本发明涉及材料表面的涂料领域，尤指一种用于材料表面的涂料的有机无机混成黏结剂与包括该有机无机混成黏结剂的涂料，以及将该涂料形成于材料表面的方法。
背景技术：
目前因环保的需求、汽车的轻量化越来越受到重视，主要可以通过轻量化汽车达到省油的目的，因此热冲压钢材材料也越来越受到重视与应用；目前汽车对热冲压钢材的需求每年皆有上升的趋势。
但原始的热冲压钢材需要经过高温热处理才能具有强度，并且需要在高温下方能进行热冲压成型，如此才不会产生回弹导致材料成型规格不符合标准、方能直接应用于制造车体的钢条或钢板，而钢材表面容易因为热处理产生锈皮，在热冲压过程所产生的锈皮除了会对模具造成磨损之外，还需要以喷砂的程序将其去除，因此会导致后续的制造成本上升。
为解决上述问题，目前现有技术主要以热浸镀铝的方式将铝金属熔融后、再以热浸镀的方式涂布于钢板表面，借此达到保护钢板在热冲压过程上有可能会产生的热氧化缺陷。然而，热浸镀铝的涂层在制造过程上有高耗能的问题，不符合环保的需求。
此外，热浸镀铝的涂层的钢板需要较厚的涂层才能达到保护的效果，因此在后续的热冲压过程上需要较长的热处理时间才能达到退火的效果，此一问题不利于节能减碳的需求，并且对生产成本也是一大负担。
技术实现要素：
本发明的目的在于改进钢材表面的保护涂层的原料成份以及涂层特性，以期让钢材能够在高温的热冲压过程中不会因为保护涂层的耐热性不佳而剥落，甚至造成钢材表面仍有热氧化的情形发生。此外，本发明除了提升保护涂层的耐热性，更期望同时能降低热处理时间，以期达到降低生产成本。此外本涂层也提供了钢板良好的储存性，可经长时间储放而不会产生锈蚀。
为实现上述目的，本发明提供一种有机无机混成黏结剂，该有机无机混成黏结剂由液态铝烷氧化物、螯合剂以及溶剂混合反应而成。
本发明通过液态铝烷氧化物、螯合剂以及溶剂混合反应形成该有机无机混成黏结剂，使该有机无机混成黏结剂为应用在金属粉末之间的黏结剂，并且能克服现有技术以高分子有机化合物的树脂材料所组成的黏结剂存在有无法耐高温的缺点及问题，从而令本发明的有机无机混成黏结剂能够适用于钢材的高温保护上，使钢材在约950℃的热冲压过程中其涂层不会裂解剥落，进而有效避免钢材在热冲压过程中被热氧化、减少热冲压模具的磨损、延长热冲压模具的使用年限，降低经热冲压成型的钢条或钢板的制造成本。
较佳的，该液态铝烷氧化物为正丙醇铝、正丁醇铝、异丙醇铝或其组合；该螯合剂为乙酰丙酮(acetylaceton，acac)、丙烯酸-2-乙基己酯(2-ethylhexylacrylate，2-eha)、乙二胺四乙酸(ethylenediaminetetraaceticacid，edta)、乙酰乙酸乙酯(ethylacetoacetate，eacac)、柠檬酸(citricacid)或其组合；而该溶剂为乙二醇单丁醚(2-butoxyethanol，bcs)、异丙醇(isopropylalcohol，ipa)、甲苯(toluene)、正丁醇(n-butylalcohol，nba)或其组合。
更佳的，该螯合剂的摩尔浓度为该液态铝烷氧化物的摩尔浓度的0.5至2.5倍；而该溶剂的重量占整体有机无机混成黏结剂的总重量的5％至50％。
本发明还提供一种具有上述有机无机混成黏结剂的涂料，其中该涂料包括：有机无机混成黏结剂、金属材料以及分散剂。
本发明通过上述有机无机混成黏结剂将金属材料与分散剂黏结在一起，利用分散剂达到均匀分散金属材料的目的，使该涂布于钢材表面的涂料可以均匀且稳固地涂布于钢材的表面，并且进一步通过高温烘烤，使该涂料与钢材表面可以稳定结合，进而使得该涂料可以固化形成一保护涂层在钢材的表面，达到保护钢材在约950℃的热冲压过程中不会被高温热氧化而产生氧化铁物质以及抗锈蚀的功效。
较佳的，该有机无机混成黏结剂以及该金属材料的重量比为1：0.1至10；而该分散剂的重量占整体涂料的总重量的1％至5％。
更佳的，该金属材料为金属粉末或金属浆料，该金属粉末为铝金属粉末、锌金属粉末、镁金属粉末或其组合；而该金属浆料为经表面改质的金属浆料或未经表面改质的金属浆料，其中该经表面改质的金属浆料为表面涂布有石油脑的金属浆料。此技术手段为利用镁、锌与铝的金属氧化活性较高，其在易于氧化的环境下，镁、锌与铝相对于铁或钢材会先行氧化反应，进而形成一致密的金属氧化薄膜于钢材的表面，保护金属氧化薄膜内部的铁或钢材不易再氧化而受损。而该经表面改质的金属浆料比未经表面改质的金属浆料较容易分散在有机无机混成黏结剂中，并且不容易溢散在空气中进而导致尘爆的危险，并且因为经表面改质的金属浆料其与未经表面改质的金属浆料相比，经表面改质的金属浆料的表面涂布有石油脑，该石油脑可使经表面改质的金属浆料不会团聚，同时可增加经表面改质的金属浆料的重量而不容易溢散在空气中。
又更佳的，该分散剂为阴离子型分散剂、阳离子型分散剂、电中性型分散剂或是高分子型分散剂。其中该阴离子型分散剂为油酸钠、羧酸盐、硫酸酯盐或磺酸盐。该阳离子型分散剂为胺盐、季胺盐或吡啶胺盐。该电中性型分散剂为油氨基油酸酯。该高分子型分散剂为多己内多酯多元醇-多乙烯亚胺嵌段共聚物、丙烯酸酯高分子、聚氨酯或是聚酯。
本发明又提供一种由上述涂料形成于材料表面的方法，其中该涂料以辊涂、喷涂或浸镀的方式形成于材料表面，再以250℃至450℃进行烘烤，烘烤时间为30秒至60分钟，烘烤完成后该涂料在该材料表面固化形成一保护涂层，该保护涂层的厚度为1μm至5μm。
本发明通过各种形成涂料在材料表面的涂布方式搭配高温烘烤方式，使本发明的涂料经加热后固化且固设于材料表面，并且形成一具有一定厚度的保护涂层，借此达到保护材料表面不易在高温下产生热氧化反应、不易在高盐度环境下产生锈蚀问题的目的。
具体实施方式
以下为本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段。
实施例一：制备有机无机混成黏结剂
取15克的螯合剂丙烯酸-2-乙基己酯(2-ethylhexylacrylate，2-eha)与40克的溶剂乙二醇单丁醚(2-butoxyethanol，bcs)混合搅拌，并在搅拌过程中缓慢加入60克的液态铝烷氧化物正丁醇铝并持续搅拌，经过4小时的混合反应后，得到有机无机混成黏结剂a1。
取25克的螯合剂乙酰丙酮(acetylaceton，acac)与40克的溶剂正丁醇(n-butylalcohol，nba)混合搅拌，并在搅拌过程中缓慢加入60克的液态铝烷氧化物正丙醇铝并持续搅拌，经过10小时的混合反应后，得到有机无机混成黏结剂a2。
取40克的螯合剂乙二胺四乙酸(ethylenediaminetetraaceticacid，edta)与40克的溶剂甲苯(toluene)混合搅拌，并在搅拌过程中缓慢加入60克的液态铝烷氧化物异丙醇铝并持续搅拌，经过16小时的混合反应后，得到有机无机混成黏结剂a3。
实施例二：制备具有耐高温氧化的涂料
取85克的有机无机混成黏结剂a1、15克的经表面改质的铝浆料(即边长尺寸大小约为10纳米的铝金属片所团聚而成、并且在铝金属片表面涂布有石油脑的固体团状物)与1克的多己内多酯多元醇-多乙烯亚胺嵌段共聚物相互混合后，以高速搅拌(约1000rpm)方式进行搅拌2小时使其均匀分散，接着再以50目的滤网进行过滤，即可经由该滤网过滤后自滤网上得到具有耐高温氧化的涂料b1。
取100克的有机无机混成黏结剂a2、100克的经表面改质的铝浆料(即边长尺寸大小约为10纳米的铝金属片所团聚而成、并且在铝金属片表面涂布有石油脑的固体团状物)与2克的吡啶胺盐相互混合后，以高速搅拌(约1500rpm)方式进行搅拌4小时使其均匀分散，接着再以150目的滤网进行过滤，即可经由该滤网过滤后自滤网上得到具有耐高温氧化的涂料b2。
取60克的有机无机混成黏结剂a3、120克的经表面改质的铝浆料(即边长尺寸大小约为10纳米的铝金属片所团聚而成、并且在铝金属片表面涂布有石油脑的固体团状物)与1.8克的油氨基油酸酯相互混合后，以高速搅拌(约2000rpm)方式进行搅拌6小时使其均匀分散，接着再以250目的滤网进行过滤，即可经由该滤网过滤后自滤网上得到具有耐高温氧化的涂料b3。
其中所述有机无机混成黏结剂的主要功用在于将经表面改质的铝浆料黏结起来，使由有机无机混成黏结剂、经表面改质的铝浆料与分散剂混合形成的具有耐高温氧化的涂料b1、b2、b3能够易于固定在碳钢钢材表面，不会轻易脱落。
实施例三：由实施例二制做所得到的各种具有耐高温氧化的涂料b1、b2、b3在碳钢钢材表面制备保护涂层
将具有耐高温氧化的涂料b1以辊涂方式涂布于碳钢钢材的表面，再以250℃的高温进行烘烤30秒，使该具有耐高温氧化的涂料b1在碳钢钢材的表面固化后形成保护涂层c1，且该保护涂层c1的厚度控制在约1μm。
将具有耐高温氧化的涂料b2以辊涂方式涂布于碳钢钢材的表面，再以350℃的高温进行烘烤1分钟，使该具有耐高温氧化的涂料b2在碳钢钢材的表面固化后形成保护涂层c2，且该保护涂层c2的厚度控制在约2μm。
将具有耐高温氧化的涂料b3以辊涂方式涂布于碳钢钢材的表面，再以450℃的高温进行烘烤5分钟，使该具有耐高温氧化的涂料b3在碳钢钢材的表面固化后形成保护涂层c3，且该保护涂层c3的厚度控制在约5μm。
其中所述保护涂层的主要功用是通过将具有耐高温氧化的涂料b1、b2、b3形成于碳钢钢材的表面后进行高温固化，使具有耐高温氧化的涂料b1、b2、b3中的金属成份与碳钢钢材的表面能稳定结合，使得具有耐高温氧化的涂料b1、b2、b3可以在碳钢钢材的表面形成一保护涂层，此一涂层在经热冲压成型的过程中，表面涂层中的铝金属会因高温而变成熔融态进而与碳钢表面形成合金化，以达到保护碳钢表面不会产生热氧化的效果。
实验例一：碳钢钢材的耐高温氧化测试
在碳钢钢材的热冲压过程中，碳钢钢材需要经过约950℃的高温烘烤约4分钟，之后再进行热冲压过程以形成特定形状的钢板。当碳钢钢材在高温烘烤过程中，若碳钢钢材的表面没有保护涂层的保护，会使得碳钢钢材表面形成严重的氧化铁，该氧化铁会有剥落的情形发生，而剥落的氧化铁会对热冲压过程中的热冲压模具造成磨损伤害，因此会减少热冲压模具的使用寿命。除此之外，碳钢钢材经热冲压过程后形成具有特定形状的钢板，当其欲进行下一道工序前，必须先以喷砂步骤除去钢板表面的氧化铁，方能继续后续制造过程，因此在高温制造过程下氧化铁的生成会造成碳钢钢材制造过程上的困扰。
而本发明利用以有机无机混成黏结剂配制形成的具有耐高温氧化的涂料b1、b2、b3辊涂于碳钢钢材的表面，其具有耐高温氧化的涂料b1、b2、b3固化后可在碳钢钢材的表面形成一保护涂层，使经保护的碳钢钢材具有抗高温氧化的特性，故其在高温热冲压的过程中，经保护的碳钢钢材的表面不会产生氧化铁，故在碳钢钢材经热冲压成型后形成的钢板不会有氧化铁剥落的情形发生，因此本发明的具有耐高温氧化的涂料b1、b2、b3形成于碳钢钢材表面的保护涂层，对碳钢钢材的热冲压模具具有保护作用，可以避免热冲压过程中氧化铁的产生与剥落而损坏热冲压模，进而延长热冲压模的使用寿命；且经热冲压过程后，不须经过喷砂步骤即可以直接进行下一道工序，可同时简化钢板等下游产业诸如：汽车工业的生产流程，降低汽车生产制造的人力与成本。
实验例二：碳钢钢材的耐盐雾性能测试
因为碳钢钢材或经热冲压成形的钢条或钢板其体积庞大的问题，往往需要通过海运的方式进行国内各城市间或是国际间的运送。因此本发明进一步针对无保护涂层保护的碳钢钢材以及分别具有保护涂层c1、保护涂层c2与保护涂层c3保护的碳钢钢材依照astm-b117国际盐雾测试规范进行抗腐蚀性的试验，其中该试验结果如下表一所示：
表一：有无形成保护涂层的碳钢钢材的盐雾测试结果。
由表一的碳钢钢材有无形成保护涂层的盐雾测试结果比较可以明确发现，无保护涂层的碳钢钢材在抗盐雾性能上的表现明显较差，仅经过一小时的盐雾测试其锈蚀面积已达总面积的50％，因此代表无保护涂层的碳钢钢材其抗腐蚀的性能较差，故对于需要通过海运运输来进行运送的碳钢钢材而言，无保护涂层的碳钢钢材较难以抵抗严苛的海上环境，并且容易于海运过程中产生大面积的锈蚀情形，影响碳钢钢材的出产质量。
反观经由本发明的具有耐高温氧化的涂料b1、b2、b3所形成于碳钢钢材表面的保护涂层c1、c2、c3，其经过三小时的盐雾测试，碳钢钢材表面的锈蚀面积最大仅为总面积的16％，故相较之下本发明的具有耐高温氧化的涂料b1、b2、b3所形成在碳钢钢材表面的保护涂层c1、c2、c3除了提供碳钢钢材耐高温氧化的功能外，并也确实提供了碳钢钢材抗锈蚀的保护，使得碳钢钢材的抗腐蚀性能有效被提升，使得碳钢钢材更能够适应海上运输的严苛环境，因此具有保护碳钢钢材不易锈蚀、维持钢材原始刚性的优势。
此外，为了进一步加强碳钢钢材的抗锈蚀的能力，本发明的涂料中也可以通过添加其它具有耐盐雾性能的金属粉末，来达到保护碳钢钢材不会锈蚀的效果。并且利用本发明的有机无机混成黏结剂在金属粉末与碳钢钢材的黏结上，也可以加强金属粉末在碳钢钢材表面的黏着性，使金属粉末不易自碳钢钢材表面脱落。
一般而言，具有金属防锈保护功能的金属粉末常见为镁金属粉末、锌金属粉末与铝金属粉末，其防锈原理主要在于镁金属粉末、锌金属粉末与铝金属粉末的活性较高，在易于氧化的环境下，镁金属粉末、锌金属粉末与铝金属粉末会较铁金属或碳钢钢材先行氧化，借此达到保护铁金属或碳钢钢材、使其不易氧化的保护作用。此外，若具有本发明的保护涂层的碳钢钢材其表面涂层若因氧化造成缺陷，若在涂料中添加有锌金属粉末与铝金属粉末，该铝金属粉末会因扩散作用转移到保护涂层中锌金属因氧化被破坏的地方，以达到保护缺陷处的效果，进一步增加抗氧化的功能。
实施例四：制备具抗蚀性的涂料
取200克的有机无机混成黏结剂a1、15克的锌金属粉末与5克的铝金属粉末相互混合后，再加入2.2克的油氨基油酸酯，以高速搅拌(约1000rpm)方式进行搅拌4小时使其均匀分散，即可得到具抗蚀性的涂料d1。
取100克的有机无机混成黏结剂a2、12.5克的铝金属粉末、75克的锌金属粉末以及12.5克的镁金属粉末相互混合后，再加入4克的丙烯酸酯高分子，以高速搅拌(约2000rpm)方式进行搅拌6小时使其均匀分散，即可得到具抗蚀性的涂料d2。
实施例五：经由实施例四所得的具抗蚀性的涂料在碳钢钢材表面制备保护涂层
将配制好的具抗蚀性的涂料d1以喷涂方式涂布于碳钢钢材的表面，再以250℃的高温进行烘烤10分钟，使该具抗蚀性的涂料d1在碳钢钢材表面固化后形成保护涂层e1，且该保护涂层e1的厚度控制在约1μm。
将配制好的具抗蚀性的涂料d2以喷涂方式涂布于碳钢钢材的表面，再以300℃的高温进行烘烤30分钟，使该具抗蚀性的涂料d2在碳钢钢材表面固化后形成保护涂层e2，且该保护涂层e2的厚度控制在约5μm。
实验例三：碳钢钢材的长时间的耐盐雾性能测试
将具有保护涂层e1的碳钢钢材依照astm-b117国际盐雾测试规范进行盐雾测试，实验发现在600小时的盐雾测试后，碳钢钢材表面锈蚀面积仅小于总面积的5％。
将具有保护涂层e2的碳钢钢材依照astm-b117国际盐雾测试规范进行盐雾测试，实验发现在1000小时的盐雾测试后，碳钢钢材表面锈蚀面积仅小于总面积的5％。
综合上述各种有机无机混成黏结剂、涂料以及保护涂层的配置与制作实施手段，以及表面形成有本发明的保护涂层的碳钢钢材其耐高温氧化、耐盐雾性能以及提升耐盐雾性能的实验结果可以明确发现，利用本发明的有机无机混成黏结剂与涂料形成于碳钢钢材表面的保护涂层，确实能有效避免碳钢钢材在高温热冲压过程中产生氧化铁而造成热冲压模具的磨损的问题，故在碳钢钢材热冲压完成之后的应用，不须再先进行喷砂除去碳钢钢材表面的氧化铁的步骤，有效提升碳钢钢材热冲压完成之后的应用效率，并且因为本发明的有机无机混成黏结剂、涂料以及保护涂层中未含有树脂等有机高分材料，所以在经过900℃以上的高温的热冲压过程后也不会有保护涂层裂解、剥落的问题产生，故本发明的有机无机混成黏结剂与涂料所形成的保护涂层可以有效保护碳钢钢材的表面结构与热冲压模具。
此外，本发明的涂料另通过具有金属防锈功能的金属粉末的添加，有效提升碳钢钢材表面的抗锈蚀能力，使得附着有具有金属防锈功能的金属粉末的涂料所形成的保护涂层的碳钢钢材可以通过1000小时以上的严苛的盐雾测试，可应用在碳钢扣件上的防蚀，而不需经过电镀等表面处理即具有足够的防蚀性能；如此一来可节省能源及废水处理的成本耗用。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。