本发明涉及一种金属防腐涂料，具体地说，涉及一种用于铝合金防腐的水性涂料及其制备方法和应用。
背景技术：
铝合金具有密度小、强度高、易加工成形性好等优点，广泛应用于国民经济和国防建设各个领域，例如建筑、航空航天、汽车、船舶等。然而铝合金在各种环境中使用会发生不同程度的腐蚀，一方面影响铝合金的性能，导致安全隐患，另一方面也造成了大量浪费。因此铝合金板材板材在制造完成后，往往需要对其表面进行防腐处理，防腐处理通常采用在其表面涂覆涂料来实现。用于铝合金防腐的涂料的研究引起了本领域科研人员的关注和重视。
然而现有的用于铝合金防腐的涂料还存在不少的问题，首先，涂料中大量使用有机溶剂，成本较高，同时会对环境、人体健康造成危害，制备过程和使用过程也会产生大量的三废；其次，现有的用于铝合金防腐的涂料耐腐蚀性能仍然不高，限制了其应用，一方面涂料稳定性差，另一方面涂料与铝合金材料结合力不高，容易造成脱落。
鉴于铝合金在各个领域应用的普遍性，本领域亟需开发性能更加优异的防腐涂料。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有的铝合金防腐涂料的上述缺陷，提供一种用于铝合金防腐的水性涂料及其制备方法和应用，该用于铝合金防腐的水性涂料环保经济，并且更加稳定，与铝合金基体结合更加牢固。
为了实现本发明的目的，第一方面，本发明提供一种用于铝合金防腐的水性涂料，其中，该水性涂料主要成分包括聚乙二醇、硅烷偶联剂、纳米二氧化硅、水溶性稀土金属盐、水溶性聚氨酯、聚丙烯酰胺和水。
根据本发明，优选地，在水性涂料中，相对于1重量份的水溶性聚氨酯，聚乙二醇的用量为2～5重量份，硅烷偶联剂的用量为0.2～0.5重量份，纳米二氧化硅的用量为0.5～1重量份、水溶性稀土金属盐的用量为0.3～0.6重量份，聚丙烯酰胺的用量为0.5～1重量份，水的用量为15～40重量份。
根据本发明，在水性涂料中，硅烷偶联剂优选带有巯基的硅烷偶联剂，例如所述硅烷偶联剂为γ-巯基丙基三乙氧基硅烷或γ巯基丙基三甲氧基硅烷。
根据本发明，优选地，在水性涂料中，所述水溶性稀土金属盐为硝酸镧或硝酸钕。硝酸镧或硝酸钕的加入使得形成的涂料稳定性有了非常大的提高，特别地，还大大提高了对于铝合金材料的附着力。
根据本发明，优选地，所述聚乙二醇的平均分子量为1000～1200，纳米二氧化硅的平均粒径为30～50nm。
第二方面，本发明提供一种上述用于铝合金防腐的水性涂料的制备方法，其中，该制备方法包括以下步骤：先将硅烷偶联剂、水溶性稀土金属盐溶于水中搅拌混合均匀，然后将聚乙二醇、纳米二氧化硅、水溶性聚氨酯、聚丙烯酰胺加入上述混合液搅拌混合均匀，得到用于铝合金防腐的水性涂料。
在本发明中，搅拌混合的方式可以采用本领域常规使用的方法，例如机械搅拌，搅拌速度可以为500～800转/min。
在本发明中，本发明的原料均可通过现有技术制备或者商购得到。例如所述水溶性聚氨酯可以由常规的多元异氰酸酯类单体和多羟基醇进行聚合得到，作为市售品，例如天长市兴泰精细化工厂的pu-100、pu-200、pu-300、pu-400、pu-500型水性聚氨酯树脂分散体(固含量30～40％)。
第三方面，本发明还提供一种上述用于铝合金防腐的水性涂料或上述方法制备的用于铝合金防腐的水性涂料在铝合金防腐中的应用，其中，包括使用上述水性涂料在铝合金表面进行涂覆，然后在100～130℃烘干固化。所述烘干可以在热风干燥箱中进行。
根据本发明，对于涂覆的方法并没有特别的限定，例如可以为本领域常规使用的方法，包括喷涂、刷涂或浸渍等。
本发明的发明人发现，涂覆涂料并烘干固化形成的涂层在0.2微米以上即可实现对铝合金的较好的防腐保护，可以满足基本的应用。优选地，涂料在涂覆、烘干固化后在铝合金表面形成的涂层厚度为0.2～1.5微米。涂层的厚度可以通过常规的例如荧光光谱仪进行测定。
本发明的用于铝合金防腐的水性涂料具有以下优点：
1)本发明的用于水性涂料的绿色环保、不污染环境，并且具有非常优异的稳定性。
2)本发明的用于水性涂料与铝合金表面附着力强，能够更加紧密地与铝合金表面贴合，不会脱落，防腐蚀性能更好。
3)涂覆本发明的水性涂料形成的涂层，光滑平整、致密均匀，无缩孔、缩边。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。但这些实施例仅限于说明本发明而不是对本发明的保护范围的进一步限定。
实施例1
先将0.2kg硅烷偶联剂(γ-巯基丙基三乙氧基硅烷或)、0.1kg水溶性稀土金属盐(硝酸钕)加入30kg水中机械搅拌(650转/min)混合均匀，然后将3kg聚乙二醇、0.5kg纳米二氧化硅、1kg水溶性聚氨酯(以固含量计，pu-300型水性聚氨酯树脂分散体，固含量35％)、1kg聚丙烯酰胺加入上述混合液机械搅拌(800转/min)混合均匀，得到用于铝合金防腐的水性涂料a1。
实施例2
先将0.4kg硅烷偶联剂(γ-巯基丙基三乙氧基硅烷)、0.05kg水溶性稀土金属盐(硝酸镧)加入40kg水中机械搅拌(600转/min)混合均匀，然后将5kg聚乙二醇、0.8kg纳米二氧化硅、1kg水溶性聚氨酯(以固含量计，pu-300型水性聚氨酯树脂分散体，固含量35％)、0.5kg聚丙烯酰胺加入上述混合液机械搅拌(1000转/min)混合均匀，得到用于铝合金防腐的水性涂料a2。
实施例3
先将0.5kg硅烷偶联剂(γ巯基丙基三甲氧基硅烷)、0.15kg水溶性稀土金属盐(硝酸钕)加入15kg水中机械搅拌(650转/min)混合均匀，然后将2kg聚乙二醇、0.8kg纳米二氧化硅、1kg水溶性聚氨酯(以固含量计，pu-300型水性聚氨酯树脂分散体，固含量35％)、0.7kg聚丙烯酰胺加入上述混合液机械搅拌(800转/min)混合均匀，得到用于铝合金防腐的水性涂料a3。
实施例4
先将0.2kg硅烷偶联剂(γ-巯基丙基三乙氧基硅烷)、0.03kg水溶性稀土金属盐(硝酸钕)加入30kg水中机械搅拌(650转/min)混合均匀，然后将3kg聚乙二醇、0.5kg纳米二氧化硅、1kg水溶性聚氨酯(以固含量计，pu-300型水性聚氨酯树脂分散体，固含量35％)、1kg聚丙烯酰胺加入上述混合液机械搅拌(800转/min)混合均匀，得到用于铝合金防腐的水性涂料a4。
实施例5
先将0.2kg硅烷偶联剂(γ-巯基丙基三乙氧基硅烷)、0.02kg水溶性稀土金属盐(硝酸镧)加入30kg水中机械搅拌(650转/min)混合均匀，然后将3kg聚乙二醇、0.5kg纳米二氧化硅、1kg水溶性聚氨酯(以固含量计，pu-300型水性聚氨酯树脂分散体，固含量35％)、1kg聚丙烯酰胺加入上述混合液机械搅拌(800转/min)混合均匀，得到用于铝合金防腐的水性涂料a5。
实施例6
先将0.2kg硅烷偶联剂(γ-巯基丙基三乙氧基硅烷)、0.1kg水溶性稀土金属盐(硝酸铈)加入30kg水中机械搅拌(650转/min)混合均匀，然后将3kg聚乙二醇、0.5kg纳米二氧化硅、1kg水溶性聚氨酯(以固含量计，pu-300型水性聚氨酯树脂分散体，固含量35％)、1kg聚丙烯酰胺加入上述混合液机械搅拌(800转/min)混合均匀，得到用于铝合金防腐的水性涂料a6。
实施例7
先将0.2kg硅烷偶联剂(环己基三甲氧基硅烷)、0.1kg水溶性稀土金属盐(硝酸钕)加入30kg水中机械搅拌(650转/min)混合均匀，然后将3kg聚乙二醇、0.5kg纳米二氧化硅、1kg水溶性聚氨酯(以固含量计，pu-300型水性聚氨酯树脂分散体，固含量35％)、1kg聚丙烯酰胺加入上述混合液机械搅拌(800转/min)混合均匀，得到用于铝合金防腐的水性涂料a7。
对比例1
先将0.2kg硅烷偶联剂(γ-巯基丙基三乙氧基硅烷)加入30kg水中机械搅拌(650转/min)混合均匀，然后将3kg聚乙二醇、0.5kg纳米二氧化硅、1kg水溶性聚氨酯(以固含量计，pu-300型水性聚氨酯树脂分散体，固含量35％)、1kg聚丙烯酰胺加入上述混合液机械搅拌(800转/min)混合均匀，得到用于铝合金防腐的水性涂料d1。
对比例2
先将0.2kg硅烷偶联剂(γ-巯基丙基三乙氧基硅烷或)、0.1kg水溶性稀土金属盐(硝酸钕)加入30kg水中机械搅拌(650转/min)混合均匀，然后将0.5kg纳米二氧化硅、1kg水溶性聚氨酯(以固含量计，pu-300型水性聚氨酯树脂分散体，固含量35％)、1kg聚丙烯酰胺加入上述混合液机械搅拌(800转/min)混合均匀，得到用于铝合金防腐的水性涂料d2。
测试例1
将实施例1-7和对比例1-2中的得到的涂料分别刷涂在铝合金试块l1-l9上，100℃烘干固化，测得形成涂层厚度均为0.8微米，将涂覆后的l1-l9铝合金试块进行测试，试块采用200mm*30mm*3mm尺寸的6061铝合金(购于河南明泰铝业股份有限公司)。具体测试方法和结果如表1所示：
表1
其中，耐酸性是在5％h2so4，25℃条件下进行的；耐碱性是在3％naoh，25℃条件下进行的。从上表可以看出，本发明的水性涂料能够以强附着力与铝合金进行结合，形成的涂层光滑平整，耐腐蚀能力有了极大的提高。
测试例2
将实施例1-7和对比例1-2中方法制备的涂料在制备后当天(0天)、制备密封保存第50天、制备密封保存第100天和制备密封保存第150天进行200h盐雾试验，然后进行锈蚀面积的测量。具体结果如表2所示。
表2
从上表可以看出，本发明提供的水性涂料具有很好的稳定性，保存5个月以上使用仍然具有良好的性能，对铝合金产生良好的保护作用。