一种环保型水性无铬紫外屏蔽耐碱涂料制备方法

1.本发明涉及一种涂料制备方法，特别是涉及一种环保型水性无铬紫外屏蔽耐碱涂料制备方法。


背景技术：

2.达克罗涂料具有耐腐蚀、无氢脆等特点，广泛应用于汽车机械船舶等领域，由于rohs指令（电气、电子设备中限制使用某些有害物质指令）等环保法规明令禁止使用cr
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，为了减少铬污染，国内外对无铬达克罗技术展开了广泛研究。无铬达克罗按溶剂的性质可以分为：有机无铬达克罗（即溶剂型）和水性无铬达克罗，水性无机无铬达克罗其溶剂为水，性价比高，是目前国际上最具发展前途的环保型涂料。不仅具有溶剂型无铬达克罗的共性：耐腐蚀性、高硬度、耐磨、耐候性、耐热性等优点，还具有不燃不爆、零voc排放等特点。因此在许多重防腐领域的应用日益广泛，在大气和海洋重防腐领域，得到愈来愈多业内人士的认可，无铬化涂层正在逐步取代有铬涂层。
3.目前，环保型水性无铬锌铝涂料有了突破性进展，研制出来的涂层耐蚀性较好，并申请了专利保护。涂层的成膜是靠有机硅或无机硅将锌粉铝粉粘结起来，虽然涂层具有较高的硬度和较好的表面特性，但涂层耐紫外性能差成为制约其发展的重要因素。而纳米技术的快速发展为无铬达克罗的改性提供了新的方法和思路。黑色素纳米粒子具有优异的广谱吸收效果以及独特的光热转换能力，不仅可以有效吸收紫外线，还能够吸收x射线、γ射线等，然后将吸收的能量以热量的形式耗散，从而保护生物体免受一些辐射的损伤。黑色素是一类广泛存在于动植物体内的大分子，其结构单元含有多种官能团，比如酚羟基、氨基、亚氨基等，其具有一系列优异的性能，比如金属离子螯合、强粘附性以及自由基清除等。目前黑色素的主要来源分为两种：天然黑色素和化学合成类黑色素。其中天然的黑色素从动植物中提取，步骤繁琐，产率较低；类黑色素则通过化学合成的方法获得，虽然制备方法不同但类黑色素具有与其相似的物理化学性质。所以本发明采用左旋多巴化学合成类黑色素的方法，价格相对低廉。
4.现有技术中的环保水性无铬涂料无法长期在户外使用，其耐紫外线性能不满足实际使用时的需求，且在碱性工作条件下无法达到国家标准的服役寿命要求。因此，在保证环保水性无铬涂料具有优异的稳定性能和耐盐雾性能同时，有待开发一种具有良好的紫外屏蔽和耐碱性能的环保水性无铬紫外屏蔽耐碱涂料。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种环保型水性无铬紫外屏蔽耐碱涂料制备方法，该方法制备涂料绿色环保，无污染环境，无公害，同时具有优异的稳定性能，工艺简单，适用于大规模工业化生产。制备的涂料环保、水性、无铬，紫外屏蔽耐碱涂料铬及铅、汞、镉重金属离子化合物，不含苯、二甲苯等挥发性有毒溶剂，涂料中类黑色素的加入很大程度提高了涂层紫外屏蔽性能，并有效提升了涂层的耐碱性能，同时，不会影响涂料的稳定性和涂层的耐盐雾
性能。。
6.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种环保型水性无铬紫外屏蔽耐碱涂料制备方法，所述方法包括以下制备步骤：（1）、配置a步骤，将片状铝粉、片状锌粉分散于分散剂和助溶剂中，搅拌均匀后加入硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、消泡剂，混合搅拌2～5h；（2）、配置b步骤，将乳化剂和缓蚀剂分散于去离子水中，分散20～60min；（3）、制备多巴类黑色素纳米粒子：室温下称取左旋多巴，加入去离子水，搅拌，待其完全溶解后加入naoh溶液将ph值调节至8.0-9.5，接着再加入高铁酸钾，加热搅拌于70~120℃下反应4~8h；然后将反应液离心5000~10000 r/min, 10~30 min，去离子水洗涤3-4次直至上层清液澄清；将离心所得到的产物在30~60℃的真空干燥器中干燥24~48 h ,得到多巴类黑色素纳米粒子；（4）、配置c步骤，将多巴类黑色素纳米粒子分散于b步骤配置的物质中，充分超声直至其分散均匀；（5）、将a步骤和c步骤配制的物质混合，加入增稠剂，搅拌6～12h，制得最终环保水性无铬紫外屏蔽耐碱涂料；上述原料按重量份数计以下组分含量：片状铝粉2～15份，片状锌粉10～40份，类黑色素0.01～2份，乳化剂0.3～4份，分散剂5～25份，助溶剂5～20份，硅烷偶联剂3～15份，钛酸酯偶联剂3～15份，缓蚀剂0.1～3份，增稠剂0.01～1份，去离子水10～50份，消泡剂0.01～1份；上述制备的环保水性无铬紫外屏蔽耐碱涂料的应用：将制备好的环保水性无铬紫外屏蔽耐碱涂料离心浸涂螺栓紧固件，两涂两烘：低温70～150℃、15～50min和高温270～360℃、30～60min，获得的涂层厚度7～11μm。
7.所述的一种环保型水性无铬紫外屏蔽耐碱涂料制备方法，所述片状铝粉片径为5～25
µ
m，厚度为0.1～0.5
µ
m。
8.所述的一种环保型水性无铬紫外屏蔽耐碱涂料制备方法，所述片状锌粉片径为5～20
µ
m，厚度为0.1～0.6
µ
m。
9.所述的一种环保型水性无铬紫外屏蔽耐碱涂料制备方法，所述类黑色素为球粒状，径粒为60～80nm。
10.所述的一种环保型水性无铬紫外屏蔽耐碱涂料制备方法，所述乳化剂为op-10、op-9、np-4、np-9中的一种或两种以上，分散剂为乙醇、甲醇、乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、二丙二醇中的一种或两种以上，助溶剂为乙二醇丁醚、丙二醇乙醚、丙二醇甲醚、乙二醇甲醚醋酸乙酯、丙二醇甲醚醋酸乙烯酯中的一种或两种以上，缓蚀剂为钼酸钠、磷钼酸钠、钒酸钠、偏钒酸钠、植酸中的一种或两种以上，增稠剂为羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素中的一种或两种以上，消泡剂为二甲基硅油。
11.所述的一种环保型水性无铬紫外屏蔽耐碱涂料制备方法，所述硅烷偶联剂为硅酸四乙酯、硅酸四丙酯、kh550、kh560、kh570、kh578、kh566中的一种或两种以上。
12.所述的一种环保型水性无铬紫外屏蔽耐碱涂料制备方法，所述钛酸酯偶联剂为钛酸四异丙酯、钛酸丁酯、钛酸乙酯中的一种或两种以上。
13.本发明的优点及有益效果是：
1.本发明涂料制备工艺简单，适用于大规模工业化生产。涂层在具有优异的盐雾性能同时，具有优异的紫外屏蔽性能和耐碱性能。用于离心浸涂螺栓紧固件，两涂两烘：低温70～150℃、15～50min和高温270～360℃、30～60min，获得的涂层厚度7～11μm，涂层户外照射放置一年，涂层无腐蚀及变色，涂层盐雾性能达到960h，氢氧化钙饱和水溶液，60℃水浴2h，涂层无腐蚀现象发生，涂料在5～30℃的环境下可储存6～10个月。
14.2.本发明制备涂料环保水性无铬紫外屏蔽耐碱涂料铬及铅、汞、镉重金属离子化合物，不含苯、二甲苯等挥发性有毒溶剂，涂料中类黑色素的加入很大程度提高了涂层紫外屏蔽性能，并有效提升了涂层的耐碱性能。同时，不会影响涂料的稳定性和涂层的耐盐雾性能。涂料绿色环保，无污染环境，无公害，同时具有优异的稳定性能。
具体实施方式
15.下面结合实施例对本发明进一步详细描述。
16.实施例1：本实施例中，环保水性无铬紫外屏蔽耐碱涂料的制备方法如下：1、将铝粉70g、金属锌粉200g分散于聚乙二醇150g和乙二醇丁醚70g中，搅拌均匀后加入硅烷偶联剂kh560（60g）、钛酸丁酯30g、二甲基硅油5g，混合搅拌3h；2、将op-10（10g）和植酸4g分散于400g去离子水中，分散30min；3、称取左旋多巴(0.3g)，加入120 ml去离子水，搅拌待其完全溶解后加入naoh溶液((1 mol/l)将ph值调节至8.7，接着再加入高铁酸钾(0.053 g)，加热搅拌于95℃下反应6h。然后将反应液离心(9000 r/min, 20 min )，去离子水洗涤3次直至上层清液澄清。将离心所得到的产物在35℃的真空干燥器中干燥30 h ,得到多巴类黑色素纳米粒子。
17.4、将制备的多巴类黑色素纳米粒子0.3g分散于2步骤配置的物质中，充分超声直至其分散均匀。
18.5、将步骤1和步骤4混合，加入羟乙基纤维素1g，搅拌10h，制得最终环保水性无铬紫外屏蔽耐碱涂料。
19.将制备好的涂料离心浸涂5件螺栓紧固件，喷涂3片碳钢，两涂两烘（低温80℃，20分钟；高温330℃，40min），涂层厚度7～11μm，氢氧化钙饱和水溶液，60℃水浴2h，涂层无腐蚀现象发生。涂层户外照射放置一年，涂层无腐蚀及变色。涂料常温下可储存6个月。涂层盐雾性能大于960h。
20.实施例2：本实施例中，环保水性无铬紫外屏蔽耐碱涂料的制备方法如下：1、将铝粉60g、金属锌粉210g分散于乙二醇150g和乙二醇甲醚100g中，搅拌均匀后加入硅烷偶联剂kh550（80g）、钛酸乙酯50g、二甲基硅油4g，混合搅拌4h；2、将op-10（5g）和钼酸钠4g分散于325g去离子水中，分散20min；3、称取左旋多巴(0.2 g)，加入90 ml去离子水，搅拌待其完全溶解后加入naoh溶液((1 mol/l)将ph值调节至8.6，接着再加入高铁酸钾(0.06 g)，加热搅拌于90℃下反应6h。然后将反应液离心(10000 r/min, 15 min )，去离子水洗涤3次直至上层清液澄清。将离心所得到的产物在40℃的真空干燥器中干燥24 h ,得到多巴类黑色素纳米粒子( dona melanin-like)。
21.4、将制备的多巴类黑色素纳米粒子0.2g分散于2步骤配置的物质中，充分超声直至其分散均匀。
22.5、将步骤1和步骤4混合，加入羟乙基纤维素1g，搅拌8h，制得最终环保水性无铬紫外屏蔽耐碱涂料。
23.将制备好的涂料离心浸涂5件螺栓紧固件，喷涂3片碳钢，两涂两烘（低温90℃，20分钟；高温330℃，40min），涂层厚度7～11μm，氢氧化钙饱和水溶液，60℃水浴2h，涂层无腐蚀现象发生。涂层户外照射放置一年，涂层无腐蚀及变色。涂料常温下可储存7个月。涂层盐雾性能大于960h。
24.实施例3：本实施例中，环保水性无铬紫外屏蔽耐碱涂料的制备方法如下：1、将铝粉60g、金属锌粉210g、分散于乙醇160g和乙二醇丁醚111g中，搅拌均匀后加入硅烷偶联剂kh560（70g）、钛酸四异丙酯60g、二甲基硅油4g，混合搅拌4h；2、将np-9（20g）和植酸4g分散于300g去离子水中，分散20min；3、称取左旋多巴(0.4 g)，加入120ml的去离子水，搅拌待其完全溶解后加入naoh溶液((1 mol/l)将ph值调节至8.6，接着再加入高铁酸钾(0.067 g)，加热搅拌于90℃下反应7h。然后将反应液离心(10000 r/min, 15 min )，去离子水洗涤3次直至上层清液澄清。将离心所得到的产物在40℃的真空干燥器中干燥28 h ,得到多巴类黑色素纳米粒子( dona melanin-like)。
25.4、将制备的多巴类黑色素纳米粒子0.4g分散于2步骤配置的物质中，充分超声直至其分散均匀。
26.5、将步骤1和步骤4混合，加入羟乙基纤维素1g，搅拌9h，制得最终环保水性无铬紫外屏蔽耐碱涂料。
27.将制备好的涂料离心浸涂5件螺栓紧固件，喷涂3片碳钢，两涂两烘（低温90℃，20分钟；高温330℃，40min），涂层厚度7～11μm，氢氧化钙饱和水溶液，60℃水浴2h，涂层无腐蚀现象发生。涂层户外照射放置一年，涂层无腐蚀及变色。涂料常温下储存8个月。涂层盐雾性能大于960h。
28.实施例4：本实施例中，环保水性无铬紫外屏蔽耐碱涂料的制备方法如下：1、将铝粉60g、金属锌粉196g分散于甲醇160g和丙二醇乙醚125g中，搅拌均匀后加入硅烷偶联剂kh578（70g）、钛酸四异丙酯60g、二甲基硅油4g，混合搅拌4h；2、将np-4（12g）和植酸4g分散于300g去离子水中，分散20min；3、称取左旋多巴(0.18 g)，加入适量的去离子水(90 ml )，搅拌待其完全溶解后加入naoh溶液((1 mol/l)将ph值调节至8.5，接着再加入高铁酸钾(0.06 g)，加热搅拌于90℃下反应6h。然后将反应液离心(9000 r/min, 30 min )，去离子水洗涤3次直至上层清液澄清。将离心所得到的产物在40℃的真空干燥器中干燥24 h ,得到多巴类黑色素纳米粒子( dona melanin-like)。
29.4、将制备的多巴类黑色素纳米粒子0.18g分散于2步骤配置的物质中，充分超声直至其分散均匀。
30.5、将步骤1和步骤4混合，加入羟乙基纤维素1g，搅拌10h，制得最终环保水性无铬
紫外屏蔽耐碱涂料。
31.将制备好的涂料离心浸涂5件螺栓紧固件，喷涂3片碳钢，两涂两烘（低温90℃，20分钟；高温340℃，40min），涂层厚度7～11μm，氢氧化钙饱和水溶液，60℃水浴2h，涂层无腐蚀现象发生。涂层户外照射放置一年，涂层无腐蚀及变色。涂料常温下可储存7个月。涂层盐雾性能大于960h。
32.实施例5：本实施例中，环保水性无铬紫外屏蔽耐碱涂料的制备方法如下：1、将铝粉50g、金属锌粉200g分散于甲醇170g和丙二醇乙醚125g中，搅拌均匀后加入硅烷偶联剂kh566（50g）、钛酸丁酯60g、二甲基硅油4g，混合搅拌4h；2、将np-9（10g）和植酸4g分散于326g去离子水中，分散30min；3、称取左旋多巴(0.23 g)，加入100 ml去离子水，搅拌待其完全溶解后加入naoh溶液((1 mol/l)将ph值调节至8.5，接着再加入高铁酸钾(0.06 g)，加热搅拌于100℃下反应7h。然后将反应液离心(10000 r/min, 15 min )，去离子水洗涤3次直至上层清液澄清。将离心所得到的产物在40℃的真空干燥器中干燥24 h ,得到多巴类黑色素纳米粒子。
33.4、将制备的多巴类黑色素纳米粒子0.23g分散于2步骤配置的物质中，充分超声直至其分散均匀。
34.5、将步骤1和步骤4混合，加入羟乙基纤维素1g，搅拌10h，制得最终环保水性无铬紫外屏蔽耐碱涂料。
35.将制备好的涂料离心浸涂5件螺栓紧固件，喷涂3片碳钢，两涂两烘（低温90℃，20分钟；高温330℃，40min），涂层厚度7～11μm，氢氧化钙饱和水溶液，60℃水浴2h，涂层无腐蚀现象发生。涂层户外照射放置一年，涂层无腐蚀及变色。涂料常温下可储存7个月。涂层盐雾性能大于960h。
36.实施例结果表明，本发明环保水性无铬紫外屏蔽耐碱涂料无六价铬及铅、汞、镉重金属离子化合物，不含苯、二甲苯等挥发性有毒溶剂，且在不影响涂料稳定性和涂层盐雾性能的条件下，涂层具有优异的紫外屏蔽性能和耐碱性能。