CN109897537B - 一种具有高耐盐雾性能的水性涂料结构涂层 - Google Patents
一种具有高耐盐雾性能的水性涂料结构涂层 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种具有高耐盐雾性能的水性涂料结构涂层及其制备方法，该水性涂料结构涂层包括：一涂覆在基材上的硅烷膜，一涂覆在硅烷膜上的无铬锌铝涂层，和一涂覆在无铬锌铝涂层上的硅烷膜；本发明的高耐盐雾性能的水性涂料结构涂层具有协同强效果，结构简单、加工能耗低、和高耐盐雾的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂层，更具体地说，涉及一种具有高耐盐雾性能的水性涂料结构涂层。
背景技术
达克罗诞生于二十世纪五十年代末，美国的科学家迈克·马丁研制了以金属锌片为主同时加入铝片、铬酸、去离子水做溶剂的高分散水溶性涂料，涂料沾在金属基体上，经过全闭路循环涂覆烘烤制得，耐盐雾效果较好，但是缺点是能耗仍很高，加工成本较高。近些年又发展出来了环保的无铬锌铝涂层，如日本的久美特，德国的德尔肯等，但都需要多层重复涂覆才能达到理想的效果，导致能耗较高，同时厚度略偏厚。
现有技术中，虽然也有利用硅烷膜已防止基材受盐雾腐蚀的技术，但是缺点是耐腐效果还有待提升。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明的目的是提供一种具有高耐盐雾性能的水性涂料结构涂层。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。
一种具有高耐盐雾性能的水性涂料结构涂层，该水性涂料结构涂层包括：
一涂覆在基材上的硅烷膜，
一涂覆在硅烷膜上的无铬锌铝涂层，和
一涂覆在无铬锌铝涂层上的硅烷膜。
在本发明的一个优选实施方案中，构成所述涂覆在基材上的硅烷膜和所述涂覆在无铬锌铝涂层上的硅烷膜的材料分别选自巯丙基三甲氧基硅烷，双-[3-(三乙氧基硅)-丙基]-四硫化物，双-[3-(三乙氧基硅)-丙基]-二硫化物，3-氨丙基三乙氧基硅烷和N-正丁基-3-氨丙基三甲氧基硅烷等中的一种或多种。
在本发明的一个优选实施方案中，用于形成所述无铬锌铝涂层的涂液包括以下重量份的组分：锌粉20-28份、铝粉3-8份、润湿分散剂20-25份、钝化剂1-3份、缓蚀剂1-5份、水21-31份、成膜剂3-9份和增稠剂0.5-1份。
在本发明的一个优选实施方案中，该润湿分散剂是聚乙二醇，在本发明的一个更优选实施方案中，该成膜剂选自PEG200，PEG400，PEG600中的一种或多种。在本发明的更一个优选实施方案中，该润湿分散剂选自PEG200。
在本发明的一个优选实施方案中，该钝化剂选自钼酸钠和/或磷钼酸钠中的一种或多种。在本发明的更一个优选实施方案中，该钝化剂选自磷钼酸钠。
在本发明的一个优选实施方案中，该缓蚀剂选自膦酸、膦羧酸、琉基苯并噻唑、苯并***、磺化木质素，钼酸钠中的一种或多种。在本发明的更一个优选实施方案中，该缓蚀剂选自钼酸钠。
在本发明的一个优选实施方案中，该成膜剂是硅烷成膜剂。在本发明的一个更优选实施方案中，该成膜剂选自KH550(3-氨丙基三乙氧基硅烷)、KH560(γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷)、KH570(γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷)中的一种或多种。在本发明的进一步的优选实施方案中，该成膜剂选自KH560。
在本发明的一个优选实施方案中，该增稠剂选自羟乙基纤维素，羟甲基纤维素，羟丙基纤维素中的一种或多种。在本发明的更一个优选实施方案中，该成膜剂选自羟乙基纤维素。
在本发明的一个优选实施方案中，构成所述涂覆在基材上的硅烷膜和所述涂覆在无铬锌铝涂层上的硅烷膜的材料分别选自双-[3-(三乙氧基硅)-丙基]-四硫化物和/或巯丙基三甲氧基硅烷。
在本发明的一个优选实施方案中，涂覆在基材上的硅烷膜和所述涂覆在无铬锌铝涂层上的硅烷膜的厚度分别为10-100nm。
在本发明的一个优选实施方案中，无铬锌铝涂层的厚度为3.00μm-5.00μm。
在本发明的一个优选实施方案中，该基材是金属基材。
在本发明的一个优选实施方案中，具有高耐盐雾性能的水性涂料结构涂层，包括：
一涂覆在铁板基材上厚度为80nm的双-[3-(三乙氧基硅)-丙基]-四硫化物膜，
一涂覆在硅烷膜上厚度为5μm的无铬锌铝涂层，用于形成所述无铬锌铝涂层的涂液包括以下重量份的组分：锌粉25份、铝粉5份、润湿分散剂聚乙二醇份、磷钼酸钠2份、钼酸钠3份、水26份、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷7份和羟乙基纤维素0.8份，和
一涂覆在所述无铬锌铝涂层上厚度为60nm的3-氨丙基三乙氧基硅烷膜。
在本发明的一个优选实施方案中，具有高耐盐雾性能的水性涂料结构涂层，包括：
一涂覆在铁板基材上厚度为50nm的巯丙基三甲氧基硅烷膜，
一涂覆在硅烷膜上厚度为3μm的无铬锌铝涂层，用于形成所述无铬锌铝涂层的涂液包括以下重量份的组分：锌粉25份、铝粉5份、润湿分散剂聚乙二醇份、磷钼酸钠2份、钼酸钠3份、水26份、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷7份和羟乙基纤维素0.8份，和
一涂覆在所述无铬锌铝涂层上厚度为50nm的巯丙基三甲氧基硅烷膜。
本发明还提供了具有高耐盐雾性能的水性涂料结构涂层的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将质量浓度为2-4％的硅烷水溶液通过喷涂或浸涂方式涂覆在基材表面上，然后通过烘道100-150℃加热烘干20-40分钟，形成硅烷膜；
(2)把水性无铬锌铝涂液通过喷涂或浸涂方式涂覆在硅烷上，然后通过烘道150-220℃预烘干后，300-450℃烧结20-30分钟，形成无铬锌铝涂层；和
(3)将质量浓度为2-4％的硅烷水溶液涂通过喷涂或浸涂方式涂覆在所述锌铝涂层上，然后通过烘道100-150℃加热烘干20-40分钟，形成硅烷膜。
在本发明的一个优选实施方案中，构成所述涂覆在基材上的硅烷膜和所述涂覆在无铬锌铝涂层上的硅烷膜的材料分别选自巯丙基三甲氧基硅烷，双-[3-(三乙氧基硅)-丙基]-四硫化物，双-[3-(三乙氧基硅)-丙基]-二硫化物，3-氨丙基三乙氧基硅烷和N-正丁基-3-氨丙基三甲氧基硅烷等中的一种或多种。
在本发明的一个优选实施方案中，用于形成所述无铬锌铝涂层的涂液包括以下重量份的组分：锌粉20-28份、铝粉3-8份、润湿分散剂20-25份、钝化剂1-3份、缓蚀剂1-5份、水21-31份、成膜剂3-9份和增稠剂0.5-1份。
在本发明的一个优选实施方案中，该润湿分散剂是聚乙二醇，在本发明的一个更优选实施方案中，该成膜剂选自PEG200，PEG400，PEG600中的一种或多种。在本发明的更一个优选实施方案中，该润湿分散剂选自PEG200。
在本发明的一个优选实施方案中，该钝化剂选自钼酸钠和/或磷钼酸钠中的一种或多种。在本发明的更一个优选实施方案中，该钝化剂选自磷钼酸钠。
在本发明的一个优选实施方案中，该缓蚀剂选自膦酸、膦羧酸、琉基苯并噻唑、苯并***、磺化木质素，钼酸钠中的一种或多种。在本发明的更一个优选实施方案中，该缓蚀剂选自钼酸钠。
在本发明的一个优选实施方案中，该成膜剂是硅烷成膜剂。在本发明的一个更优选实施方案中，该成膜剂选自KH550(3-氨丙基三乙氧基硅烷)、KH560(γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷)、KH570(γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷)中的一种或多种。在本发明的进一步的优选实施方案中，该成膜剂选自KH560。
在本发明的一个优选实施方案中，该增稠剂选自羟乙基纤维素，羟甲基纤维素，羟丙基纤维素中的一种或多种。在本发明的更一个优选实施方案中，该成膜剂选自羟乙基纤维素。
在本发明的一个优选实施方案中，构成所述涂覆在基材上的硅烷膜和所述涂覆在无铬锌铝涂层上的硅烷膜的材料分别选自双-[3-(三乙氧基硅)-丙基]-四硫化物和巯丙基三甲氧基硅烷。
在本发明的一个优选实施方案中，涂覆在基材上的硅烷膜和所述涂覆在无铬锌铝涂层上的硅烷膜的厚度分别为10-100nm。
在本发明的一个优选实施方案中，无铬锌铝涂层的厚度为3.00μm-5.00μm。
在本发明的一个优选实施方案中，该基材是金属基材。
在本发明的一个优选实施方案中，步骤(1)和(3)中的烘道加热烘干温度为120℃时间为30分钟，在本发明的另一个优选实施方案中，步骤(1)中的烘道加热烘干温度为100℃时间为40分钟。在本发明的另一个优选实施方案中，步骤(1)中的烘道加热烘干温度为150℃时间为20分钟。在本发明的另一个优选实施方案中，步骤(1)中的烘道加热烘干温度为140℃时间为28分钟。在本发明的另一个优选实施方案中，步骤(3)中的烘道加热烘干温度为100℃时间为40分钟。在本发明的另一个优选实施方案中，步骤(3)中的烘道加热烘干温度为150℃时间为20分钟。在本发明的另一个优选实施方案中，步骤(3)中的烘道加热烘干温度为140℃时间为28分钟。
在本发明的一个优选实施方案中，步骤(2)中，烘道加热烘干温度为180℃时间为25分钟，烧结温度为360℃时间为30分钟。在本发明的另一个优选实施方案中，步骤(2)中，烘道加热烘干温度为150℃时间为30分钟，烧结温度为450℃时间为20分钟。在本发明的另一个优选实施方案中，步骤(2)中，烘道加热烘干温度为220℃时间为20分钟，烧结温度为300℃时间为40分钟。在本发明的另一个优选实施方案中，步骤(2)中，烘道加热烘干温度为200℃时间为22分钟，烧结温度为400℃时间为27分钟。
本发明的水性涂料结构涂层的通过将无铬锌铝涂层与硅烷膜组合使用达到了高耐中性盐雾性能的同时，厚度较小。
发明人在研究耐烟雾水性涂料过程中出人意料地发现将这三层涂层组合在一起形成的涂层的耐中性盐雾性能明显超过了各个层简单相加的效果。产生这种效果的原因可能是两层硅硅烷膜对无铬锌铝涂层起到了较好封闭作用和阻隔作用。
与现有技术相比，本发明达到了以下有益效果：厚度小且耐中性盐雾效果好，厚度为3-6μm时耐中性盐雾超过1000h。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明水性涂料结构涂层的剖视图；
具体实施方式
本文中，术语“无铬锌铝涂层”又称无铬达克罗涂层。
本文中，术语“多种”在是指两种或两种以上。
在本发明的具有高耐盐雾性能的水性涂料结构涂层中，构成涂覆在基材上的硅烷膜和涂覆在无铬锌铝涂层上的硅烷膜的材料可以相同也可以不同。在本发明的一个优选实施方案中，构成涂覆在基材上的硅烷膜的材料选自巯丙基三甲氧基，双-[3-(三乙氧基硅)-丙基]-四硫化物，双-[3-(三乙氧基硅)-丙基]-二硫化物，3-氨丙基三乙氧基硅烷和N-正丁基-3-氨丙基三甲氧基硅烷等中的一种或多种。在本发明的一个优选实施方案中，构成涂覆在无铬锌铝涂层上的硅烷膜的材料选自巯丙基三甲氧基，双-[3-(三乙氧基硅)-丙基]-四硫化物，双-[3-(三乙氧基硅)-丙基]-二硫化物，3-氨丙基三乙氧基硅烷和N-正丁基-3-氨丙基三甲氧基硅烷等中的一种或多种。在本发明的一个更优选实施方案中，构成涂覆在基材上的硅烷膜的材料选自双-[3-(三乙氧基硅)-丙基]-四硫化物。在本发明的一个更优选实施方案中，构成涂覆在基材上的硅烷膜的材料选自巯丙基三甲氧基硅烷。在本发明的一个更优选实施方案中，构成涂覆在基材上的硅烷膜的材料选自双-[3-(三乙氧基硅)-丙基]-四硫化物，构成涂覆在无铬锌铝涂层上的硅烷膜的材料选自3-氨丙基三乙氧基硅烷。在本发明的一个更优选实施方案中，构成涂覆在无铬锌铝涂层上的硅烷膜的材料选自巯丙基三甲氧基硅烷。在本发明的一个更优选实施方案中，构成涂覆在基材上的硅烷膜的材料选自巯丙基三甲氧基硅烷，构成涂覆在无铬锌铝涂层上的硅烷膜的材料选自巯丙基三甲氧基硅烷。
本发明的具有高耐盐雾性能的水性涂料结构涂层中，涂覆在基材上的硅烷膜和涂覆在无铬锌铝涂层上的硅烷膜的厚度可以相同也可以不同。在本发明的一个优选实施方案中，涂覆在基材上的硅烷膜的厚度为20-80nm。在本发明的一个优选实施方案中，涂覆在无铬锌铝涂层上的硅烷膜的厚度为20-80nm。在本发明的另一个优选实施方案中，涂覆在基材上的硅烷膜的厚度为40-60nm，并且涂覆在无铬锌铝涂层上的硅烷膜的厚度为40-60nm。
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
图中数字和字母所表示的相应部件名称：
1—涂覆在基材上的硅烷膜，2—涂覆在硅烷膜上的无铬锌铝涂层，3—涂覆在无铬锌铝涂层上的硅烷膜，4-基材。
参见图1所示，本发明的具有高耐盐雾性能的水性涂料结构涂层，包括涂覆在基材上的硅烷膜1、涂覆在硅烷膜上的无铬锌铝涂层2、涂覆在无铬锌铝涂层上的硅烷膜3。
实施例1
1.1一种具有高耐盐雾性能的水性涂料结构涂层，该水性涂料结构涂层包括：
涂覆在铁皮基材上的硅烷膜，该硅烷是巯丙基三甲氧基硅烷，其厚度为50nm，
涂覆在上述硅烷膜上无铬锌铝涂层，用于形成所述无铬锌铝涂层的涂液由以下重量份的组分组成：锌粉25份、铝粉5份、润湿分散剂PEG20022份、钝化剂磷钼酸钠2份、缓蚀剂钼酸钠3份、水26份、成膜剂KH560 7份和增稠剂羟乙基纤维素0.8份，其厚度为3μm，和
涂覆在所述无铬锌铝涂层上的硅烷膜，该硅烷是巯丙基三甲氧基硅烷，其厚度为50nm。
1.2上述高耐盐雾性能的水性涂料结构涂层制备方法包括如下步骤：
(1)将质量浓度为3％的巯丙基三甲氧基硅烷水溶液通过喷涂或浸涂方式涂覆在铁皮基材表面上，然后通过烘道120℃加热烘干30分钟，形成硅烷膜；
(2)把水性无铬锌铝涂液通过喷涂或浸涂方式涂覆在硅烷上，然后通过烘道180℃预烘干25分钟后，360℃烧结30分钟，形成无铬锌铝涂层；
(3)将质量浓度为3％的巯丙基三甲氧基硅烷水溶液涂通过喷涂或浸涂方式涂覆在所述锌铝涂层上，然后通过烘道120℃加热烘干30分钟，形成硅烷膜。
对比实施例1-1
按照1.2的步骤(2)将水性无铬锌铝涂液通过喷涂或浸涂方式涂覆在铁皮基材表面上，然后通过烘道180℃预烘干25分钟后，360℃烧结30分钟，形成无铬锌铝涂层，制得铁皮基材表面涂覆一层厚度为3μm无铬锌铝涂层的结构涂层。
对比实施例1-2
将质量浓度为3％的巯丙基三甲氧基硅烷水溶液通过喷涂或浸涂方式涂覆在铁皮基材表面上，然后通过烘道120℃加热烘干30分钟，形成硅烷膜，制得铁皮基材表面涂覆一层厚度为50nm硅烷膜的结构涂层。
实施例2
2.1一种具有高耐盐雾性能的水性涂料结构涂层，该水性涂料结构涂层包括：
涂覆在铁皮基材上的硅烷膜，该硅烷是双-[3-(三乙氧基硅)-丙基]-四硫化物，该硅烷膜的厚度为80nm，
涂覆在上述硅烷膜上无铬锌铝涂层，用于形成所述无铬锌铝涂层的涂液由以下重量份的组分组成：锌粉25份、铝粉5份、润湿分散剂PEG20022份、钝化剂磷钼酸钠2份、缓蚀剂钼酸钠3份、水26份、成膜剂KH560 7份和增稠剂羟乙基纤维素0.8份，该无铬锌铝涂层的厚度为5μm，和
涂覆在所述无铬锌铝涂层上的硅烷膜，该硅烷是3-氨丙基三乙氧基硅烷，该硅烷膜的厚度为60nm。
2.2上述高耐盐雾性能的水性涂料结构涂层制备方法包括如下步骤：
(1)将质量浓度为3％的双-[3-(三乙氧基硅)-丙基]-四硫化物水溶液通过喷涂或浸涂方式涂覆在铁皮基材表面上，然后通过烘道120℃加热烘干30分钟，形成硅烷膜；
(2)将水性无铬锌铝涂液通过喷涂或浸涂方式涂覆在硅烷上，然后通过烘道180℃预烘干25分钟后，360℃烧结25分钟，形成无铬锌铝涂层；
(3)将质量浓度为4％的3-氨丙基三乙氧基硅烷水溶液涂通过喷涂或浸涂方式涂覆在所述锌铝涂层上，然后通过烘道120℃加热烘干30分钟，形成硅烷膜。
对比实施例2-1
按照2.2的步骤(2)将水性无铬锌铝涂液通过喷涂或浸涂方式涂覆在铁皮基材表面上，然后通过烘道180℃预烘干25分钟后，360℃烧结25分钟，形成无铬锌铝涂层，制得铁皮基材表面涂覆一层厚度为5μm的无铬锌铝涂层的结构涂层。
对比实施例2-2
将质量浓度为3％的双-[3-(三乙氧基硅)-丙基]-四硫化物水溶液通过喷涂或浸涂方式涂覆在铁皮基材表面上，然后通过烘道120℃加热烘干30分钟，形成硅烷膜，制得铁皮基材表面涂覆一层厚度为80nm的硅烷膜的结构涂层。
对比实施例2-3
将质量浓度为4％的3-氨丙基三乙氧基硅烷，水溶液通过喷涂或浸涂方式涂覆在铁皮基材表面上，然后通过烘道120℃加热烘干30分钟，形成硅烷膜，制得铁皮基材表面涂覆一层厚度为60nm的硅烷膜的结构涂层。
实施例3
将上述实施例和对比实施例制备的水性涂料结构涂层在以下条件进行耐腐蚀性能测试：按GB/T10125来测试：氯化钠质量浓度：(5士0.5)％，pH值为6.5～7.2，降雾量为1～2mL/(h·cm2)，喷嘴压力为78.5～137.3kPa(0.8～1.4kgf/cm2)。测试得到的耐腐蚀性能见表1。
表1：
| 实施例 | 涂层厚度 | 耐中性盐雾性能 |
| 实施例1 | 3.1μm | 1024h |
| 对比实施例1-1 | 3μm | 200h |
| 对比实施例1-2 | 50nm | 240h |
| 实施例2 | 5.2μm | 1500h |
| 对比实施例2-1 | 5μm | 260h |
| 对比实施例2-2 | 80nm | 260h |
| 对比实施例2-3 | 60nm | 255h |
从表1可以看出，铁皮基材上依次涂覆硅烷膜、无铬锌铝涂层和硅烷膜形成的结构涂层到达的耐中性盐雾的时间远远超过铁皮基材上涂覆单层硅烷膜和铁皮基材上涂覆单层无铬锌铝涂时达到的耐中性盐雾的时间的加和。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.一种具有高耐盐雾性能的水性涂料结构涂层，该水性涂料结构涂层包括：
涂覆在铁皮基材上的硅烷膜，该硅烷是巯丙基三甲氧基硅烷，其厚度为50nm，
涂覆在上述硅烷膜上无铬锌铝涂层，用于形成所述无铬锌铝涂层的涂液由以下重量份的组分组成：
锌粉25份、铝粉5份、润湿分散剂PEG20022份、钝化剂磷钼酸钠2份、缓蚀剂钼酸钠3份、水26份、成膜剂KH560 7份和增稠剂羟乙基纤维素0.8份，其厚度为3μm，和涂覆在所述无铬锌铝涂层上的硅烷膜，该硅烷是巯丙基三甲氧基硅烷，其厚度为50nm，
上述高耐盐雾性能的水性涂料结构涂层制备方法包括如下步骤：
(1)将质量浓度为3％的巯丙基三甲氧基硅烷水溶液通过喷涂或浸涂方式涂覆在铁皮基材表面上，然后通过烘道120℃加热烘干30分钟，形成硅烷膜；
(2)把水性无铬锌铝涂液通过喷涂或浸涂方式涂覆在硅烷上，然后通过烘道180℃预烘干25分钟后，360℃烧结30分钟，形成无铬锌铝涂层；
(3)将质量浓度为3％的巯丙基三甲氧基硅烷水溶液涂通过喷涂或浸涂方式涂覆在所述锌铝涂层上，然后通过烘道120℃加热烘干30分钟，形成硅烷膜。
2.根据权利要求1所述水性涂料结构涂层，其厚度为3.1μm时，耐中性盐雾达1024h。
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Denomination of invention: A waterborne coating structure with high salt spray resistance Effective date of registration: 20230413 Granted publication date: 20210903 Pledgee: The Bank of Shanghai branch Caohejing Limited by Share Ltd. Pledgor: YUNYAN MATERIAL TECHNOLOGY (SHANGHAI) CO.,LTD. Registration number: Y2023310000120 |