一种环保隔热耐腐蚀水性无铬锌铝涂料及其制备方法

1.本发明涉及一种环保功能型涂料及其制备方法，具体为一种环保隔热耐腐蚀水性无铬锌铝涂料及其制备方法。


背景技术：

2.达克罗也称锌铝铬涂层，是以片状锌粉、铝粉、铬酐为主要成分，通过锌铝粉层迭排列、锌铝牺牲阳极保护、cr
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的钝化以及锌铝腐蚀产物的自修复作用实现良好的防护性能的防护技术，广泛应用于汽车、机械、船舶等领域。但由于达克罗涂层中含有六价铬，其具有强毒性，会造成环境污染和对人体致癌。所以为了顺应时代发展趋势，减少铬污染，国内外对无铬达克罗技术开展了广泛的研究。其中添加水性丙烯酸树脂与硅烷偶联剂、钼酸钠缓蚀剂复合钝化成为目前炙手可热的一个研究方向，前景广阔。水性丙烯酸树脂涂料具有水溶性特点，是以水为分散剂的涂料，与其他钝化剂相互结合得到的涂层耐蚀性能优异，是真正意义上的环保涂料。
3.与此同时，随着我国石油化工工业、建筑业、运输业、兵器工业等迅速发展，钢铁材料凭借成熟的工艺制备流程和优异的机械性能得到了广泛的应用，但同时也给人们带来了不可忽视的经济损失和安全隐患。钢铁材质器件由于高热导性，极易受到太阳照射而导致材料吸热温度升高。例如在夏季，暴露在室外的钢铁器件表面温度可达到70～80℃，每年对石油储罐等进行降温而产生能耗巨大。此外，一些钢铁材质设施温度升高还会造成众多安全隐患。然而现有的涂层耐热性、隔热性能较差，无法满足现阶段对该类涂层的性能要求，因此急需设计一种隔热性好耐蚀性能优良的环保无铬锌铝涂料。
4.隔热涂料的隔热机理主要可分为反射型隔热、阻隔型隔热、辐射性隔热三类。
5.反射型隔热涂料具有很高的太阳光反射率，能把照射到涂层上的可见光和近红外光反射回大气层中，避免了涂覆表面对太阳辐射热能的吸收，减少物体表面热量的积累，达到降温的目的。金红石型二氧化钛作为高反射率(折射率为2.76)且隔热性能优异的填料，紫外屏蔽效果优良，耐候性好、遮盖能力强（23.6 m2/ kg），还具有质量小，抗冲击能力强，机械性能好等特性，能够满足涂料使用的力学性能要求。


技术实现要素：

6.本发明提供的目的在于提供一种环保隔热耐腐蚀水性无铬锌铝涂料及其制备方法，采用丙烯酸树脂作为主要钝化剂和粘结剂，在保证涂料具有优异耐盐雾性能和稳定性能的同时，具有优异的隔热性能和 防腐蚀效果的水性环保涂料，实现传统的溶剂型防腐蚀涂料向水性环保涂料的转变，降低voc挥发，顺应绿色环保发展趋势，适用于钢铁材质的化工油罐、管道运输、住人集装箱等需要维持内部温度的应用环境。
7.本发明的技术方案是：一种环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝涂料，按重量份数计，该环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝涂料包括以下组分和含量：片状铝粉3～16份，片状锌粉10～40份，水性丙烯
酸树脂3～15份，硅烷偶联剂3～15份，二氧化钛粉体3～15份，乳化剂0.3～4份，分散剂5～25份，助溶剂5～20份，缓蚀剂0.1～3份，增稠剂0.01～1份，去离子水8～48份，消泡剂0.01～1份。
8.所述的环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝涂料，片状铝粉片径为5～25
µ
m，厚度为0.1～0.5
µ
m。
9.所述的环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝涂料，片状锌粉片径为5～20
µ
m，厚度为0.1～0.6
µ
m。
10.所述的环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝涂料，二氧化钛粉体为纳米金红石型二氧化钛，径粒为20～100nm。
11.所述的环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝涂料，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。
12.所述的环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝涂料，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。
13.所述的环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝涂料， 丙烯酸树脂为水溶性丙烯酸树脂。
14.环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝涂料的制备方法，包括以下步骤：（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、消泡剂，混合搅拌3～5h。
15.（2）、配置b步骤，将乳化剂、缓蚀剂分散于去离子水中，分散20～60min；（4）、配置c步骤，将二氧化钛粉体分散于b步骤配置的物质中，充分超声直至其分散均匀。
16.（5）、将a步骤和c步骤配制的物质混合，快速搅拌0.5～1h，加入水性丙烯酸树脂，继续搅拌0.5～1h后，加入增稠剂，搅拌6～12h，制得最终环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝涂料。
17.所述的环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝涂料制备方法，将制备好的环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝涂料涂覆在钢铁材质样板上，常温固化60～90min，获得的涂层厚度80～120μm，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2000h以上。由于隔热温差的测试尚未有统一的标准，本文参照 hg/t 4341-2012《金属表面用热反射涂料》中的隔热温差测试方法，采用自制的实验装置进行测试，测试结果显示该涂层隔热性能达到jg/t 235-2008《建筑反射隔热涂料》建工行业标准，隔热温差≥10℃。涂料在5～30℃的环境下可储存6～10个月。
18.本发明的优点及有益效果是：本发明在水性丙烯酸树脂作为粘结剂和钝化剂的无铬锌铝涂料的制备过程中，添加纳米金红石型二氧化钛，混合均匀后得到成品水性无铬锌铝涂料。其中，以水性丙烯酸树脂和硅烷偶联剂以及缓蚀剂（钼酸钠等）对锌、铝粉进行复合钝化，制得涂层耐蚀性能优异。纳米级二氧化钛为金红石型结构，具有高反射率，遮盖能力强，且纳米级金红石型二氧化钛
分散性好，是一种极佳的热反射型隔热填料。结合两者优异特性，采用制备流程简单、适合大规模工业生产的方法制得耐腐蚀隔热水性锌铝环保涂料，满足当前对钢铁材质的化工油罐、管道运输、住人集装箱等需要维持内部温度的应用环境的应用需求，且顺应绿色环保发展趋势。
19.1、本发明提供的涂料能够常温固化，降低能耗，绿色环保，无污染环境，无公害，同时具有优异的稳定性能。
20.2、本发明涂层将防腐蚀性能与隔热性能相结合，摒弃传统防腐蚀、隔热复合涂层体系，设计开发出单层防腐蚀隔热涂料，满足当前钢铁设施对隔热防腐蚀性能的需求。
21.3、本发明涂料在5～30℃的环境下可储存6～10个月。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2000h以上。由于隔热温差的测试尚未有统一的标准，本文参照hg/t4341-2012《金属表面用热反射涂料》中的隔热温差测试方法，采用自制的实验装置进行测试。测试结果显示该涂层隔热性能达到jg/t 235-2008《建筑反射隔热涂料》建工行业标准，隔热温差≥10℃。
22.4、本发明提供环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝涂料制备方法，制备工艺简单，使用于大规模的工业化生产。
具体实施方式
23.下面通过实施例对本发明进一步详细描述。
24.实施例1：本实施例中，环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝涂料的制备方法如下：1、将金属铝粉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）、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、将20g纳米金红石型tio2粉体分散于2步骤配置的物质中，充分超声直至其分散均匀。
25.4、将1步骤和3步骤配制的物质混合，快速搅拌0.5h，加入(c3h4o2)n（40g）,继续搅拌0.5h后，加入羟乙基纤维素1g，搅拌6h，，制得最终环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝涂料。
26.将制备好的环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝涂料离心涂覆3片钢铁材质样板，常温固化60min，获得的涂层厚度80μm，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2000h。涂料常温下可储存7个月。由于隔热温差的测试尚未有统一的标准，本文参照 hg/t 4341-2012《金属表面用热反射涂料》中的隔热温差测试方法，采用自制的实验装置进行测试，测试结果显示隔热温差为10.2℃，则该涂层隔热性能达到jg/t 235-2008《建筑反射隔热涂料》建工行业标准，隔热温差≥10℃。
27.实施例2：本实施例中，环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝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）、二甲基硅油4g，混合搅拌4h；2、将op-10（5g）和植酸4g分散于325g去离子水中，分散20min；3、将25g纳米金红石型tio2粉体分散于2步骤配置的物质中，充分超声直至其分散
均匀。
28.4、将1步骤和3步骤配制的物质混合，快速搅拌0.75h，加入(c3h4o2)n（40g）,继续搅拌0.75h后，加入羟乙基纤维素1g，搅拌8h，，制得最终环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝涂料。
29.将制备好的环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝涂料涂覆3片钢铁材质样板，常温固化70min，获得的涂层厚度90μm，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2200h，涂料常温下可储存8个月。由于隔热温差的测试尚未有统一的标准，本文参照 hg/t 4341-2012《金属表面用热反射涂料》中的隔热温差测试方法，采用自制的实验装置进行测试，测试结果显示隔热温差为10.9℃，则该涂层隔热性能达到jg/t 235-2008《建筑反射隔热涂料》建工行业标准，隔热温差≥10℃。
30.实施例3：本实施例中，环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝涂料的制备方法如下：1、将金属铝粉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）、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、将30g纳米金红石型tio2粉体分散于2步骤配置的物质中，充分超声直至其分散均匀。
31.4、将1步骤和3步骤配制的物质混合，快速搅拌0.5h，加入(c3h4o2)n（40g）,继续搅拌0.5h后，加入羟乙基纤维素1g，搅拌8h，，制得最终环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝涂料。
32.将制备好的环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝涂料离心涂覆3片钢铁材质样板，常温固化80min，获得的涂层厚度120μm，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2500h，涂料常温下可储存9个月。由于隔热温差的测试尚未有统一的标准，本文参照hg/t4341-2012《金属表面用热反射涂料》中的隔热温差测试方法，采用自制的实验装置进行测试，测试结果显示隔热温差为12.3℃，则该涂层隔热性能达到jg/t235-2008《建筑反射隔热涂料》建工行业标准，隔热温差≥10℃。
33.实施例4：本实施例中，环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝涂料的制备方法如下：1、将金属铝粉60g、金属锌粉192g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）、二甲基硅油4g，混合搅拌4h；2、将op-10（10g）和植酸4g分散于400g去离子水中，分散30min；3、将35g纳米金红石型tio2粉体分散于2步骤配置的物质中，充分超声直至其分散均匀。
34.4、将1步骤和3步骤配制的物质混合，快速搅拌0.9h，加入(c3h4o2)n（50g）,继续搅拌1h后，加入羟乙基纤维素1g，搅拌6h，，制得最终环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝涂料。
35.将制备好的环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝涂料离心涂覆3片钢铁材质样板，常温固化90min，获得的涂层厚度90μm，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2300h，涂料常温下可储存9个月。由于隔热温差的测试尚未有统一的标准，本文参照 hg/t 4341-2012《金属表面用热反射涂料》中的隔热温差测试方法，采用自制的实验装置进行测试，测试结果显示隔热温差为13.5℃，则该涂层隔热性能达到jg/t 235-2008《建
筑反射隔热涂料》建工行业标准，隔热温差≥10℃。
36.实施例5：本实施例中，环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝涂料的制备方法如下：1、将金属铝粉50g、金属锌粉196g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）、二甲基硅油4g，混合搅拌4h；2、将np-9（10g）和植酸4g分散于400g去离子水中，分散30min；3、将40g纳米金红石型tio2粉体分散于2步骤配置的物质中，充分超声直至其分散均匀。
37.4、将1步骤和3步骤配制的物质混合，快速搅拌1h，加入(c3h4o2)n（60g）,继续搅拌1h后，加入羟乙基纤维素1g，搅拌8h，，制得最终环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝涂料。
38.将将制备好的环保隔热耐腐蚀的水性无铬锌铝涂料离心涂覆3片钢铁材质样板，常温固化60min，获得的涂层厚度100μm，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2400h，涂料常温下可储存8个月。由于隔热温差的测试尚未有统一的标准，本文参照 hg/t 4341-2012《金属表面用热反射涂料》中的隔热温差测试方法，采用自制的实验装置进行测试，测试结果显示隔热温差为14.8℃，则该涂层隔热性能达到jg/t 235-2008《建筑反射隔热涂料》建工行业标准，隔热温差≥10℃。