[发明专利]一种无铬水性涂料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种无铬水性涂料。该涂料由20％‑30％的A、5％‑15％的B、5％‑10％的Al粉、25％‑50％的Zn粉、10％‑30％的水性树脂或乳液、5％‑20％的水组成。其中，A由甲基邻苯二甲酸、ZrCl₄以及3‑氨基丙酸反应得到；B由硅烷偶联剂和山梨酸反应得到。该涂料的制备方法：先将A和B混合均匀；然后向其中加入其它组分，充分搅拌，混合均匀，即可。本发明的水性涂料，避免了铬的使用，对环境友好；耐腐蚀能力强，稳定性好，可以长时间储存，在保质期内不产生沉淀。

技术领域

本发明属于金属表面处理工艺，具体涉及一种无铬水性涂料及其制备方法和应用。

背景技术

紧固件是用作工程和基础设施的关键材料，是起紧固连接作用并且应用极为广泛的一类机械零件。其使用行业广泛，在各种机械设备、车辆、船舶、铁路、桥梁等用品上都能看的紧固件的身影。其使用寿命直接影响设备的安全稳定生产，其中决定这种稳定性和安全性的关键是金属紧固件表面的涂层(涂料)。一般的涂料是由粘合剂、表面钝化剂、表面涂层引发剂以及添加Cr、Al、Zn等盐组成。尤其金属铬酸盐组成的涂层，铬酸盐在涂层中起到成膜物质和钝化的双重作用，经过铬酸盐处理的涂层，其具有提高耐蚀、装饰、保护金属紧固件的作用。但是，由铬酸盐组成的化合物，含有重金属盐Cr，容易对环境造成污染，而被禁止使用。

目前的发明和已经有的文献，是将Cr盐的双重作用分解，用一些物质(如硅、锆、环氧树脂、氨基树脂等)成膜，而用另一些盐(如钨盐、钼盐等)分担铬盐的钝化作用。然而，由于组成的复杂性，在水中的Al、Zn在贮藏期间易被腐蚀产生气体而膨气。另外一些金属及其盐的钝化剂，由于不稳定而在水中产生沉淀，而丧失涂层的功能。因此，采用特殊的方法保证材料的稳定性和防止Al、Zn被腐蚀而产生膨气，是一个具有挑战性的问题。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种无铬水性涂料。具体的技术方案如下：

一种无铬水性涂料，按质量百分含量由以下成分组成：20％-30％的A、5％-15％的B、5％-10％的Al粉、25％-50％的Zn粉、10％-30％的水性树脂或乳液、5％-20％的水；所述A具有钝化和成膜作用，其结构如下：

其中，M为金属元素Zr或Ti，R为1-3个碳原子的烷基，L₁为-OH、-COOH或-NH₂，L₂为-OH、-COOH或-NH₂，L₁与L₂可以相同；

所述B为乳化剂，其结构如下：

优选地，所述水性树脂或乳液为丙烯酸乳液、环氧树脂、聚氨脂乳液或苯丙乳液。

优选地，所述Al粉与Zn粉的质量比为1:5。

优选地，所述L₁和L₂皆为-COOH。

优选地，所述水性树脂或乳液为聚氨脂乳液。

A的制备方法如下：

首先将甲基邻苯二甲酸、ZrCl₄以及3-氨基丙酸(NH₂-CH₂-CH₂-COOH)，按照摩尔比1:1:2的比例加入到合成装置中，然后升温到85-95℃，搅拌，反应5h，即可制得物质A。

B的制备方法如下：

在合成装置中加入硅烷偶联剂和山梨酸(摩尔比为1:1)，搅拌，在85-95℃温度反应5h，即可得到物质B。其制备流程如下：