一种用于铝制品的水性防腐涂料及其制备方法与流程

1.本发明涉及防腐涂料领域，特别是涉及一种用于铝制品的水性防腐涂料及其制备方法。


背景技术：

2.金属铝是非常活泼的金属，铝和铝合金在自然状态下会在表面形成一层致密的氧化膜，氧化膜在组要成分为的三氧化二铝，但是该层氧化膜在酸和碱的环境下稳定性极差。铝或铝合金制备的工件(下文称为铝制品)的表面由于存在该氧化膜，因此普通的水性防腐涂料在铝制品表面上形成的功能性涂层与铝制品之间的附着力极差。为了解决该技术问题，现有的技术方案是:在水性防腐涂料中添加水性附着力促进剂，来提高功能性涂层与铝制品之间的附着力。但现有的技术方案存在的技术问题为：功能性涂层随着使用时间的累积，附着力促进剂会逐渐向涂层外迁移，从而逐渐失去效力，最终仍然会导致涂层在铝制品表面脱落。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种用于铝制品的水性防腐涂料，该涂料在保证防腐性能的基础上与铝制品表面的附着力优异。
4.一方面，本发明提供一种用于铝制品的水性防腐涂料，该水性防腐涂料具有十分理想的性能如对被涂覆铝制品、钢铁制品的防腐性，除防腐性能外，水性防腐涂料所固化形成的涂层对底材(底材为铝制品、钢铁制品等金属制品)有良好的涂膜粘接性。该水性防腐涂料不仅具有水可稀释性，而且不含有重金属，因而容易制造、贮存、运输和使用，该水性防腐涂料具有稀释的贮存稳定性。使用该水性防腐涂料的涂覆设备易于清洗，清洗液也容易并经济地处理。水性防腐涂料涂覆并热固化在底材上，给底材提供防腐性。
5.水性防腐涂料包括:
6.(a)底料；
7.(b)预乳化分散液；
8.(c)引发剂；
9.(d)中和剂；
10.(e)防霉剂。
11.其中，底料包括如下重量份的组分：1
‑
3份的主乳化剂、4
‑
6份的磷酸脂乳化剂、0.4
‑
0.6份的ph值稳定剂、290
‑
300份的氨水(含氨0.5％的水溶液)。
12.其中，预乳化分散液包括如下重量份的组分：1
‑
1.5份的乳化剂、220
‑
240份的苯乙烯、150
‑
170份的丙烯酸丁脂、5
‑
15份的丙烯酸、20
‑
30份的含有乙烯基的mq树脂、10
‑
20份的磷酸单羟乙基丙烯酸酯、160
‑
170份的去离子水。
13.mq树脂指高度交联的空间网状结构的聚有机硅氧烷，含有乙烯基的mq树脂中具有
‑
si
‑
o
‑
si
‑
结构和乙烯基官能团，显示出优良的耐候性、耐热性、抗玷污性和化学稳定等
性能，联合苯乙烯、丙烯酸及其衍生物使用能显著提升水性防腐涂料的粘附性和耐腐蚀性。
14.本发明提供的水性防腐涂料除了包括上述组分以外，还可以包含常规用于制备涂料的添加剂和颜料，使用的添加剂诸如稳定剂、抗氧化剂、流平剂、防沉降剂、光稳定剂、分散剂和滑爽剂等。
15.本发明提供的水性防腐涂料可以用于铝或铝基合金、铁基合金、不锈钢或镍基金属表面，以及镀锌、镀铝的钢板以及不锈钢表面。金属表面在涂覆前应当进行脱脂除油处理，可以使用任何已知的方法进行脱脂，例如在酸性、碱性或有机溶剂中进行脱脂，另外为了进一步提高粘附力，可以对金属表面进行粗糙化处理，例如喷砂或打磨，然而这些步骤并非必须的。该水性防腐涂料可以通过常规的涂覆方法涂覆到金属表面，例如可以使用刷涂、喷涂等方法，涂覆后对涂层进行烘烤或自然干燥。
16.该水性防腐涂料的固含量约为45％。
17.另一方面，本发明还提供一种制备上述水性防腐涂料的方法，包括如下步骤：
18.s1，将底料加入三口烧瓶，并在搅拌的状态下升温至85
‑
90℃，保持恒温；
19.s2，将预乳化分散液的组分放入预乳化容器中，经搅拌分散形成稳定的预乳化分散液；
20.s3，将部分预乳化分散液(该部分的预乳化分散液的质量占预乳化分散液的总质量的比例不大于5％)加入至含底料的三口瓶中并进行搅拌，然后再加入部分引发剂(该部分的引发剂的质量占引发剂的的总质量的比例不大于35％)，85
‑
90℃下恒温反应不少于20min，直到没有明显回流，得到溶液a；
21.s4，向溶液a中滴加剩余的预乳化分散液和滴加剩余的引发剂，然后在85
‑
90℃下恒温反应不少于90min得到溶液b，然后开始降温；
22.s6，溶液b降温至不大于40℃时加入中和剂调节ph值至7.0
‑
7.5得到溶液c；
23.s7，溶液c中加入防霉剂，搅拌不少于5min后再经200目滤布过滤出料得到水性防腐涂料。
24.其中步骤s4中，预乳化分散液和滴加引发剂可以分次滴加入三口瓶中，也可以同时滴加入三口瓶中，预乳化分散液的滴加时长不少于240min，滴加引发剂的滴加时长不少于255min。
25.另一方面，本发明涉及一种被涂覆的铝制品，铝制品是用一种防腐涂层保护的，这种涂层是上述水性防腐涂料沉积并固化的膜。
26.本发明提供的水性防腐涂料中的苯乙烯与构成涂膜的成分即丙烯酸及其衍生物的羧酸官能团形成交联，认为通过形成交联会增大附着力。发明人发现，若底材为铝或铝合金、钛或钛合金以外的金属材料制成时，则丙烯酸及其衍生物的具体组分可以为：丙烯酸和任意具有亲水性的丙烯酸衍生物进行任意配比的复配，此时水性防腐涂料和底材之间的附着力可以达到0级(本发明中对于涂层的附着力的分级是根据gb/t 9286
‑
1988所记载的漆膜划格法附着力测试，附着力共分为6个等级，从0级至5级涂层附着力依次递减，5级最差)；但当底材为铝或铝合金制成时，由于铝制品表面有一层致密的氧化膜层，此时丙烯酸及其衍生物的具体组分配比对于水性防腐涂料形成的涂层在铝制品表面的附着力具有重大影响，发明人发现丙烯酸及其衍生物的具体组分配比对于附着力的影响可能是正面的也可能是负面的，因此为了使得水性防腐涂料形成的涂层在铝制品表面的附着力达到0级，发明人
对丙烯酸及其衍生物的不同组合进行交叉对比实验，发明人意外发现，丙烯酸丁脂、丙烯酸、磷酸单羟乙基丙烯酸酯所组成的丙烯酸及其衍生物，与苯乙烯能产生协同作用，使得水性防腐涂料形成的涂层在铝制品表面的附着力较好，而且丙烯酸及其衍生物中丙烯酸丁脂的质量分数占比超过80％时，水性防腐涂料形成的涂层在铝制品表面的附着力达到0级。
27.发明人发现，当水性防腐涂料的中的苯乙烯、丙烯酸丁脂、丙烯酸、磷酸单羟乙基丙烯酸酯为成膜的主要成分时，水性防腐涂料的形成的涂层在铝制品表面的附着力较好但耐候性减弱，因此需要在保持涂层附着力的情况下提升涂层的耐候性，发明人意外发现，在预乳化分散液中添加mq树脂时，mq树脂、苯乙烯、丙烯酸丁脂、丙烯酸、磷酸单羟乙基丙烯酸酯能产生协同作用，水性防腐涂料形成的涂层和铝制品之间表现出优异的附着力并且涂层有优异的耐候性和耐腐蚀性，其中mq树脂是指水可稀释有机官能的硅烷，有机官能团优选的是增强涂膜性能和组合物稳定性的乙烯基。
28.底料的组分配比是基于预乳化分散液的组分，考虑到水性防腐涂料的贮存稳定性，通过控制底料的组分，从而使得制备的水性防腐涂料的体系保持稳定。发明人发现，底料中通过添加磷酸脂乳化剂，磷酸脂乳化剂和主乳化剂可以产生协同作用，使得预乳化分散液均匀的分散在水性溶剂中，并且通过加入氨水使得水性防腐涂料在制备过程中保持稳定。优选的，主乳化剂为十二烷基苯磺酸钠，磷酸脂乳化剂为索尔维(sipomer)pam
‑
100，ph值稳定剂为碳酸钠。
29.水性防腐涂料中的中和剂用于调整水性防腐涂料的ph值，从而提高水性防腐涂料在储存过程中整个体系的稳定性，水性防腐涂料的ph值范围通常为约6
‑
7，但可高于7，中和剂优选的为氨水(含氨20％的水溶液)混合去离子水后的稀释溶液。
30.水性防腐涂料中的引发剂用于引发预乳化分散液中自由基聚合和共聚合反应，也用于预乳化分散液中不饱和聚酯的交联固化和高分子交联反应。水性防腐涂料中的引发剂的组分配比是基于预乳化分散液的组分，因此优选的，引发剂为含有过硫酸钾的溶液。
31.相比于现有技术方案，本发明的技术方案至少存在以下有益效果：
32.本发明提供的水性防腐涂料所形成的涂层具有优异的耐候性和耐腐蚀性，当该水性防腐涂料涂覆于铝制品表面时，所形成的涂层与铝制品表面的附着力在较长的时间内能保持优异。
具体实施方式
33.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
34.实施例1
‑
3所提供的水性防腐涂料的具体组分配比如表1所示，对比实施例1
‑
4所提供的水性防腐涂料的具体组分配比如表2所示。
35.表1
[0036][0037]
表2
[0038][0039]
其中实施例1
‑
3以及对比实施例1
‑
4所提供的水性防腐涂料的制备方法均包括以下步骤：
[0040]
s1，将底料加入三口烧瓶，并在搅拌的状态下升温至85
‑
90℃，保持恒温；
[0041]
s2，将预乳化分散液的组分放入预乳化容器中，经搅拌分散形成稳定的预乳化分散液；
[0042]
s3，将部分预乳化分散液(该部分的预乳化分散液的质量占预乳化分散液的总质量的比例为5％)的加入至含底料的三口瓶中并进行搅拌，然后再加入部分引发剂(该部分的引发剂的质量占引发剂的的总质量的比例为35％)，85
‑
90℃下恒温反应不少于20min，直到没有明显回流，得到溶液a；
[0043]
s4，向溶液a中滴加剩余的预乳化分散液和滴加剩余的引发剂，然后在85
‑
90℃下恒温反应90min得到溶液b，然后开始降温；
[0044]
s6，溶液b降温至40℃时加入中和剂调节ph值至7.0
‑
7.5得到溶液c；
[0045]
s7，溶液c中加入防霉剂，搅拌5min后再经200目滤布过滤出料得到水性防腐涂料。
[0046]
性能测试
[0047]
对实施例1
‑
3以及对比实施例1
‑
4所提供的水性防腐涂料进行性能测试前要依次进行制备涂漆溶液和制备测试样板。
[0048]
其中，制备涂漆溶液包括以下步骤：
[0049]
s1，将水性防腐涂料加入反应容器中，在保持低速搅拌的状态下加入消泡剂byk 024；
[0050]
s2，调整搅拌速度为1500r/min后保持搅拌不少于15min，取样刮玻璃板，测试没有鱼眼；
[0051]
s3，反应容器中加入消泡剂byk 028后调整搅拌速度为1000r/min并搅拌不少于15min，取样刮玻璃板，测试没有鱼眼；
[0052]
s4，将德国明凌的聚氨酯增稠剂pur 62溶解在由二丙二醇丁醚和二丙二醇甲醚复配的溶剂中，然后加入去离子水搅拌成均匀的浆状物，将该浆状物缓慢加入反应容器中，然后调整搅拌速度为600r/min后保持搅拌不少于10min；
[0053]
s5，反应容器中加入亚硝酸钠水溶液后搅拌不少于5min；
[0054]
s6，反应容器中加入迪高公司的底材润湿剂tego 245后搅拌不少于5min；
[0055]
s7，反应容器中加入byk公司的流平剂byk 333后搅拌不少于5min；
[0056]
s8，将反应容器中的溶液经200目滤布过滤出料，得到涂漆溶液。
[0057]
采用上述方法将实施例1
‑
3以及对比实施例1
‑
4所提供的水性防腐涂料分别制备成对应的涂漆溶液。
[0058]
其中，制备测试样板的底材是采用10
×
10cm2的纯铝板，纯铝板在涂覆之前先用碱性溶液进行除油处理，再用水漂洗然后又浸入到清洗液中。纯铝板从清洗液中取出后用去离子水漂洗后再进行干燥。清洗干净的纯铝板可以被浸入到涂漆溶液中进行涂覆，然后移开并沥干表面多余的涂漆溶液，有时可轻轻震动，然后立即进行烘烤或在室温下空气干燥或在适当的温度下预固化到涂层达到触干再进行烘烤，涂漆溶液在纯铝板表面固化形成涂层。但为了控制每个底材上的涂层的厚度误差小于3％，因此更优选的使用现有的喷漆枪在纯铝板表面喷涂涂漆溶液，保持湿膜厚度为80μm左右，再在恒温恒湿机内自然干燥7天，温度保持23～25℃，相对湿度维持在48～52％，涂漆溶液在纯铝板表面固化形成涂层。
[0059]
采用上述方法，实施例1
‑
3以及对比实施例1
‑
4对应的涂漆溶液分别在纯铝板上涂覆从而制备成测试样板。
[0060]
根据如下标准中记载的测试方法对测试样板进行测试：
[0061]
1.根据gb/t 6739
‑
1996中记载的“涂膜硬度铅笔测定法”测试测试样板的涂层的硬度；
[0062]
2.根据gb/t 9286
‑
1988中记载的“漆膜附着力测定法(划格法)”测试测试样板的涂层的附着力；
[0063]
3.根据gb/t 5209
‑
1985中记载的“漆膜耐水性测定法(浸水法)”测试测试样板的
涂层的耐水性；
[0064]
4.根据gb/t 10834
‑
2008中记载的“船舶漆耐盐水性的测定”测试测试样板的涂层的耐盐水(氯化钠溶液，氯化钠的质量分数为5％)性；
[0065]
5.根据gb/t 9265
‑
1988中记载的“建筑涂料涂层耐碱性的测定”测试测试样板的涂层分别在醋酸溶液(乙酸的质量分数为5％)、碳酸氢钠溶液(碳酸氢钠的质量分数为5％)中的耐腐蚀性；
[0066]
5.根据gb/t 1765
‑
1979(1989)中记载的“测定耐湿热、耐盐雾、耐候性(人工加速)的漆膜”测试测试样板的涂层耐酒精溶液(乙醇的质量分数为95％)擦拭性能；
[0067]
6.根据gb/t 1765
‑
1979(1989)中记载的“测定耐湿热、耐盐雾、耐候性(人工加速)的漆膜”测试测试样板的涂层在盐雾中的耐蚀性，试测试样板的涂层是按照标准盐雾试验astm b
‑
117的方法进行测试的，将测试样板放置在一容器中保持恒温，使之暴露于5％重量盐溶液的稀薄盐雾中，记录出现底材腐蚀痕迹的时间；
[0068]
7.根据gb/t 23987
‑
2009中记载的“色漆和清漆人工气候老化和人工辐射暴露”和gb/t 1766
‑
2008中记载的“色漆和清漆涂层老化的评级方法”对测试样板的涂层进行人工加速老化测试。
[0069]
上述测试的结果如表3所示。
[0070]
表3
[0071][0072]
根据表3中测试结果，可以判断得到：
[0073]
1、水性防腐涂料的中的苯乙烯、丙烯酸丁脂、丙烯酸、磷酸单羟乙基丙烯酸酯具有协同作用，能在保证涂层耐腐性的情况下提高与铝制品的附着力；
[0074]
2、水性防腐涂料中添加含有乙烯基的mq树脂，含有乙烯基的mq树脂联合苯乙烯、丙烯酸丁脂、丙烯酸、磷酸单羟乙基丙烯酸酯能显著提升涂层的粘附性、耐腐蚀性和耐候性；
[0075]
3、水性防腐涂料中添加含磷酸脂的乳化剂，能显著提升涂层的耐候性。
[0076]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0077]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。