一种具有耐磨性涂层的镀锌钢板的制备方法与流程

本发明涉及钢材，具体为一种具有耐磨性涂层的镀锌钢板的制备方法。

背景技术：

1、镀锌钢板是表面有热浸镀或电镀锌层的钢板，价格低廉且性能优异，在建筑、家电、车辆、船舶等领域均有着广泛的应用。但镀锌钢板在实际生产、运输和使用过程中很容易发生摩擦和碰撞，导致镀锌钢板表面不光滑，有磨损，同时在湿热条件下，镀锌钢板表面容易生锈，发生金属腐蚀，在很多行业中更换被腐蚀金属具有很大的困难性，会造成巨大的安全隐患和财产损失，因此对镀锌钢板进行防腐蚀和耐磨处理具有重要的意义。

2、为降低镀锌钢板基材表面的磨损和腐蚀，可以通过在镀锌钢板表面涂覆一层耐磨性的防腐涂层，起到保护基材的作用。涂层防腐是金属防护的主要形式，该方法通过在金属基材表面形成均匀致密的物理屏蔽层，阻隔水、氧气及电解质渗透，抑制电化学腐蚀行为。中国专利cn104357831b公开了一种耐腐蚀的镀锌钢板及其制备方法，在镀锌钢板表面形成一层底部防护层，同时在底部防护层的表面涂覆了一层氟碳树脂涂层，得到的镀锌钢板具有优良的耐腐蚀性和耐候性，但该镀锌钢板表面涂层的耐磨性能较差，受到外力作用时，容易发生裂纹脱落，大大缩减了涂层的使用寿命，进一步影响镀锌钢板的使用寿命。中国专利申请cn106752501a公开了一种耐腐蚀的镀锌钢板制品，包括镀锌钢板基体和位于所述镀锌钢板基体表面的表面涂层，表面涂层由锌铬黄、硫酸钡、滑石粉、有机硅流平剂、有机硅树脂、丙烯酸消泡剂和919丙烯酸树脂组成，该防腐涂层价格实惠，防腐效果较好，该涂层中含有重金属离子，对环境和人体存在一定的危害性，不符合绿色环保的需求。因此，开发出一种绿色环保的兼具耐磨和防腐性能的涂层应用到镀锌钢板上是亟需解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种具有耐磨性涂层的镀锌钢板的制备方法。

2、具体的技术方案如下：

3、一种具有耐磨性涂层的镀锌钢板的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤（1）将纳米二氧化硅（sio2）分散到二甲苯中，分散均匀后，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，混合，在氮气氛围中，发生反应，反应结束后，冷却，过滤，使用无水乙醇洗涤，在60-70℃真空干燥8-12h，得到氨基化二氧化硅；

5、步骤（2）将氨基化二氧化硅分散到n,n-二甲基甲酰胺中，分散均匀后，加入3-羧基苯甲醛、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（edc.hcl），和1-羟基苯并三唑（hobt），混合，发生反应，反应结束后，冷却，过滤，使用饱和食盐水洗涤，在60-70℃真空干燥8-12h，得到醛基改性二氧化硅；

6、步骤（3）将醛基改性二氧化硅分散到1,4-二氧六环中，分散均匀后，加入2-烯基-4-氨基吡啶，混合，在氮气氛围中，发生反应，反应结束后，冷却，过滤，使用丙酮洗涤，在60-70℃真空干燥8-12h，得到烯基改性二氧化硅；

7、步骤（4）将烯基改性二氧化硅分散到混合溶剂中，分散均匀后，加入苯胺和过硫酸铵（aps），使用盐酸溶液调节ph至1-3，搅拌，发生反应，反应结束后，抽滤，使用去离子水洗涤至中性，在50-60℃干燥12-15h，得到聚苯胺接枝二氧化硅；

8、步骤（5）将质量比为150:100的去离子水和水性环氧树脂混合均匀，得到稀释后的水性环氧树脂，向稀释后的水性环氧树脂中加入聚苯胺接枝二氧化硅和消泡剂，进行球磨处理，混合均匀后，加入水性固化剂，搅拌混合，得到耐磨性涂料；

9、步骤（6）将耐磨性涂料辊涂到带有底漆的镀锌钢板表面制备涂层，在200-250℃固化30s后，得到具有耐磨性涂层的镀锌钢板。

10、优选地，所述步骤（1）中纳米二氧化硅、二甲苯和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为100:18000-23000:2000-2400。

11、优选地，所述步骤（1）中反应的温度为110-120℃，反应的时间为15-18h。

12、优选地，所述步骤（2）中氨基化二氧化硅、n,n-二甲基甲酰胺、3-羧基苯甲醛、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑的质量比为100:4200-6000:155-190:375-460:195-240。

13、优选地，所述步骤（2）中反应的温度为20-35℃，反应的时间为5-8h。

14、优选地，所述步骤（3）中醛基改性二氧化硅、1,4-二氧六环和2-烯基-4-氨基吡啶的质量比为100:30000-45000:540-680。

15、优选地，所述步骤（3）中反应的温度为70-80℃，反应的时间为9-12h。

16、优选地，所述步骤（4）中混合溶剂为去离子水和无水乙醇的混合溶剂，其中去离子水和无水乙醇的体积比为3:1。

17、优选地，所述步骤（4）中混合溶剂、烯基改性二氧化硅、苯胺和过硫酸铵的质量比为3000-6000:100:250-450:120-220。

18、优选地，所述步骤（4）中反应的温度为20-30℃，反应的时间为15-18h。

19、优选地，所述步骤（4）中盐酸溶液为1mol/l的盐酸水溶液。

20、优选地，所述步骤（5）中稀释后的水性环氧树脂、聚苯胺接枝二氧化硅、消泡剂和水性固化剂的质量比为100:0.6-2:0.05-0.1:8-12。

21、优选地，所述步骤（5）中球磨处理的时间为0.5-1h。

22、优选地，所述步骤（5）中消泡剂为羟基聚二甲基硅氧烷消泡剂。

23、优选地，所述步骤（5）中水性环氧树脂为水性环氧树脂ar555。

24、优选地，所述步骤（5）中水性固化剂为巴陵石化cydhd-220。

25、优选地，所述步骤（6）中带有底漆的镀锌钢板表面的涂层的厚度为10-30μm。

26、优选地，所述步骤（6）中带有底漆的镀锌钢板上的底漆为环氧底漆，底漆厚度为5μm。

27、优选地，所述步骤（6）中环氧底漆选自威士伯涂料（上海）有限公司的型号为25-1号的环氧底漆。

28、本发明中在合成聚苯胺接枝二氧化硅过程中，首先通过γ-氨丙基三乙氧基硅烷对纳米二氧化硅进行改性，得到氨基化二氧化硅，氨基化二氧化硅表面的氨基和3-羧基苯甲醛上的羧基在1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑的作用下，发生酰胺化反应，得到醛基改性二氧化硅，二氧化硅表面引入的醛基和2-烯基-4-氨基吡啶上的氨基发生席夫碱反应，得到烯基改性二氧化硅，在二氧化硅表面引入碳碳双键和席夫碱基团，烯基改性二氧化硅和苯胺在引发剂过硫酸铵的作用下，发生原位聚合反应，得到聚苯胺接枝二氧化硅。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

30、本发明中使用水性环氧树脂作为耐磨性涂料的主要成分，具有优异的机械性能、热稳定性和耐化学性能，是镀锌钢板防腐涂层的首选，纳米二氧化硅硬度高，具有优良的耐磨性能，同时具有耐腐蚀性能和纳米尺寸效应，能够使涂层的结构十分紧密，强度增加，原位聚合后得到的聚苯胺接枝二氧化硅，表面能降低，且聚苯胺具有一定的粘度，和水性环氧树脂间具有优良的相容性，能够有效提高聚苯胺接枝二氧化硅的分散性，纳米二氧化硅均匀分散在环氧树脂基体中，在很大程度上提高了基体的耐磨性能，有效避免了环氧树脂基体在恶劣环境中长期使用容易发生细微裂痕的现象，进一步提高了涂层的使用寿命，减少了镀锌钢板在生产、运输和使用过程中由于操作不当造成的表面刮痕。

31、本发明中形成的致密的耐磨性涂层，能够有效隔断水和溶解氧向基体内部扩散，在反应过程中引入的吡啶环上的氮原子，含有孤对电子对，能够和镀锌钢板表面的锌形成稳定的螯合物，稳定吸附在基体材料表面，抑制了阴极发生还原反应，有效的保护了基体材料。进一步地，席夫碱上的氮原子具有孤对电子，能够和金属配位形成稳定的配合物，从而起到保护基体材料的作用，聚苯胺覆盖在基体材料表面，能够促进铁基金属钝化，使其电位维持在钝化区，进而大幅降低基体材料的腐蚀速度，原位聚合后得到的聚苯胺接枝二氧化硅和环氧树脂混合，能够提高涂层的附着力、耐水性。耐磨性涂料辊涂到镀锌钢板上，形成具有耐磨性涂层，能够有效阻碍腐蚀离子向金属基底扩散的传播路径，进而降低水、氧气等离子的透过速度，具有很强的物理屏蔽效应和化学防腐能力。