水性無鉻鋅鋁涂層的研究進展

賴奐汶 （廣州超邦化工有限公司，廣東廣州 510460）

水性無鉻鋅鋁涂層的研究進展

賴奐汶 （廣州超邦化工有限公司，廣東廣州 510460）

從提高硬度、實現(xiàn)多彩化、降低固化溫度及開發(fā)功能性等方面介紹了水性無鉻鋅鋁涂層的研發(fā)現(xiàn)狀與進展。

水性無鉻鋅鋁涂層；涂層硬度；多彩化；固化溫度；功能性

0 引言

隨著經(jīng)濟建設的不斷深化和產(chǎn)業(yè)布局的不斷調(diào)整，中國的汽車行業(yè)迎來了蓬勃發(fā)展時期，汽車的產(chǎn)銷量連續(xù)數(shù)年保持世界第一。隨著人們生活水平的提高，對汽車的需求屢創(chuàng)新高，對汽車的品質(zhì)和性能要求也越來越苛刻。汽車的腐蝕與防護從輕防腐到普通防腐，發(fā)展到今天的重防腐。重防腐涂裝也從含鉻的達克羅過渡到無鉻鋅鋁涂層，從溶劑型無鉻鋅鋁涂層發(fā)展到水性無鉻鋅鋁涂層。

水性無鉻鋅鋁涂層具有無毒、無污染、無氫脆、滲透性強、耐熱性、耐蝕性好等優(yōu)點，但是也存在涂層硬度低，抗劃傷性、導電性、結(jié)合力較差、涂層色澤單一，以及涂層固化溫度高等弊端。下面就提高水性無鉻鋅鋁涂層的涂層硬度、導電性，降低固化溫度，增加涂層色彩以及增強涂層功能性方面的研發(fā)現(xiàn)狀及進展作扼要的介紹、討論。層的耐蝕性和硬度得到了提高，而對涂層的附著力影響較小；加入MoS2可使涂層硬度增加，但涂層的耐蝕性有所降低；Fe2O3的加入對涂層硬度影響不大。

季利亞［2］和仝飛［3］考察了納米SiO2、TiO2、Al2O3、ZnO對涂層硬度和耐蝕性的影響，結(jié)果見表1。

表1 納米粒子對涂層硬度的影響Table 1 The influence of nanoparticles on the hardness of coating

1 提高水性無鉻鋅鋁涂層的硬度

一般通過采用硬質(zhì)的微粒，如TiO2、Al2O3、高硬度SiO2，或者在涂液中添加納米顆粒，來提高水性無鉻鋅鋁涂層的硬度。

胡會利［1］在涂料中分別加入250 nm的TiO2、MoS2和Fe2O3進行試驗，結(jié)果表明：加入TiO2后，涂

劉云輝［4］在涂料中添加了高硬度的SiO2，制得有機/無機雜化涂層，涂層硬度達到3H～6H。王小紅等［5］在涂料中加入納米微乳液改性的納米SiO2和納米SiC，這使涂層硬度增加到5H～6H。朱承飛等［6］在涂料中加入乙酸錳、Mn（NO3）2和MnCl2，使涂層硬度增加到7H。楊龍興［7］采用納米氧化鋅鋁，配合聚四氟乙烯（PTFE）和氣相SiO2、硅樹脂，將其涂覆于液壓件上，所得涂膜具有優(yōu)良的耐磨性。唐長林等［8］將0.001%～20%石墨烯加到涂料中，可使涂層硬度由2H增加至7H，涂層附著力良好，耐磨性、導電率增加。

2 水性無鉻鋅鋁涂層的多彩化

水性無鉻鋅鋁涂層一般為銀白色或銀灰色，色澤較為單一。王廣波［9］在涂料中加入5%～8%炭黑，配合超細炭粉和PTFE（聚四氟乙烯），制得黑色的無鉻防腐涂料。

徐瑜［10］利用黑色顏料配合特種助劑制得黑色鋅鋁涂料。黑色顏料是氧化鐵黑Fe-Mn混合物和尖晶石、多種炭黑或其混合物，用量20%～40%；特種助劑為硫酸烷基酯類、磺酸烷基酯類或磷酸烷基酯類中的一種或幾種。

胡會利［1］在鋅鋁涂料中加入納米 TiO2、MoS2、FeO3和Cr2O3四種微粒，可獲得不同色彩的涂層，其在大量試驗后，確定了各組分的配比為m（金屬粉漿）∶m（鈍化液）∶m（納米微粒）=3∶2∶0.6。

3 水性無鉻鋅鋁涂層固化溫度的降低

葛世名采用全波段高紅外輻射快速加熱技術降低涂層的固化溫度，起到節(jié)能作用，這適用于卷鋼自動生產(chǎn)線。朱承飛等［6］采用有機和無機錳鹽以及植酸作鈍化劑，以Na2MoO4·2H2O作緩蝕劑，以醇和聚醇作潤濕分散劑，配合硅烷偶聯(lián)劑等，制得涂料的固化溫度在50～100℃，涂層硬度達到7H。趙航等［11］采用稀土溶膠改性復合鋅鋁低溫燒結(jié)涂層漿料，可使涂層固化溫度降至150～250℃，優(yōu)選250℃。具體配方為：納米稀土鈰溶膠4%～9%、氧化鋅溶膠25%～35%、氧化鋁溶膠6%～10%，片狀Zn-Sc含金粉末25%～30%，片狀鋁粉5%～8%及硅丙樹脂和各種助劑。所得涂層的導電性、耐蝕性好，抗疲勞強度高。

據(jù)文獻［12］報道，采用導電聚合物，如聚苯胺（PANI）、聚亞乙基二氧噻吩（PEDOT）和聚吡咯（PPY），加上金屬Mo、Mg、Zr、Ti、V、Al、B、Co和Zn粉，涂層可于室溫下固化成膜。

4 水性無鉻鋅鋁涂層的功能性開發(fā)

4.1 導電性

Z W Wicks等［13］采用40%～70%粉狀鋅、鋁、石墨或MoS2，炭黑磷化鐵或添加錫或銻的BaSO4，Zn/Ca/Al/Sr的聚磷酸鹽或硅酸水合物，Zn/B/W的硅酸鹽或經(jīng)過摻雜的SiO2均可制得導電性無鉻鋅鋁涂層。

張建平［14］介紹了一種用于金屬表面的無鉻水性防腐蝕涂料及其制備方法。各組分在涂料中的含量（質(zhì)量分數(shù)，%）為：片狀鋅粉15～33、片狀鋁粉2.5～8、溶劑13.5～24、助劑0.2～2.5，硅烷偶聯(lián)劑雙-［γ-（三乙氧基硅）丙基］四硫化物14～22、硅烷偶聯(lián)劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷，或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷2～6、納米SiO20.05～1.5、納米TiO20.03～1.2、納米ZrO20.02～1.5、銀鹽0.3～1、聚苯胺0.1～0.3、增黏劑0～0.6、H2O為余量。

據(jù)文獻［12］報道，波音公司在導電聚合物，如PANI，PEDOT或PPY的分散體中，添加V、Ce、Si、Al、B、Co、Mg和Zn的鹽，可制得不含鉻的導電涂層。其中PANI涂層的導電率為1～2 S/cm；PEDOT涂層的導電率為10 S/cm；PPY涂層的導電率為0.001～0.01 S/cm。

4.2 自潤滑、抗熱震性

程旭東等［15］在無鉻鋅鋁涂層上再涂覆一層用SiO2溶膠改性的聚四氟乙烯（PTFE）懸浮液，讓無鉻鋅鋁涂層在PTFE懸浮液中浸泡5～10 s，于80～150℃下干燥8～15 min，再于300～340℃下烘烤20～40 min。所得涂層耐蝕性強，抗熱震性優(yōu)異，且具有自潤滑性。

4.3 耐指紋涂料

董學強等［16］采用水性有機樹脂乳液，如水性氟碳乳液、水性丙烯酸樹脂乳液、水性苯丙乳液、水性酚醛樹脂乳液、水性聚氨酯乳液或水性環(huán)氧樹脂乳液，配合膠體SiO2制備耐指紋涂料，其中膠體二氧化硅用量為10～20份（質(zhì)量分），水性有機樹脂乳液用量為20～35份（質(zhì)量分）。將耐指紋涂料涂覆于熱鍍鋅板后，所得涂層具有良好的耐蝕性、耐指紋性和環(huán)保性，能滿足家電、IT等行業(yè)的要求。

4.4 自潔凈功能

劉云暉［17］將疏水SiO2有機/無機雜化膜層（0.1～10 μm）與無鉻鋅鋁涂層（5～30 μm）復合，復合涂層的水接觸角（θ）>110°，具有自清潔性、耐沾污、疏水、摩擦因數(shù)低、防結(jié)冰、抗腐蝕，硬度高等優(yōu)點。

5 結(jié)語

（1） 在提高水性無鉻鋅鋁涂層的硬度，及降低復合膜層固化溫度方面，已取得一定研究成果，但大多為實驗室階段成果。

（2） 無鉻鋅鋁涂層的多彩化，已有黑色、藍色、紫紅色、草綠色的樣品問世。

（3） 導電聚合物的應用可能使涂層的導電性出現(xiàn)一個飛躍。

（4） 其它功能性無鉻鋅鋁涂層有待關注和研發(fā)。

1 胡會利.無鉻鋅鋁燒結(jié)涂料的研制及耐蝕機理［D］.黑龍江哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2008.

2 季利亞.碳鋼表面納米水性鋅鋁涂層的配方及性能研究［D］.江蘇南京：南京航空航天大學，2011.

3 仝飛.微納米材料增強無鉻鋅鋁涂層的研究［D］.江蘇南京：南京航空航天大學，2014.

4 劉云輝.高硬度無鉻達克羅復合膜層：CN，204354536U［P］.2015-05-27.

5 王小紅，柯昌美，王全全.一種無鉻鋅鋁防腐涂料及制備方法 ：CN，101899254A［P］. 2010-12-01.

6 朱承飛，毛丙翔.一種水性無鉻達克羅涂液及其制備方法：CN，102277022A［P］. 2011-12-14.

7 楊龍興.液壓件耐磨涂層材料：CN，104946068A［P］.2015-09-30.

8 唐長林，王木梁，范正清，等.一種石墨烯改性的達克羅涂料 ：CN，103740152A［P］. 2014-05-23.

9 王廣波.一種水性黑色無鉻防腐涂料：CN，104263217A［P］.2015-01-07.

10 徐瑜.一種制備水性無鉻達克羅的添加劑：CN，102585578A［P］.2012-07-18.

11 趙航，李朝陽.稀土溶膠改性復合鋅鋁低溫燒結(jié)涂層漿料：CN，101880485A［P］. 2010-11-10.

12 波音公司.不含鉻的轉(zhuǎn)化涂料 ：CN，101802265A［P］.2010-08-11.

13 Z W Wicks，W. Lorenz，A. Conze，et al. Conductive Organic Coating：CN，1157446A［P］. 2000-12-27.

14 張建平.用于金屬表面的無鉻水性防腐蝕涂料及其制備方法 ：CN，10693811A［P］. 2010-04-14.

15 程旭東，李邦.一種聚四氟乙烯改性的無鉻達克羅涂料及其復合涂層的制備：CN，105028440A［P］. 2015-11-11.

16 董學強，郭太雄，徐權(quán).熱鍍鋅板耐熱涂層液及其制備和使用方法：CN，106119822A［P］. 2016-11-16.

17 劉云暉.自潔凈無鉻達克羅復合膜層：CN，204354556U［P］.2015-05-27.

關于“第十八期全國有機顏料技術應用培訓班暨大氣治理、企業(yè)轉(zhuǎn)型升級高級研修班”的通知

主辦單位：中國染料工業(yè)協(xié)會有機顏料專業(yè)委員會

協(xié)辦單位：浙江原野納米科技有限公司 上海東華高壓均質(zhì)機廠 南通醋酸化工股份有限公司 維波斯新材料（濰坊）有限公司承辦單位：上海涂料染料行業(yè)協(xié)會

中國染料工業(yè)協(xié)會有機顏料專業(yè)委員會定于2017年10月16日（星期一）～20日（星期五）在上海染料研究所有限公司（五樓）舉辦“第十八期全國有機顏料技術應用培訓班暨大氣治理、企業(yè)轉(zhuǎn)型升級高級研修班”。

本次培訓班主要內(nèi)容包括微通道反應技術在有機合成中的應用、水性涂料的新進展及對顏料的新需求、透明氧化鐵在木器涂料中的應用、有機顏料與無機顏料的復配技術、顏料的物理狀態(tài)對其性能的影響、國際法規(guī)和相關產(chǎn)品標準對于著色劑的要求及應對策略、色酚顏料的合成與應用、有機-無機雜化顏料的制備思路等。

聯(lián)系人：張水鶴 13901736318 戴秀英 18918115728 鄭家琨 13621984536 范建農(nóng) 13661459079聯(lián)系電話/傳真：021-62138683 62127163

The Research Progress of Waterborne Chrome Free Zinc Aluminum Coating

Lai Huanwen （Guangzhou Chaobang Chemical Co.，Ltd.，Guangzhou Guangdong，510460，China）

The research situation and progress of waterborne chrome free zinc aluminum coating were introduced from the aspects of hardness promotion，multicolor realization，curing temperature declination and function development，etc.

waterborne chrome free zinc aluminum coating；coating hardness；multicolor；curing temperature；functional

TQ 630.7

A

1009-1696（2017）05-0030-03

2017-02-10

賴奐文（1967—），男，碩士研究生，主要研究方向為表面處理技術、腐蝕與防護技術。