一种基于PVDC树脂为主材料的自沉积涂料及其制备方法和应用

摘要

本发明公开一种基于PVDC树脂为主材料的自沉积涂料及其制备方法和应用，属于金属涂装技术领域。由PVDC树脂、SBR树脂、水性蜡、乳化剂、成膜助剂、流平剂、润湿剂、分散剂、色浆和消泡剂制成。经过脱脂、酸洗后的钢铁基材工件浸入自沉积工作液中反应，形成一层均匀树脂涂层，该涂层具有一定的耐水洗性和湿膜附着力，经过水洗烘干之后，该树脂涂层具有相当一般电泳底漆的耐蚀性能。具有工艺过程简单、不需要磷化处理、无重金属离子钝化、无反应水洗、处理温度低、成本低、施工生产线短的优点。

说明书

技术领域

本发明属于金属表面处理和金属涂装技术领域，尤其涉及一种基于PVDC树脂为主材料的自沉积涂料及其制备方法和应用。

背景技术

自沉积涂料是一种不用通电，仅通过化学反应使涂料自动覆盖在钢铁基材表面的全浸式水性涂料。该涂料的显著特点是不经过磷化前处理，直接沉积在钢铁基材表面的涂膜的性能可以接近阴极电泳涂料。自沉积涂料是由树脂、颜料、氧化剂、酸和水组成，通过钢铁基材在酸性溶液中形成的微电池化学作用，使溶液中自沉积涂料中的乳胶粒子破乳而附着于钢件之上，并且形成一种疏水性能的湿膜，该类湿膜可耐一定压力的水洗而不脱落，经过烘烤之后形成一种连续性的、有一定厚度的耐腐蚀的树脂涂层。

从上世纪70年代到80年代，世界上有许多专家学者对自沉积涂料及其自动沉积工艺进行了大量的研究，取得了较大的进展,相继发明了不少的专利技术。美国、欧洲和日本等国家相继建立了一定数量的自沉积涂装生产线。但由于厚膜阴极电泳漆的兴起，使自泳漆在上世纪80年代末处于停滞状态，一些已建成的生产线逐步被磷化前处理和阴极电泳所替代。进入上世纪90年代后期，低成本化、环保化、无公害化的涂装发展模式，再次促使专家学者们对自沉积涂料和自沉积工艺进行研究。近年来，大量自沉积涂料和自沉积工艺的专利和文献出现，专利和文献中报道的自沉积涂料的性能与之前相比有了很大的进步，并且再次有了一定范围的应用。但目前有一些弊端也阻碍着这项技术的发展，其中之一是不能采用超滤技术进行闭路水洗，导致自沉积涂料的带液损失较大，并且为了达到更高的性能，在自沉积涂装之后，湿膜要进行反应水洗。为了保证反应水洗槽液的稳定，需要对自沉积涂装之后的反应水洗的污染度进行监控，一旦达到电导率的上限需要溢流排放，导致了污水处理的压力，且反应水洗增加了操作工艺。另外，一般的湿膜需要分两段烘烤，第一段温度在70℃，第二段温度在120℃。

发明内容

因此，针对现有自沉积涂料需要反应水洗来提高性能，且为了保证反应水洗的槽液质量需要自沉积之后的水洗定期溢流，带来较大的污水处理压力的情况，且烘干湿膜为分段式烘干，烘干温度较高的缺陷，提供一种不需要反应水洗的，且低温单段烘干的PVDC型的自沉积涂料及其制备方法及应用。

本发明采用的技术方案是：一种基于PVDC树脂为主材料的自沉积涂料，所述的基于PVDC树脂为主材料的自沉积涂料由PVDC树脂、SBR树脂、水性蜡、乳化剂、成膜助剂、流平剂、润湿剂、分散剂、色浆和消泡剂制成。

上述的一种基于PVDC树脂为主材料的自沉积涂料，按重量百分比组成为：

所述的PVDC树脂可以为PVDC树脂乳液，该树脂乳液固含量在30-70wt％，树脂乳液本身为酸性或者在酸性体系条件下可以稳定存在。

所述的SBR树脂可以为SBR树脂乳液，该树脂乳液固含量在20-60wt％，树脂乳液本身为酸性或者在酸性体系条件下可以稳定存在。

所述的水性蜡可以为水性蜡乳液，该水性蜡乳液固含量在10-50wt％，乳液本身为酸性或者在酸性体系条件下可以稳定存在。

所述的乳化剂选自非离子或阴离子表面活性剂，如，脂肪醇聚氧乙烯醚、异构十三醇聚氧乙烯醚、烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)中的一种或二种以上的混合。

所述的成膜助剂选自丙二醇甲醚、丙二醇苯醚、苯甲醇、十二碳醇酯、乙二醇丁醚中的一种或二种以上的混合。

所述流平剂、润湿剂、分散剂和消泡剂均来自于可直接购买的商品级的助剂，满足在酸性条件下稳定存在的要求，是来自于迪高，毕克和德谦海明斯的产品。

一种基于PVDC树脂为主材料的自沉积涂料的制备方法，包括如下步骤：中低速搅拌下向水中加入乳化剂，搅拌均匀之后，中速搅拌加入成膜助剂、流平剂、润湿剂、分散剂和消泡剂，搅拌均匀之后，中高速搅拌加入PVDC树脂、SBR树脂、水性蜡和色浆，搅拌均匀。

搅拌溶解乳化剂的过程使用中低速搅拌，以可以分散并溶解乳化剂为佳，不宜搅拌过快，搅拌几种助剂的过程中如果发泡过大，可以不按照上述的加料顺序，提前部分或者全部加入消泡剂来控制泡沫，待全部物料加入搅拌均匀之后，放料过滤，除去较大的颗粒物，出料产品的固含量在20-40wt％。所述的中低速搅拌为50-200r/min下搅拌；所述的中速搅拌为200-800r/min下搅拌；所述的中高速搅拌为800-2000r/min下搅拌。

基于PVDC树脂为主材料的自沉积涂料在钢铁基材工件涂装中的应用。方法如下：

1)预处理：将钢铁基材工件依次经脱脂、水洗、酸洗和纯水洗；

2)自沉积：于带控温和机械搅拌器的耐酸耐氟反应槽中，按重量百分比，加入4-6wt％的上述的基于PVDC树脂为主材料的自沉积涂料，3-10wt％的开缸剂和余量的纯水，得自沉积工作液；将预处理后的钢铁基材工件浸入自沉积工作液中，温度设定20±2℃，自沉积时间：2.5-3min；

3)取出自沉积后的钢铁基材工件，于75℃-85℃单段低温烘干，冷却至室温，不需要反应水洗，直接在钢铁基材工件上得到一层涂膜。

本发明提供的自沉积涂料与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明自沉积涂料，为一种不需要反应水洗即可达到较高性能的产品，不需要反应水洗，对自沉积之后的水洗的溢流量要求不高，降低污水处理负担。

2、本发明自沉积涂料，为一种优选的适合低温成膜的树脂和助剂，单段低温烘干的产品，节约了能源和烘干场地。

3、本发明自沉积涂料，可提供单一组分使用，也可生产时分为乳液和色浆两部分，其中的分成乳液和色浆的产品的存储稳定性大为提高。

4、本发明自沉积涂料，尤其适用于金属零部件的涂装，代替磷化的前期处理配合阴极电泳的涂装工艺，经过脱脂、酸洗后的直接进行自沉积涂装，形成一种连续的自沉积涂层，该涂层固化后有良好的耐蚀性；

5、采用本发明的自沉积涂料进行自沉积，不存在内腔和内表面涂装不良的问题，只要能浸入接触到自沉积工作液的部分都可以被无差别的涂装；

6、本发明自沉积涂料，产品成本低、施工工艺简单，流程简化，节能环保。

7、无反应水洗。自沉积涂料要达到良好的性能，在自沉积涂装结束之后，要经过水洗后，进入反应水洗阶段在进行补充反应以达到更高的性能要求，这对自沉积反应之后的水洗电导率有很高的要求，但是自沉积无法使用超滤技术，不能实现闭路水洗，需要对水洗水定期溢流排放，造成环保压力。

8、低温烘烤，相比于其他产品的烘干要求在大约120℃，本发明的烘干温度为75℃-85℃，甚至在足够的存放场地的条件经过2周可以自干固化，且盐雾试验达到700小时。

9、经过脱脂、酸洗后的钢铁基材工件浸入自沉积工作液中反应，形成一层均匀树脂涂层，该涂层具有一定的耐水洗性和湿膜附着力，经过水洗烘干之后，该树脂涂层具有相当一般电泳底漆的耐蚀性能。具有工艺过程简单、不需要磷化处理、无重金属离子钝化、无反应水洗、处理温度低、成本低、施工生产线短的优点

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件，均按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂。

实施例1

(一)自沉积涂料由以下物质按照质量百分比组成：

(二)制备方法：称取重量份为余量80％的去离子水，200r/min中低速搅拌下向水中加入异构十三醇聚氧乙烯醚，搅拌均匀之后，500r/min中速搅拌加入十二碳醇酯，流平剂，润湿剂，分散剂，消泡剂，搅拌均匀之后，1000r/min中高速搅拌加入PVDC树脂、SBR树脂、水性蜡和色浆，搅拌均匀，再加入剩余20％的去离子水，搅拌均匀，放料过滤，除去较大的颗粒物。

实施例2

(一)自沉积涂料由以下物质按照质量百分比组成：

(二)制备方法：称取重量份为余量80％的去离子水，200r/min中低速搅拌下向水中加入异构十三醇聚氧乙烯醚，搅拌均匀之后，500r/min中速搅拌加入十二碳醇酯，流平剂，润湿剂，分散剂，消泡剂，搅拌均匀之后，1000r/min中高速搅拌加入PVDC树脂、SBR树脂、水性蜡和色浆，搅拌均匀，再加入剩余20％的去离子水，搅拌均匀，放料过滤，除去较大的颗粒物。

实施例3

(一)自沉积涂料由以下物质按照质量百分比组成：

(二)制备方法：称取重量份为余量80％的去离子水，200r/min中低速搅拌下向水中加入十二烷基硫酸钠，搅拌均匀之后，500r/min中速搅拌加入丙二醇甲醚，流平剂，润湿剂，分散剂，消泡剂，搅拌均匀之后，1000r/min中高速搅拌加入PVDC树脂、SBR树脂、水性蜡和色浆，搅拌均匀，再加入剩余20％的去离子水，搅拌均匀，放料过滤，除去较大的颗粒物。

实施例4

(一)自沉积涂料由以下物质按照质量百分比组成：

(二)制备方法：称取重量份为余量80％的去离子水，200r/min中低速搅拌下向水中加入十二烷基硫酸钠，搅拌均匀之后，500r/min中速搅拌加入丙二醇苯醚，流平剂，润湿剂，分散剂，消泡剂，搅拌均匀之后，1000r/min中高速搅拌加入PVDC树脂、SBR树脂、水性蜡和色浆，搅拌均匀，再加入剩余20％的去离子水，搅拌均匀，放料过滤，除去较大的颗粒物。

实施例5

(一)自沉积涂料由以下物质按照质量百分比组成：

(二)制备方法：称取重量份为余量80％的去离子水，200r/min中低速搅拌下向水中加入乳化剂OP-10，搅拌均匀之后，500r/min中速搅拌加入乙二醇丁醚，流平剂，润湿剂，分散剂，消泡剂，搅拌均匀之后，1000r/min中高速搅拌加入PVDC树脂、SBR树脂、水性蜡和色浆，搅拌均匀，再加入剩余20％的去离子水，搅拌均匀，放料过滤，除去较大的颗粒物。

实施例6

(一)自沉积涂料由以下物质按照质量百分比组成：

(二)制备方法：称取重量份为余量80％的去离子水，200r/min中低速搅拌下向水中加入乳化剂OP-10，搅拌均匀之后，500r/min中速搅拌加入苯甲醇，流平剂，润湿剂，分散剂，消泡剂，搅拌均匀之后，1000r/min中高速搅拌加入PVDC树脂、SBR树脂、水性蜡和色浆，搅拌均匀，再加入剩余20％的去离子水，搅拌均匀，放料过滤，除去较大的颗粒物。

实施例7 基于PVDC树脂为主材料的自沉积涂料及其制备方法和应用

1、自沉积涂料槽液的配制和施工工艺

1)预处理：将钢铁基材工件依次经脱脂、水洗、酸洗和纯水洗；

2)自沉积：

向带控温和机械搅拌器的耐酸耐氟反应槽中，分别加入大约计算配槽量80％的水，在开启搅拌的状态下分别加入浓度为15-20wt％的实施例1-6制备的自沉积涂料，继续搅拌30min后，缓慢加入5％的自制开缸剂，继续搅拌2h后，得自沉积工作液。

施工方式：浸入式

搅拌控温，温度设定20±2℃；

自沉积涂料配槽浓度：4-6wt％；

自沉积时间：2.5-3min；

氧化还原电位：350-450mv。

3)取出自沉积后的钢铁基材工件，于75℃-85℃单段低温烘干，冷却至室温，不需要反应水洗，直接在钢铁基材工件上沉积一层涂膜。

2.性能检测

本发明实施例1-6制备的自沉积涂料的效果比较，结果如表1。

表1

由表1可见，槽液的固含量与膜厚直接相关，高的固含量可以得到更好的漆膜厚度。润湿剂和流平剂的用量增加，膜厚也在降低，但是外观更加平整光滑。SBR乳液的用量增加，漆膜的硬度增加。处理温度和处理时间都与膜厚成正比。

3、产品稳定性试验

采用实施例1-6制备的的自沉积涂料考查产品的稳定性，结果如表2。

表2

评价项目高温稳定性低温稳定性评价方法恒温(35℃)，在密闭包装条件下，静置10天。不考察评价标准样品均一稳定，无分层现象；不发臭不考察

由表2可见，该产品的稳定性符合常规水性涂料的要求。

本发明基于PVDC树脂为主材料的自沉积涂料，属于金属涂装技术领域。实验结果表明，在无反应水洗的条件下自沉积涂料达到了良好的性能，低温烘烤，且盐雾试验达到700小时。体系稳定无分层结块现象。