專利名稱：有機-無機雜化硅烷金屬水性防腐涂料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種有機-無機雜化硅烷化防腐的水性涂料，具體地說，涉及一種有機-無機雜化硅烷金屬水性防腐涂料及其制備方法。
背景技術：
納米硅烷化金屬表面處理技術與工藝是一種發展迅猛的新型金屬表面前處理技術，國外已具有較高的工業化應用水平，能夠滿足汽車、家電等行業的使用要求。它具有綜合處理成本較低，與電泳涂料、粉末涂料、溶劑型涂料等的配套性好 的特點。根據試驗證明，納米硅烷處理劑可以用于鋼鐵及合金，鋁及合金，鋅及合金，鎂及合金等各種金屬材料的表面防銹涂飾前處理，并可以與相關的后續有機涂料配套。硅烷處理的綜合使用成本低于傳統磷化金屬表面前處理。由于硅烷處理無磷，無渣，無廢水處理，常溫、節約能源，減少了設備投資及運行成本。可在現有的磷化生產線的基礎上，更換槽液即可投入生產。雖然我國硅烷化表面處理工藝技術開發取得了一系列進展，但尚處于試驗室階段，雖少數公司和研究機構已掌握了某些方面的技術，但在工藝穩定性、潤濕性、耐蝕性等綜合性能方面，還存在著以下問題1.穩定性不夠。由于硅烷水解物不穩定，直接消解進行使用的工藝幾乎不可能應用于大規模生產，因此研究穩定的硅烷處理劑對于大規模工業生產非常重要。2.潤濕性欠佳。不同結構的硅烷水解物在金屬表面的潤濕性能有差異，潤濕性能直接影響在金屬表面所形成的硅烷膜的連續性和均勻性，3.在金屬表面處理過程中，往往需要多種硅烷共同作用產生復合效果，以提高復合膜的耐蝕性及其他性能。另外在有機硅功能基團的選擇中，還應考慮與后續涂層的結合力問題。就目前國內技術來說，不是很成熟，尤其是有機功能團的選擇上，還有很多不足之處。如中國專利200710093211公開了一種雙組分金屬重防腐水性工業涂料，尤其涉及一種由金屬顏填料、樹脂、水、助劑組成的金屬保護屏障乳化聚合物和硅烷聚合物及固化劑經過乳液聚合而成，其中硅烷聚合物是由雙一(三乙氧基甲硅基丙基)胺、乙烯基三乙酰氧基硅烷和四乙氧基硅烷聚合而成，該發明的硅烷聚合物具有克服硅烷聚合時產生凝膠缺陷的性能，還將與由金屬的顏填料、樹脂、水、助劑組成的金屬保護屏障乳化聚合物組成分子間的互穿網絡結構，從而組成了防腐性能優異的金屬重防腐水性工業涂料，這種硅烷聚合物金屬重防腐水性工業涂料也是一種低VOC含量和對環境友好的用于金屬基材表面的非溶劑型重防腐工業涂料。
發明內容
本發明的目的是提供一種有機-無機雜化硅烷金屬水性防腐涂料及其制備方法，是針對目前的實際情況，采用了納米有機-無機雜化溶膠和鋯溶膠的復合溶膠。借助多種功能團之間的相互配合，彌補單一硅烷成分在綜合性能方面的欠缺，解決目前硅烷化表面處理技術在工業化應用上出現的問題。本發明解決其技術問題的采用的技術方案為
—種有機-無機雜化硅烷金屬水性防腐涂料，其組成原料各組分的重量份數為
烷氧基正硅酸酯10-20
ZrOCl2 8H201-2
乙醇10-20
乙酰丙酮1-4
三甲氧基封端聚氧化丙烯低聚物5-10
乙氧基封端二甲基硅烷低聚物5-10 聚乙烯醇(PVA)2-5
水.10-70。一種有機-無機雜化硅烷金屬水性防腐涂料主要是按照上述配比及下述方法制得，包括以下步驟I、把烷氧基正硅酸酯、乙醇加入水中，攪拌均勻，形成混合液A ;2、把三甲氧基封端聚氧化丙烯硅烷低聚物、乙氧基封端二甲基硅烷低聚物、乙酰丙酮加入混合液A中，攪拌均勻后，形成混合物B ;3、將混合物B用氫氧化鈉溶液調節pH值到8-10，升溫到30_50°C，密封攪拌不小于2小時，制得硅溶膠C ;4、將ZrOCl2 8H20、乙酰丙酮、乙醇、水按比例混合均勻，在室溫下攪拌2小時，制成鋯溶膠D ；5、將上述硅溶膠C和鋯溶膠D按比例混合，加入聚乙烯醇(PVA)溶液，攪拌均勻即得金屬硅烷化防腐涂料。硅烷化金屬防腐涂料，傳統是將有機物摻入到溶膠-凝膠基質中制備金屬硅烷化防腐涂料。這種方法首先使金屬醇鹽水解，在對水解產物進行膠溶而制得溶膠，或者對通過無機鹽而得到的溶液進行膠溶而得到溶膠，之后選擇共溶劑，使溶膠與聚合物在共溶劑中共混，或者將聚合物浸潰于已制備的溶膠中，而制得金屬硅烷化防腐涂料。這種方法制得的復合物只是簡單的包埋，而兩種組分之間無化學鍵的連接。因而該涂料具有穩定性不夠，附著力差，防腐性能差的缺陷。本發明與現有技術相比，其積極效果是I、本發明將有機聚合物(三甲氧基封端聚氧化丙烯硅烷低聚物和乙氧基封端二甲基硅烷低聚物)溶于共溶劑(乙醇)中，無機前驅體(烷氧基正硅酸酯)在有機聚合物溶液中發生水解、縮聚形成無機網絡，將有機聚合物包埋在無機網絡中。這種方法制得的雜化材料，聚合物與無機網絡既是簡單的包埋與被包埋，也有化學鍵相互連接。2、有機低聚物分散得越均一，韌性就越好。為了提高聚合物在無機相中分散的均一性，我們采取在無機相和有機相間引入化學鍵的方法。我們選用的三甲氧基封端聚氧化丙稀娃燒低聚物和乙氧基封端_■甲基娃燒低聚物的兩端含有甲氧基和乙氧基功能基團，使其在反應過程中與無機前驅體的水解產物進行反應從而在無機相和有機相間引入化學鍵。顯著提高了涂層的韌性以及附著力。3、傳統制備方法存在一個缺點，就是在凝膠的干燥過程中，由于溶劑、水、乙醇等的揮發而產生應力，甚至會導致材料的開裂。為了克服上述弊端，用可聚合的烷氧基正硅酸酯代替常用的正硅酸酯，同時在溶膠-凝膠過程中用水和相應的醇做共溶劑，水解和縮聚釋放出4個分子可聚合的醇，在適當催化劑作用下，作為共溶劑的醇和釋放出的醇都可以聚合，無需揮發。從而避免大規模的收縮。4、采用了納米有機-無機雜化溶膠和鋯溶膠的復合溶膠，在無機相中鍵合進二氧化鋯組分，可以調整雜化材料的結構，從而改變雜化材料的性質。在固化過程中，一部分ZrO2和SiO2,發生了化學反應合成了 ZrSiO4,該ZrSiO4能提高涂層的抗氧化性能和防腐性倉泛。5、本發明產品在固化時，不需要加熱，在金屬表面也可以得到自然固化的防銹薄膜。現有技術都需要在120— 150°C的溫度下固化，節省了能源，簡化了使用工藝。被處理的金屬表面由于具有明顯的疏水性能，因此本身的防銹能力也有顯著提高。通過上述技術改進，優選的有機-無機雜化硅烷金屬水性防腐涂料是含有以下組分及重量份
烷氧基正硅酸酯15
ZrOCl2 8H202
乙醇20
乙酰丙酮3
三甲氧基封端聚氧化丙烯低聚物8
乙氧基封端二甲基硅烷低聚物7
聚乙烯醇(PVA)4
水41。優選配方制得的產品與市場上同類型產品涂試板檢測結果如下表
權利要求
1.一種有機-無機雜化硅烷金屬水性防腐涂料，其特征在于，組成原料各組分的重量份數為烷氧基正硅酸酯10-20 ZrOCl2 8H201-2乙醇10-⑶乙酰丙酮1-4三甲氧基封端聚氧化丙烯低聚物5-10乙氧基封端二甲基硅烷低聚物5-1U聚乙烯醇(PVA)2-5』、，10-70:
2.如權利要求I所述的有機-無機雜化硅烷金屬水性防腐涂料的制備方法，包括以下步驟 1、把烷氧基正硅酸酯、乙醇加入水中，攪拌均勻，形成混合液A； 2、把三甲氧基封端聚氧化丙烯硅烷低聚物、乙氧基封端二甲基硅烷低聚物、乙酰丙酮加入混合液A中，攪拌均勻后，形成混合物B ； 3、將混合物B用氫氧化鈉溶液調節pH值到8-10，升溫到30-50°C，密封攪拌不小于2小時，制得硅溶膠C ; 4、將ZrOCl2 8H20、乙酰丙酮、乙醇、水按比例混合均勻，在室溫下攪拌2小時，制成鋯溶膠D; 5、將上述硅溶膠C和鋯溶膠D按比例混合，加入聚乙烯醇溶液，攪拌均勻即得金屬硅烷化防腐涂料。
3.如權利要求I所述的有機-無機雜化硅烷金屬水性防腐涂料，其特征在于所述的有機-無機雜化硅烷金屬水性防腐涂料是含有以下組分及重量份烷氧基正硅酸_15ZrOCl2 8H202乙醇20乙酰丙酮3三甲氧基封端聚氧化丙烯低聚物8乙氧基封端二甲基硅烷低聚物7聚乙烯醇(PVA)4水41。
全文摘要
一種有機-無機雜化硅烷金屬水性防腐涂料，各組分的重量份數為烷氧基正硅酸酯10-20份、ZrOCl2·8H2O 1-2份、乙醇10-20份、乙酰丙酮1-4份、三甲氧基封端聚氧化丙烯低聚物5-10份、乙氧基封端二甲基硅烷低聚物5-10份、聚乙烯醇2-5份、水40-70份。包括以下制備步驟1、把烷氧基正硅酸酯、乙醇加入水中，攪拌均勻，形成混合液A；2、把三甲氧基封端聚氧化丙烯硅烷低聚物、乙氧基封端二甲基硅烷低聚物、乙酰丙酮加入混合液A中，攪拌均勻后，形成混合物B；3、將混合物B用氫氧化鈉溶液調節pH值到8-10，升溫到30-50℃，密封攪拌不小于2小時，制得硅溶膠C；4、將ZrOCl2·8H2O、乙酰丙酮、乙醇、水按比例混合均勻，在室溫下攪拌2小時，制成鋯溶膠D；5、將上述硅溶膠C和鋯溶膠D按比例混合，加入聚乙烯醇溶液，攪拌均勻即得。
文檔編號C09D1/00GK102719121SQ20121022560
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月3日 優先權日2012年7月3日
發明者汪十榮, 王峰, 程妤 申請人:黃山市亨泰實業有限公司