一种硅烷纳米膜复合阴极电泳二合一水性涂料及其制备方法和涂装方法与流程

本发明属于金属的硅烷前处理及电泳涂装的，具体涉及一种硅烷纳米膜复合阴极电泳二合一水性涂料，以及制备方法和基于其特点开发的硅烷处理、电泳二合一工艺，可广泛应用于汽车、机电、家电等五金件的防腐和装饰涂装。

背景技术：

0、技术背景

1、我国是涂料第一大生产国，涂料的有机挥发性化合物voc的排放对环境有很大影响。因此，国家号召开展“蓝天保卫战”，采用水性涂料替代溶剂型涂料是涂料发展的重要方向。

2、电泳涂料作为水性涂料的一种，具有低voc、绿色环保特点，同时又具备自动化程度高、涂料利用率高的优势，因此广泛应用在汽车制造业，在零部件、家电等五金件的防腐涂装应用也逐渐增加。

3、在金属基材的前处理方面，传统的磷化处理由于产生含磷废水，对河流湖泊等水质产生严重的生物影响，正在被新型硅烷前处理所取代，除了环保方面的优势，硅烷前处理还有废渣少，单耗低，无需加热等多方面的优势。

4、在现行的金属防腐涂装中，基本采用前处理+电泳两个工艺步骤进行，需要独立的两个工艺环节，生产节拍长，设备投入成本高。

5、如果将两个步骤结合到一个涂料处理工艺中，即在硅烷纳米膜复合阴极电泳二合一水性涂料中，同时进行硅烷前处理和电泳两个步骤，则可以大大缩短生产节拍，节省设备成本，同时可以实现与现行涂装相同的防腐和外观效果，目前还未有相关报道。

技术实现思路

1、本发明的目的旨在利用特殊处理硅烷溶液和电泳涂料的相容性，将硅烷前处理和电泳涂装集成到一个工艺槽中进行，先形成致密的硅烷前处理膜，随后在膜表面直接进行电泳涂覆，从而实现在压缩涂装工艺、防腐和装饰性、环保节能减排方面的巨大改进。

2、本发明的实施步骤是如下。

3、(1)一种硅烷纳米膜复合阴极电泳二合一水性涂料a，包含环氧树脂a-1、改性硅烷溶液a-2和去离子水，其中，环氧树脂a-1、改性硅烷溶液a-2和去离子水的质量比为200:10-20:200。

4、所述环氧树脂a-1的制备方法为：在反应容器中加入小分子环氧树脂、扩链剂、分子量调节剂和碱性催化剂，在100-170℃进行反应扩链，得到环氧当量为1000-1500的大分子环氧树脂；然后在搅拌下加入胺化合物，在100-130℃反应1-3小时，得到胺改性的大分子环氧物质；将预先封闭的异氰酸酯固化剂投入，再加入有机溶剂、助剂，搅拌均匀，得到环氧主体树脂；最后将预热到70-90℃的环氧主体树脂，投入正在搅拌的预先加入中和剂的水分散液，搅拌均匀后加入去离子水，稀释至固体含量34-38％，得到a-1环氧树脂水溶液；

5、以下用量，均以质量计；

6、其中，小分子环氧树脂包含但不限于双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂、双酚s型环氧树脂、酚醛环氧树脂、聚醚环氧树脂，优选双酚a型环氧树脂。用量占a-1环氧树脂水溶液的总量为8-30％，优选为10-15％。

7、其中，扩链剂包括但不限于双酚a及其衍生物中的至少一种，优选双酚a。用量占a-1环氧树脂水溶液的总量为2-6％，优选为3-5％。

8、其中，分子量调节剂包含但不限于官能度为1的酸，官能度为1的酚，优选含碳基长链的苯酚类，更优选的为十二烷基酚。用量占a-1环氧树脂水溶液的总量为0.5-2％，优选为1-1.5％。

9、其中，碱性催化剂包括三苯基膦或n，n-二甲基苄胺。用量占a-1环氧树脂水溶液的总量为0.05-0.2％。

10、其中，胺化合物特制含有活泼氢的胺化合物，包括但不限于一元仲胺、二元伯胺、一元伯胺的酮亚胺、多元胺的酮亚胺的一种或多种混用，其中优选一元仲胺和多元胺酮亚胺的混胺。混合胺用量占a-1环氧树脂水溶液的总量为3-8％，优选为4-6％。

11、进一步地，所述一元仲胺为甲基乙醇胺或二乙醇胺；

12、所述二元伯胺为二甲基氨基丙胺；

13、所述一元伯胺的酮亚胺为乙醇胺的酮亚胺；

14、所述多元胺的酮亚胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺或多乙烯多胺的酮亚胺。

15、其中，异氰酸酯固化剂是在60-100℃条件下，将异氰酸酯单体与封闭物进行反应，直到其中nco基团在红外图谱中的响应峰彻底消失为止；

16、进一步地，异氰酸酯单体包含但不限于脂肪族和芳香族异氰酸酯，作为底漆，优选芳香族异氰酸酯，封闭物包含但不限于醇醚类、小分子醇类、酮肟类、小分子胺类、酰胺类、杂环吡啶类的一种或多种组合物。异氰酸酯固化剂用量占a-1环氧树脂水溶液的总量为8-20％，优选为10-15％。

17、其中，有机溶剂包含但不限于各种醇醚类、小分子醇类、酮类、甲苯类，出于环保角度非特殊情况不使用甲苯类溶剂。有机溶剂总用量占a-1环氧树脂水溶液的总量为1-6％，优选为2-4％。

18、其中，助剂包含利于成膜，避免涂膜弊病，强化涂层耐化学性能的物质，作为底漆优选包括基材润湿剂、抗缩孔剂、流平剂的混合物。各类助剂的总用量占a-1环氧树脂水溶液的总量为2-10％，优选为4-8％。

19、其中，中和剂包含但不限于各种有机酸和无机酸及其衍生物，包括：甲酸、乙酸、乳酸、氨基磺酸或甲基磺酸，优选氨基磺酸；中和剂的总用量占a-1环氧树脂水溶液的总量为1-3％。去离子水的用量不做特殊限定，将所述a-1环氧树脂水溶液的固体含量稀释到合适范围即可。

20、改性硅烷溶液a-2是通过下述方法制备的：将丙烯基三乙氧基硅烷，或者采用等摩尔量的其他同类烯丙基乙氧基硅氧烷，与等摩尔量的含氢硅油，隔绝氧气，在氯铂酸催化剂的催化下，80-150℃反应2-10小时，生成具有一定水溶性的硅烷，再与γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或双三乙氧基硅基乙烷共同制备水溶液，ph值为弱酸性。

21、所述改性硅烷溶液a-2的制备方法中，丙烯基三乙氧基硅烷、含氢硅油、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或双三乙氧基硅基乙烷的用量比为204g：300-1500g：600-1000g，氯铂酸催化剂的用量为a-2溶液总质量的0.005-0.02％；其中，丙烯基三乙氧基硅烷的分子量为204，含氢硅油的分子量300-1500。

22、(2)所述硅烷纳米膜复合阴极电泳二合一水性涂料a的制备方法：

23、先将环氧树脂a-1加入到分散容器中，加入等量的去离子水，控制搅拌速率在500-2500rpm，然后搅拌下加入改性硅烷溶液a-2，搅拌60-90min，即得到分散均匀的硅烷纳米膜复合阴极电泳二合一水性涂料a。

24、其中，环氧树脂a-1、改性硅烷溶液a-2和去离子水的质量比为200:10-20:200。

25、(3)利用所述硅烷纳米膜复合阴极电泳二合一水性涂料进行二合一硅烷处理/电泳的涂装方法：

26、s1硅烷处理阶段：将水性涂料的温度控制在28-32℃下，将待涂装工件或金属板材浸入到水性涂料中，在搅拌下处理1-2min，组分中的硅烷会在金属表面水解及附着，形成30-60nm厚的硅烷层；

27、s2电泳阶段：待硅烷处理1-2min后，不取出涂装件，直接连接到整流柜的阴极，阳极则连接在防腐钢制成阳极板上，在直流电压100-380v下电泳2-7min，则此阶段在硅烷层上，电泳涂料的树脂和填料在电场作用下沉积在工件表面，形成20-50μm的电泳涂层，结束后取出工件或金属板，使用去离子水洗去浮漆；

28、s3固化阶段：待表面水迹晾干后，在160-200℃下烘干15-40min，使硅烷层脱水，同时电泳漆膜彻底交联固化，即完成二合一硅烷处理/电泳的涂装。

29、本发明的有益效果为：

30、(1)利用本发明制得的硅烷纳米膜复合阴极电泳二合一水性涂料，进行硅烷处理及电泳涂装可在同一工作液中进行，从而简化涂装工艺，同时满足绿色涂装的要求

31、(2)二合一硅烷处理/电泳的涂层，可以在金属表面直接形成完整的前处理及电泳保护，达到耐中性盐雾1500h以上的优良性能，使得简化工艺步骤成为可能；同时，由于采用的硅烷电泳涂料为低voc、无重金属的环保涂料，在绿色涂装，降低voc排放等方面，都具有巨大的优势。