包括六价铬等在内的有毒有害物质。
目前，环保型无铬锌铝涂料有了突破性进展，研制出来的涂层耐蚀性较好，并申请了专利保护。虽然涂层中存在着大量的锌粉和铝粉，但成膜过程中大部分被成膜物所包覆，导致涂层的导电性能大幅下降，严重影响涂层在一些特需部位的应用，例如紧固件在石油、化工、铁路、交通等行业应用。静电可能会引起***或火灾。
因此，在保证环保水性无铬涂料具有优异的稳定性能和耐盐雾性能同时，有待开发一种具有良好的导电性的环保水性无铬锌铝导电涂料。
发明内容
针对目前特殊领域所存在的问题，本发明提供的目的在于提供一种环保水性无铬锌铝导电涂料及其制备方法和应用，在保证涂料具有优异耐盐雾性能和稳定性能的同时，涂料还具有良好的导电性。
本发明的技术方案是：
一种环保水性无铬锌铝导电涂料，按重量份数计，该环保水性无铬锌铝导电涂料包括以下组分和含量：铝粉2～10份，金属锌粉10～30份，导电粉0.5～8份，乳化剂0.5～5份，分散剂5～20份，助溶剂5～15份，硅烷偶联剂5～20份，钛酸酯偶联剂2～10份，缓蚀剂0.3～4份，增稠剂0.05～1份，去离子水20～60份，消泡剂0.1～2份。
所述的环保水性无铬锌铝导电涂料，铝粉为片状，片径为10～25μm，厚度为0.1～0.3μm。
所述的环保水性无铬锌铝导电涂料，金属锌粉为片状，片径为10～20μm，厚度为0.1～0.3μm。
所述的环保水性无铬锌铝导电涂料，导电粉为金属粉或/和非金属粉，金属粉为铜粉、银粉中的一种或两种以上混合粉，粒径为0.1～2μm；非金属粉为炭黑、纳米碳管、石墨、石墨烯中的一种或两种以上混合粉，粒径为0.01～1μm。
所述的环保水性无铬锌铝导电涂料，乳化剂为OP-10或NP-9，分散剂为乙醇、甲醇、乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、二丙二醇中的一种或两种以上，助溶剂为乙二醇丁醚、乙二醇甲醚，丙二醇***、丙二醇甲醚中的一种或两种以上，缓蚀剂为钼酸钠、植酸、硼酸、水杨酸、水杨醛中的一种或两种以上，增稠剂为羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素中的一种或两种以上，消泡剂为二甲基硅油。
所述的环保水性无铬锌铝导电涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)、配置A步骤，将铝粉、金属锌粉、导电粉、分散于分散剂和助溶剂中，搅拌均匀后加入硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、消泡剂，混合搅拌2～5h；
(2)、配置B步骤，将乳化剂和缓蚀剂分散于去离子水中，分散20～60min；
(3)、将A步骤和B步骤配制的物质混合，加入增稠剂，搅拌8～15h，制得最终环保水性无铬锌铝导电涂料。
所述的环保水性无铬锌铝导电涂料的应用，将制备好的环保水性无铬锌铝导电涂料离心浸涂螺栓紧固件，两涂两烘：低温70～110℃、15～40min和高温250～350℃、30～50min，获得的涂层厚度8～10μm，涂料的稳定性达到6～8个月，涂层盐雾性能达到500h。
本发明的设计思想是：
本发明环保水性无铬锌铝导电涂料铬及铅、汞、镉重金属离子化合物，不含苯、二甲苯等挥发性有毒溶剂，涂料中导电粉体的加入大大提高了涂层的导电性能，同时不会影响涂料的稳定性和涂层的耐盐雾性能。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明提供的涂料绿色环保，无污染环境，无公害，同时具有优异的稳定性能。
2、本发明涂层在具有优异的盐雾性能同时，还具有优异的导电性能。
3、本发明涂料在5～30℃的环境下可储存6～8个月。
4、本发明提供环保水性无铬锌铝导电涂料制备方法，制备工艺简单，使用于大规模的工业化生产。
具体实施方式
在具体实施过程中，按重量份数计，本发明环保水性无铬锌铝导电涂料包括以下组分和含量：铝粉2～10份(优选5～8份)，金属锌粉10～30份(优选15～25份)，导电粉0.5～8份(优选1～4份)，乳化剂0.5～5份，分散剂5～20份，助溶剂5～15份，硅烷偶联剂5～20份(优选5～10份)，钛酸酯偶联剂2～10份(优选3～6份)，缓蚀剂0.3～4份，增稠剂0.05～1份，去离子水20～60份，消泡剂0.1～2份。其中，
铝粉为片状，片径为10～25μm，厚度为0.1～0.3μm。金属锌粉为片状，片径为10～20μm，厚度为0.1～0.3μm。金属粉导电粉粒径为0.1～2μm，非金属粉导电粉粒径为0.01～1μm。乳化剂为OP-10(烷基酚与环氧乙烷的缩合物)或NP-9(壬基酚聚氧乙烯醚)。分散剂为乙醇、甲醇、乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、二丙二醇中的一种或两种以上。助溶剂为乙二醇丁醚、乙二醇甲醚，丙二醇***、丙二醇甲醚中的一种或两种以上。硅烷偶联剂为硅酸四乙酯、KH550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)、KH560(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)、KH570(γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷)、KH578(γ-缩水甘油醚氧基丙基甲基二乙氧基硅烷)、KH566(2-(3，4-环氧环己烷基)乙基三甲氧基硅烷)中的一种或两种以上。钛酸酯偶联剂为异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯、二(亚磷酸二辛酯基)钛酸四异丙酯、钛酸丁酯、钛酸乙酯、钛酸四异丙酯中的一种或两种以上。缓蚀剂为钼酸钠、植酸、硼酸、水杨酸、水杨醛中的一种或两种以上。增稠剂为羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素中的一种或两种以上。消泡剂为二甲基硅油。
本发明环保水性无铬锌铝导电涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)、配置A步骤，将铝粉、金属锌粉、导电粉分散于分散剂和助溶剂中，搅拌均匀后加入硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、消泡剂，混合搅拌2～5h；
(2)、配置B步骤，将乳化剂和缓蚀剂分散于去离子水中，分散20～60min；
(3)、将A步骤和B步骤配制的物质混合，加入增稠剂，搅拌8～15h，制得最终环保水性无铬锌铝导电涂料。
将制备好的环保水性无铬锌铝导电涂料离心浸涂螺栓紧固件，两涂两烘：低温70～110℃、15～40min和高温250～350℃、30～50min，获得的涂层厚度8～10μm，涂料的稳定性达到6～8个月，涂层盐雾性能达到500h，涂层具有优异的导电性能。
下面，通过实施例对本发明进一步详细描述。
实施例1：
本实施例中，环保水性无铬锌铝导电涂料的制备方法如下：
1、将铝粉70g、金属锌粉200g和纳米碳管20g分散于聚乙二醇150g和乙二醇丁醚70g中，搅拌均匀后加入硅烷偶联剂KH560(60g)、钛酸丁酯30g、二甲基硅油5g，混合搅拌3h；
2、将OP-10(10g)和植酸4g分散于400g去离子水中，分散30min；
3、将步骤1和步骤2混合，加入羟乙基纤维素1g，搅拌10h，制得最终锌铝硅涂料。
将制备好的涂料离心浸涂5件螺栓紧固件，喷涂1片碳钢，两涂两烘(低温80℃，20分钟；高温330℃，40min)，涂层厚度8～10μm，涂层电阻率为0.21Ω.cm，涂层经500h中性盐雾试验，涂层无红锈产生。涂料常温下可储存6个月。
实施例2：
本实施例中，环保水性无铬锌铝导电涂料的制备方法如下：
1、将铝粉60g、金属锌粉210g和石墨烯30g分散于乙二醇150g和乙二醇甲醚100g中，搅拌均匀后加入硅烷偶联剂KH550(80g)、钛酸乙酯50g、二甲基硅油4g，混合搅拌4h；
2、将OP-10(16g)和钼酸钠4g分散于325g去离子水中，分散20min；
3、将步骤1和步骤2混合，加入羟乙基纤维素1g，搅拌8h，制得最终锌铝硅涂料。
将制备好的涂料离心浸涂5件螺栓紧固件，喷涂1片碳钢，两涂两烘(低温90℃，20分钟；高温330℃，40min)，涂层厚度8～10μm，涂层电阻率为0.19Ω.cm，涂层经480h中性盐雾试验，涂层无红锈产生。涂料常温下可储存7个月。
实施例3：
本实施例中，环保水性无铬锌铝导电涂料的制备方法如下：
1、将铝粉60g和金属锌粉210g、铜粉5g和纳米碳管10g分散于乙醇160g和乙二醇丁醚111g中，搅拌均匀后加入硅烷偶联剂KH560(70g)、二(亚磷酸二辛酯基)钛酸四异丙酯60g、二甲基硅油4g，混合搅拌4h；
2、将NP-9(20g)和植酸4g分散于300g去离子水中，分散20min；
3、将步骤1和步骤2混合，加入羟乙基纤维素1g，搅拌12h，制得最终锌铝硅涂料。
将制备好的涂料离心浸涂5件螺栓紧固件，喷涂1片碳钢，两涂两烘(低温90℃，20分钟；高温330℃，40min)，涂层厚度8～10μm，涂层电阻率为0.15Ω.cm，涂层经500h中性盐雾试验，涂层无红锈产生，涂料常温下储存8个月。
实施例4：
本实施例中，环保水性无铬锌铝导电涂料的制备方法如下：
1、将铝粉60g、金属锌粉196g和石墨烯30g分散于甲醇160g和丙二醇***125g中，搅拌均匀后加入硅烷偶联剂KH578(70g)、二(亚磷酸二辛酯基)钛酸四异丙酯60g、二甲基硅油4g，混合搅拌4h；
2、将NP-9(20g)和植酸4g分散于300g去离子水中，分散20min；
3、将步骤1和步骤2混合，加入羟乙基纤维素1g，搅拌12h，制得最终锌铝硅涂料。
将制备好的涂料离心浸涂5件螺栓紧固件，喷涂1片碳钢，两涂两烘(低温90℃，20分钟；高温340℃，40min)，涂层厚度8～10μm，涂层电阻率为0.14Ω.cm，涂层经470h中性盐雾试验，涂层无红锈产生。涂料常温下可储存7个月。
实施例5：
本实施例中，环保水性无铬锌铝导电涂料的制备方法如下：
1、将铝粉50g、金属锌粉200g和纳米碳管30g分散于甲醇170g和丙二醇***125g中，搅拌均匀后加入硅烷偶联剂KH566(50g)、钛酸丁酯60g、二甲基硅油4g，混合搅拌4h；
2、将NP-9(10g)和植酸4g分散于326g去离子水中，分散30min；
3、将步骤1和步骤2混合，加入羟乙基纤维素1g，搅拌10h，制得最终锌铝硅涂料。
将制备好的涂料离心浸涂5件螺栓紧固件，喷涂1片碳钢，两涂两烘(低温90℃，20分钟；高温330℃，40min)，涂层厚度8～10μm，涂层电阻率为0.15Ω.cm，涂层经450h中性盐雾试验，涂层无红锈产生。涂料常温下可储存7个月。
实施例结果表明，本发明环保水性无铬锌铝导电涂料无六价铬及铅、汞、镉重金属离子化合物，不含苯、二甲苯等挥发性有毒溶剂，且在不影响涂料稳定性和涂层盐雾性能的条件下，涂层具有优异的导电性。

Claims (7)

1.一种环保水性无铬锌铝导电涂料，其特征在于，按重量份数计，该环保水性无铬锌铝导电涂料包括以下组分和含量：铝粉2～10份，金属锌粉10～30份，导电粉0.5～8份，乳化剂0.5～5份，分散剂5～20份，助溶剂5～15份，硅烷偶联剂5～20份，钛酸酯偶联剂2～10份，缓蚀剂0.3～4份，增稠剂0.05～1份，去离子水20～60份，消泡剂0.1～2份。
2.按照权利要求1所述的环保水性无铬锌铝导电涂料，其特征在于，铝粉为片状，片径为10～25μm，厚度为0.1～0.3μm。
3.按照权利要求1所述的环保水性无铬锌铝导电涂料，其特征在于，金属锌粉为片状，片径为10～20μm，厚度为0.1～0.3μm。
4.按照权利要求1所述的环保水性无铬锌铝导电涂料，其特征在于，导电粉为金属粉或/和非金属粉，金属粉为铜粉、银粉中的一种或两种以上混合粉，粒径为0.1～2μm；非金属粉为炭黑、纳米碳管、石墨、石墨烯中的一种或两种以上混合粉，粒径为0.01～1μm。
5.按照权利要求1所述的环保水性无铬锌铝导电涂料，其特征在于，乳化剂为OP-10或NP-9，分散剂为乙醇、甲醇、乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、二丙二醇中的一种或两种以上，助溶剂为乙二醇丁醚、乙二醇甲醚，丙二醇***、丙二醇甲醚中的一种或两种以上，缓蚀剂为钼酸钠、植酸、硼酸、水杨酸、水杨醛中的一种或两种以上，增稠剂为羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素中的一种或两种以上，消泡剂为二甲基硅油。
6.一种权利要求1所述的环保水性无铬锌铝导电涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、配置A步骤，将铝粉、金属锌粉、导电粉、分散于分散剂和助溶剂中，搅拌均匀后加入硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、消泡剂，混合搅拌2～5h；
(2)、配置B步骤，将乳化剂和缓蚀剂分散于去离子水中，分散20～60min；
(3)、将A步骤和B步骤配制的物质混合，加入增稠剂，搅拌8～15h，制得最终环保水性无铬锌铝导电涂料。
7.一种权利要求1或6所述的环保水性无铬锌铝导电涂料的应用，其特征在于，将制备好的环保水性无铬锌铝导电涂料离心浸涂螺栓紧固件，两涂两烘：低温70～110℃、15～40min和高温250～350℃、30～50min，获得的涂层厚度8～10μm，涂料的稳定性达到6～8个月，涂层盐雾性能达到500h。
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