CN113402978A - 一种高硬耐磨金属防腐涂料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高硬耐磨金属防腐涂料的制备方法，首先，制备涂料成膜物树脂和复合浆料，然后，将膜物树脂和复合浆料按照质量比1/5～5的比例加入搅拌机进行搅拌混合，之后加入助剂继续搅拌一段时间后过滤出料得到高硬耐磨金属防腐涂料。该高硬耐磨金属防腐涂料的制备方法采用复合硅氧烷对纳米硅溶胶在酸性环境下进行改性处理，获得有机硅改性的复合溶胶，改性后的复合溶胶制备的涂料成膜物树脂与复合浆料结合，实现有机涂料的无机惨杂，能有效提高涂料的硬度，据检测，采用本专利技术制备的涂料硬度可达5H‑6H。
Description
技术领域
本发明涉及涂料设备领域，特别涉及一种高硬耐磨金属防腐涂料的制备方法。
背景技术
金属腐蚀一般通过两种途径进行：化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是金属表面与周围介质直接发生化学反应而引起的腐蚀。电化学腐蚀是金属材料（合金或不纯的金属）与电解质溶液接触，通过电极反应产生的腐蚀。金属腐蚀问题遍及国民经济各个领域，给国民经济带来了巨大的损失。长期以来，人们一直采用多种技术对金属腐蚀加以保护，防止化学腐蚀的发生。其中，最常用的方法之一是在金属表面涂敷防腐蚀涂层，以隔绝腐蚀介质与金属基体。
金属防腐涂料溶液是由无机聚合物螯合成膜溶液，以硅氧基SiOSi键为基础，嫁接有机烷基侧链作为辅佐，再以羟基为端链螯合的防腐成膜物，该键对硅原子上连接螯合的羟基、烷基有很好的三元协同效应，溶液稳定性强，减轻了对高聚物内部的影响，成膜物更致密，附着力强，耐温高（与Ni基钢材效果相当）。涂料中的填料是经过高度分散活化的钝化金属微粒、纳米石墨鳞片、纳米金属两性氧化物、超细稀土超微粉体等组成。经过活化的这些防腐颜料能够起到抗腐蚀增强极化的作用，使金属耐酸耐碱抗腐蚀性提高。
但是，现有金属防腐涂料普遍存在硬度低、不耐磨的缺陷，摩擦几次涂膜表面就会被破坏，造成产品的美观度下降，使用寿命下降。出现上述原因的主要问题是现有涂料多为有机涂料，硬度较差，因此有必要对现有技术做进一步的改进。
发明内容
为克服上述现有技术中的不足，本发明的目的在于开发一种兼具有机涂料和无机涂料优势、弥补各自缺陷的有机无机杂化三防涂料。
一种高硬耐磨金属防腐涂料的制备方法，其包括如下步骤：
（Ⅰ）涂料成膜物树脂的制备
(1)在搅拌条件下，向反应釜内添加纳米硅溶胶，通过添加催化剂将体系pH值控制在2～6，反应温度30～65℃，向反应釜内滴加与纳米硅溶胶质量比为1/5～3的复合硅氧烷，控制复合硅氧烷滴加时间为6～16h，滴加完毕后继续反应2～6h，获得有机硅改性的复合溶胶；
(2)在搅拌条件下，往步骤（1）内加入环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂的一种或多种，在反应温度45～85℃条件下，回流反应2～6h，涂料成膜物树脂制备完成；
（Ⅱ）复合浆料的制备
室温下，将防腐颜料、着色颜料两种粉体进行复配并添加到料筒内，之后加入复合溶剂，采用高速分散机进行搅拌分散，等分散均匀后加入粉体总质量的0.1～2%表面改性剂，继续分散10～30min，然后采用砂磨机进行研磨得到复合浆料；
（Ⅲ）涂料的制备
室温下，将步骤（Ⅰ）中的成膜物树脂和步骤（Ⅱ）中的复合浆料按照质量比1/5～5的比例加入搅拌机进行搅拌混合，之后加入助剂继续搅拌一段时间后过滤出料得到高硬耐磨金属防腐涂料。
优选的，所述催化剂是指用于调整有机硅改性的复合溶胶最终pH值的酸性催化剂或碱性催化剂；其中，酸性催化剂是：盐酸、硝酸、甲酸或乙酸中的一种或多种；碱性催化剂是：氨水、氢氧化钠、氢氧化钾的一种或多种
优选的，所述复合有机硅烷为四烷氧类有机硅烷、三烷氧类有机硅烷，二烷氧类有机硅烷的混合物，其分子通式RnSi(OR’)4-n，R为不含有氧原子直接与硅原子相连的有机官能团。
优选的，所述四烷氧类有机硅烷是四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷；所述三烷氧类有机硅烷是甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、 KH560或KH570；所述二烷氧类有机硅烷是二甲基二甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基 硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、甲基苯基二甲氧基硅烷或甲基苯基 二乙氧基硅烷。
优选的，所述防腐颜料为锌粉、铝粉、磷铁粉、磷酸锌、硅酸锌、云母氧化铁、三聚磷酸铝中的一种或多种。
优选的，所述填料为碳化硅、氧化铝、硫酸钡、二硫化钼、滑石粉、云母、晶须硅中的一种或多种。
优选的，所述着色颜料为炭黑、二氧化钛、铁红、铁黑、中铬黄、铁蓝的一种或多种。
优选的，所述复合溶剂为乙醇、异丙醇、丙二醇甲醚、二丙酮醇中的两种及以上。
优选的，所述表面改性剂为羟基硅油、单烷氧基钛酸酯、KH550、KH560、KH570中的一种或多种。
优选的，所述纳米硅溶胶的pH值为1.5～11，粒径为1～10nm；纳米硅溶胶中二氧化硅的含量为5～50％，溶剂为乙醇、异丙醇、丙二醇甲醚、二丙酮醇的任意一种或多种。
上述技术方案具有如下有益效果：该高硬耐磨金属防腐涂料的制备方法采用复合硅氧烷对纳米硅溶胶在酸性环境下进行改性处理，获得有机硅改性的复合溶胶，改性后的复合溶胶制备的涂料成膜物树脂与复合浆料结合，实现有机涂料的无机惨杂，能有效提高涂料的硬度，据检测，采用本专利技术制备的涂料硬度可达5H-6H，远高于现有的金属防腐涂料。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。以下示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
一种高硬耐磨金属防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
（Ⅰ）涂料成膜物树脂的制备
（1）在300r/min的搅拌条件下，向反应釜内添加粒径为纳米硅溶胶，通过添加催化剂将体系pH值控制在2～6，优选2.5～4.5反应温度30～65℃，之后滴加质量比1/5～3的复合硅氧烷，控制复合硅氧烷滴加时间为6～16h，优选8～12h滴加完毕后继续反应2～6h，获得有机硅改性的复合溶胶；
（2）在500r/min的搅拌条件下，往步骤（1）内加入环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂的一种或多种，在反应温度45～85℃条件下，回流反应2～6h，涂料成膜物树脂制备完成。
上述纳米硅溶胶的pH值为1.5～11，粒径为1～10nm，优选1-5nm，纳米硅溶胶中二氧化硅的含量为5～50％，优选5～20%，溶剂为乙醇、异丙醇、丙二醇甲醚、二丙酮醇的任意一种或多种；上述催化剂是指用于调整有机硅改性的复合溶胶最终pH值的酸性催化剂或碱性催化剂；其中，酸性催化剂是：盐酸、硝酸、甲酸或乙酸中的一种或多种；碱性催化剂是：氨水、氢氧化钠、氢氧化钾的一种或多种。上述复合有机硅烷是指：四烷氧类有机硅烷、三烷氧类有机硅烷，二烷氧类有机硅烷的混合物；其分子通式RnSi(OR’)4-n，R为不含有氧原子直接与硅原子相连的有机官能团，如：烷基、芳基、γ-缩水甘油醚氧丙基、γ-甲基丙烯酰氧基丙基；R’为C1～ C5的烷基，n＝0、1、2；n＝0为四烷氧类有机硅烷，n＝1为三烷氧类有机硅烷，n＝2为二烷氧类有机硅烷。
作为优选方式，上述四烷氧类有机硅烷是四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷；三烷氧类有机硅烷是甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、 KH560或KH570；二烷氧类有机硅烷是二甲基二甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基 硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、甲基苯基二甲氧基硅烷或甲基苯基 二乙氧基硅烷。
（Ⅱ）复合浆料的制备
室温下，将防腐颜料、着色颜料与填料进行复配并添加到料筒内，之后加入复合溶剂，并采用高速分散机进行搅拌分散，搅拌速度控制1000～1500rpm，等分散均匀后，加入粉体总质量的0.1～2%表面改性剂的一种或多种，继续分散10～30min，之后，将上述复合浆料采用砂磨机进行研磨，控制砂磨机腔体温度3～6℃，研磨1～4h后复合浆料制备完成。
上述防腐颜料为锌粉、铝粉、磷铁粉、磷酸锌、硅酸锌、云母氧化铁、三聚磷酸铝中的一种或多种。填料为碳化硅、氧化铝、硫酸钡、二硫化钼、滑石粉、云母、晶须硅中的一种或多种。着色颜料为炭黑、二氧化钛、铁红、铁黑、中铬黄、铁蓝的一种或多种。复合溶剂为乙醇、异丙醇、丙二醇甲醚、二丙酮醇中的两种及以上。表面改性剂为羟基硅油、单烷氧基钛酸酯、KH550、KH560、KH570中的一种或多种。
（Ⅲ）涂料的制备
室温下，将步骤（Ⅰ）中的成膜物树脂和步骤（Ⅱ）中的复合浆料按照质量比1/5～5的比例采用搅拌机进行搅拌混合1h，之后加入助剂（流平剂、润湿剂、防沉剂）继续搅拌拌1～2h过滤出料，高硬耐磨金属防腐涂料制备完成。
该高硬耐磨金属防腐涂料的制备方法采用复合硅氧烷对纳米硅溶胶在酸性环境下进行改性处理，获得有机硅改性的复合溶胶，改性后的复合溶胶制备的涂料成膜物树脂与复合浆料结合，实现有机涂料的无机惨杂，能有效提高涂料的硬度，据检测，采用本专利技术制备的涂料硬度可达5H-6H，远高于现有的金属防腐涂料。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种高硬耐磨金属防腐涂料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
（Ⅰ）涂料成膜物树脂的制备
在搅拌条件下，向反应釜内添加纳米硅溶胶，通过添加催化剂将体系pH值控制在2～6，反应温度30～65℃，向反应釜内滴加与纳米硅溶胶质量比为1/5～3的复合硅氧烷，控制复合硅氧烷滴加时间为6～16h，滴加完毕后继续反应2～6h，获得有机硅改性的复合溶胶；
在搅拌条件下，往步骤（1）内加入环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂的一种或多种，在反应温度45～85℃条件下，回流反应2～6h，涂料成膜物树脂制备完成；
（Ⅱ）复合浆料的制备
室温下，将防腐颜料、着色颜料两种粉体进行复配并添加到料筒内，之后加入复合溶剂，采用高速分散机进行搅拌分散，等分散均匀后加入粉体总质量的0.1～2%表面改性剂，继续分散10～30min，然后采用砂磨机进行研磨得到复合浆料；
（Ⅲ）涂料的制备
室温下，将步骤（Ⅰ）中的成膜物树脂和步骤（Ⅱ）中的复合浆料按照质量比1/5～5的比例加入搅拌机进行搅拌混合，之后加入助剂继续搅拌一段时间后过滤出料得到高硬耐磨金属防腐涂料。
2.根据权利要求1所述的高硬耐磨金属防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述催化剂是指用于调整有机硅改性的复合溶胶最终pH值的酸性催化剂或碱性催化剂；其中，酸性催化剂是：盐酸、硝酸、甲酸或乙酸中的一种或多种；碱性催化剂是：氨水、氢氧化钠、氢氧化钾的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的高硬耐磨金属防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述复合有机硅烷为四烷氧类有机硅烷、三烷氧类有机硅烷，二烷氧类有机硅烷的混合物，其分子通式RnSi(OR’)4-n，R为不含有氧原子直接与硅原子相连的有机官能团。
4.根据权利要求3所述的高硬耐磨金属防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述四烷氧类有机硅烷是四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷；所述三烷氧类有机硅烷是甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、 KH560或KH570；所述二烷氧类有机硅烷是二甲基二甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基 硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、甲基苯基二甲氧基硅烷或甲基苯基 二乙氧基硅烷。
5.根据权利要求1所述的高硬耐磨金属防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述防腐颜料为锌粉、铝粉、磷铁粉、磷酸锌、硅酸锌、云母氧化铁、三聚磷酸铝中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的高硬耐磨金属防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述填料为碳化硅、氧化铝、硫酸钡、二硫化钼、滑石粉、云母、晶须硅中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的高硬耐磨金属防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述着色颜料为炭黑、二氧化钛、铁红、铁黑、中铬黄、铁蓝的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的高硬耐磨金属防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述复合溶剂为乙醇、异丙醇、丙二醇甲醚、二丙酮醇中的两种及以上。
9.根据权利要求1所述的高硬耐磨金属防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述表面改性剂为羟基硅油、单烷氧基钛酸酯、KH550、KH560、KH570中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的高硬耐磨金属防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述纳米硅溶胶的pH值为1.5～11，粒径为1～10nm；纳米硅溶胶中二氧化硅的含量为5～50％，溶剂为乙醇、异丙醇、丙二醇甲醚、二丙酮醇的任意一种或多种。
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