本發明涉及一種金屬防腐涂料，具體地說，涉及一種用于鋁合金防腐的水性涂料及其制備方法和應用。

背景技術：

鋁合金具有密度小、強度高、易加工成形性好等優點，廣泛應用于國民經濟和國防建設各個領域，例如建筑、航空航天、汽車、船舶等。然而鋁合金在各種環境中使用會發生不同程度的腐蝕，一方面影響鋁合金的性能，導致安全隱患，另一方面也造成了大量浪費。因此鋁合金板材板材在制造完成后，往往需要對其表面進行防腐處理，防腐處理通常采用在其表面涂覆涂料來實現。用于鋁合金防腐的涂料的研究引起了本領域科研人員的關注和重視。

然而現有的用于鋁合金防腐的涂料還存在不少的問題，首先，涂料中大量使用有機溶劑，成本較高，同時會對環境、人體健康造成危害，制備過程和使用過程也會產生大量的三廢；其次，現有的用于鋁合金防腐的涂料耐腐蝕性能仍然不高，限制了其應用，一方面涂料穩定性差，另一方面涂料與鋁合金材料結合力不高，容易造成脫落。

鑒于鋁合金在各個領域應用的普遍性，本領域亟需開發性能更加優異的防腐涂料。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有的鋁合金防腐涂料的上述缺陷，提供一種用于鋁合金防腐的水性涂料及其制備方法和應用，該用于鋁合金防腐的水性涂料環保經濟，并且更加穩定，與鋁合金基體結合更加牢固。

為了實現本發明的目的，第一方面，本發明提供一種用于鋁合金防腐的水性涂料，其中，該水性涂料主要成分包括聚乙二醇、硅烷偶聯劑、納米二氧化硅、水溶性稀土金屬鹽、水溶性聚氨酯、聚丙烯酰胺和水。

根據本發明，優選地，在水性涂料中，相對于1重量份的水溶性聚氨酯，聚乙二醇的用量為2～5重量份，硅烷偶聯劑的用量為0.2～0.5重量份，納米二氧化硅的用量為0.5～1重量份、水溶性稀土金屬鹽的用量為0.3～0.6重量份，聚丙烯酰胺的用量為0.5～1重量份，水的用量為15～40重量份。

根據本發明，在水性涂料中，硅烷偶聯劑優選帶有巰基的硅烷偶聯劑，例如所述硅烷偶聯劑為γ-巰基丙基三乙氧基硅烷或γ巰基丙基三甲氧基硅烷。

根據本發明，優選地，在水性涂料中，所述水溶性稀土金屬鹽為硝酸鑭或硝酸釹。硝酸鑭或硝酸釹的加入使得形成的涂料穩定性有了非常大的提高，特別地，還大大提高了對于鋁合金材料的附著力。

根據本發明，優選地，所述聚乙二醇的平均分子量為1000～1200，納米二氧化硅的平均粒徑為30～50nm。

第二方面，本發明提供一種上述用于鋁合金防腐的水性涂料的制備方法，其中，該制備方法包括以下步驟：先將硅烷偶聯劑、水溶性稀土金屬鹽溶于水中攪拌混合均勻，然后將聚乙二醇、納米二氧化硅、水溶性聚氨酯、聚丙烯酰胺加入上述混合液攪拌混合均勻，得到用于鋁合金防腐的水性涂料。

在本發明中，攪拌混合的方式可以采用本領域常規使用的方法，例如機械攪拌，攪拌速度可以為500～800轉/min。

在本發明中，本發明的原料均可通過現有技術制備或者商購得到。例如所述水溶性聚氨酯可以由常規的多元異氰酸酯類單體和多羥基醇進行聚合得到，作為市售品，例如天長市興泰精細化工廠的pu-100、pu-200、pu-300、pu-400、pu-500型水性聚氨酯樹脂分散體(固含量30～40％)。

第三方面，本發明還提供一種上述用于鋁合金防腐的水性涂料或上述方法制備的用于鋁合金防腐的水性涂料在鋁合金防腐中的應用，其中，包括使用上述水性涂料在鋁合金表面進行涂覆，然后在100～130℃烘干固化。所述烘干可以在熱風干燥箱中進行。

根據本發明，對于涂覆的方法并沒有特別的限定，例如可以為本領域常規使用的方法，包括噴涂、刷涂或浸漬等。

本發明的發明人發現，涂覆涂料并烘干固化形成的涂層在0.2微米以上即可實現對鋁合金的較好的防腐保護，可以滿足基本的應用。優選地，涂料在涂覆、烘干固化后在鋁合金表面形成的涂層厚度為0.2～1.5微米。涂層的厚度可以通過常規的例如熒光光譜儀進行測定。

本發明的用于鋁合金防腐的水性涂料具有以下優點：

1)本發明的用于水性涂料的綠色環保、不污染環境，并且具有非常優異的穩定性。

2)本發明的用于水性涂料與鋁合金表面附著力強，能夠更加緊密地與鋁合金表面貼合，不會脫落，防腐蝕性能更好。

3)涂覆本發明的水性涂料形成的涂層，光滑平整、致密均勻，無縮孔、縮邊。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。但這些實施例僅限于說明本發明而不是對本發明的保護范圍的進一步限定。

實施例1

先將0.2kg硅烷偶聯劑(γ-巰基丙基三乙氧基硅烷或)、0.1kg水溶性稀土金屬鹽(硝酸釹)加入30kg水中機械攪拌(650轉/min)混合均勻，然后將3kg聚乙二醇、0.5kg納米二氧化硅、1kg水溶性聚氨酯(以固含量計，pu-300型水性聚氨酯樹脂分散體，固含量35％)、1kg聚丙烯酰胺加入上述混合液機械攪拌(800轉/min)混合均勻，得到用于鋁合金防腐的水性涂料a1。

實施例2

先將0.4kg硅烷偶聯劑(γ-巰基丙基三乙氧基硅烷)、0.05kg水溶性稀土金屬鹽(硝酸鑭)加入40kg水中機械攪拌(600轉/min)混合均勻，然后將5kg聚乙二醇、0.8kg納米二氧化硅、1kg水溶性聚氨酯(以固含量計，pu-300型水性聚氨酯樹脂分散體，固含量35％)、0.5kg聚丙烯酰胺加入上述混合液機械攪拌(1000轉/min)混合均勻，得到用于鋁合金防腐的水性涂料a2。

實施例3

先將0.5kg硅烷偶聯劑(γ巰基丙基三甲氧基硅烷)、0.15kg水溶性稀土金屬鹽(硝酸釹)加入15kg水中機械攪拌(650轉/min)混合均勻，然后將2kg聚乙二醇、0.8kg納米二氧化硅、1kg水溶性聚氨酯(以固含量計，pu-300型水性聚氨酯樹脂分散體，固含量35％)、0.7kg聚丙烯酰胺加入上述混合液機械攪拌(800轉/min)混合均勻，得到用于鋁合金防腐的水性涂料a3。

實施例4

先將0.2kg硅烷偶聯劑(γ-巰基丙基三乙氧基硅烷)、0.03kg水溶性稀土金屬鹽(硝酸釹)加入30kg水中機械攪拌(650轉/min)混合均勻，然后將3kg聚乙二醇、0.5kg納米二氧化硅、1kg水溶性聚氨酯(以固含量計，pu-300型水性聚氨酯樹脂分散體，固含量35％)、1kg聚丙烯酰胺加入上述混合液機械攪拌(800轉/min)混合均勻，得到用于鋁合金防腐的水性涂料a4。

實施例5

先將0.2kg硅烷偶聯劑(γ-巰基丙基三乙氧基硅烷)、0.02kg水溶性稀土金屬鹽(硝酸鑭)加入30kg水中機械攪拌(650轉/min)混合均勻，然后將3kg聚乙二醇、0.5kg納米二氧化硅、1kg水溶性聚氨酯(以固含量計，pu-300型水性聚氨酯樹脂分散體，固含量35％)、1kg聚丙烯酰胺加入上述混合液機械攪拌(800轉/min)混合均勻，得到用于鋁合金防腐的水性涂料a5。

實施例6

先將0.2kg硅烷偶聯劑(γ-巰基丙基三乙氧基硅烷)、0.1kg水溶性稀土金屬鹽(硝酸鈰)加入30kg水中機械攪拌(650轉/min)混合均勻，然后將3kg聚乙二醇、0.5kg納米二氧化硅、1kg水溶性聚氨酯(以固含量計，pu-300型水性聚氨酯樹脂分散體，固含量35％)、1kg聚丙烯酰胺加入上述混合液機械攪拌(800轉/min)混合均勻，得到用于鋁合金防腐的水性涂料a6。

實施例7

先將0.2kg硅烷偶聯劑(環己基三甲氧基硅烷)、0.1kg水溶性稀土金屬鹽(硝酸釹)加入30kg水中機械攪拌(650轉/min)混合均勻，然后將3kg聚乙二醇、0.5kg納米二氧化硅、1kg水溶性聚氨酯(以固含量計，pu-300型水性聚氨酯樹脂分散體，固含量35％)、1kg聚丙烯酰胺加入上述混合液機械攪拌(800轉/min)混合均勻，得到用于鋁合金防腐的水性涂料a7。

對比例1

先將0.2kg硅烷偶聯劑(γ-巰基丙基三乙氧基硅烷)加入30kg水中機械攪拌(650轉/min)混合均勻，然后將3kg聚乙二醇、0.5kg納米二氧化硅、1kg水溶性聚氨酯(以固含量計，pu-300型水性聚氨酯樹脂分散體，固含量35％)、1kg聚丙烯酰胺加入上述混合液機械攪拌(800轉/min)混合均勻，得到用于鋁合金防腐的水性涂料d1。

對比例2

先將0.2kg硅烷偶聯劑(γ-巰基丙基三乙氧基硅烷或)、0.1kg水溶性稀土金屬鹽(硝酸釹)加入30kg水中機械攪拌(650轉/min)混合均勻，然后將0.5kg納米二氧化硅、1kg水溶性聚氨酯(以固含量計，pu-300型水性聚氨酯樹脂分散體，固含量35％)、1kg聚丙烯酰胺加入上述混合液機械攪拌(800轉/min)混合均勻，得到用于鋁合金防腐的水性涂料d2。

測試例1

將實施例1-7和對比例1-2中的得到的涂料分別刷涂在鋁合金試塊l1-l9上，100℃烘干固化，測得形成涂層厚度均為0.8微米，將涂覆后的l1-l9鋁合金試塊進行測試，試塊采用200mm*30mm*3mm尺寸的6061鋁合金(購于河南明泰鋁業股份有限公司)。具體測試方法和結果如表1所示：

表1

其中，耐酸性是在5％h2so4，25℃條件下進行的；耐堿性是在3％naoh，25℃條件下進行的。從上表可以看出，本發明的水性涂料能夠以強附著力與鋁合金進行結合，形成的涂層光滑平整，耐腐蝕能力有了極大的提高。

測試例2

將實施例1-7和對比例1-2中方法制備的涂料在制備后當天(0天)、制備密封保存第50天、制備密封保存第100天和制備密封保存第150天進行200h鹽霧試驗，然后進行銹蝕面積的測量。具體結果如表2所示。

表2

從上表可以看出，本發明提供的水性涂料具有很好的穩定性，保存5個月以上使用仍然具有良好的性能，對鋁合金產生良好的保護作用。