环保型纳米皮膜剂及其制备方法与制备设备技术

本发明专利技术公开一种环保型纳米皮膜剂及其制备方法与制备设备，该皮膜剂由以下重量份的原料制备而成：10‑12份硅烷偶联剂、25‑30份不饱和聚酯改性丙烯酸树脂、0.04‑0.06份纳米二氧化硅、60‑80份无水乙醇和29‑30份去离子水；将纳米二氧化硅加入到制备装置中，向制备装置中加入无水乙醇和去离子水,在转速为800‑900rpm的搅拌条件下将硅烷偶联剂滴入制备设备中,将不饱和聚酯改性丙烯酸树脂投入到制备设备中,搅拌2h即可制得该环保型纳米皮膜剂，本发明专利技术还公开了该皮膜剂的制备设备，包括反应釜、溶剂投料装置、搅拌装置和树脂投料装置；本发明专利技术制得的皮膜剂中不含有磷和重金属离子铬，不会对环境造成污染，耐腐蚀性强，可用于冷轧板表面处理。

Environmental friendly nano film agent and its preparation method and equipment

【技术实现步骤摘要】
环保型纳米皮膜剂及其制备方法与制备设备
本专利技术涉及金属表面处理
，具体涉及环保型纳米皮膜剂及其制备方法与制备设备。
技术介绍
皮膜剂是一种金属表面处理剂,能与金属产生反应,在清除金属表面锈蚀的同时,形成一种不溶于水、化学惰性、牢固附着在金属表面的保护膜,这种保护膜有利于防止金属氧化,也有利于在后续的金属表面喷涂工序中,使喷涂的漆膜、塑粉与金属的接合力、附着力增强,因而被广泛用于汽车、冰箱、空调等金属制品的制作行业。皮膜剂包括含磷皮膜剂和无磷皮膜剂两类,含磷皮膜剂对环境污染严重,在使用过程中会产生大量含磷酸盐的废水和废渣,这些废水和废渣的处理工艺较为复杂,处理费用也较高。现有的无磷皮膜剂中有一些虽不含磷,但却含有其他有害成分,如氟锆酸或六价铬等,这些有害物质对环境也会造成污染；还有一些无磷皮膜剂虽不含磷,但其作用仅相当于防锈剂,其与金属表面并不产生氧化或置换反应,用这种无磷皮膜剂处理金属后,在金属表面形成的保护膜可以起到一定的防止金属氧化的作用,但这种保护膜与漆膜和塑粉的接合力、附着力都很差,时间久了膜很容易从金属表面剥落；另外,在皮膜剂生产过程中需要使用大量的搅拌设备，需要人工对搅拌桨的位置进行调节，需要耗费较多的人力，使得生产效率低下，且皮膜剂制备过程中需要加入树脂提高皮膜剂的附着能力等，树脂在添加时由于本身的黏度较大，人工投料容易时容易撒漏粘附在容器表面造成污染。中国专利技术CN103397323B公开了一种无磷无渣常温皮膜剂，适用于多种金属材质如：冷轧板、热轧板、铸铁、镀锌板、电解板、铝及铝合金等金属表面处理。该无磷无渣常温皮膜剂的主要组成为：氟锆酸、氢氟酸、硝酸镁、过氧化氢和水。该皮膜剂分为三个组分，A成分为：氟锆酸、氢氟酸和水；B成分为：硝酸镁、过氧化氢和水；C成分为：氟锆酸、硝酸镁和水。将A和B按一定比列混合并充分搅拌，余量用水加满。C为补充剂，当上述处理液浓度降低时，可按一定比列添加进行调整。所以，如何设计一种不含磷、铬等重金属离子，附着性好的环保型纳米皮膜剂，成为我们当前要解决的问题。
技术实现思路
为了克服上述的技术问题，本专利技术提供环保型纳米皮膜剂及其制备方法与制备设备。本专利技术需要解决的问题：1、目前使用的皮膜剂含有重金属离子铬和磷元素，容易对环境造成污染。2、无磷皮膜剂的接合力、附着力都很差，无法长久的对金属表面进行保护。3、树脂投料时容易出现残留粘结，且树脂存放时会出现沉降，影响使用。4、目前的搅拌设备需要人工调节搅拌桨的位置，耗费人力，效率低下。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：环保型纳米皮膜剂，由以下重量份的原料制备而成：10-12份硅烷偶联剂、25-30份不饱和聚酯改性丙烯酸树脂、0.04-0.06份纳米二氧化硅、60-80份无水乙醇和29-30份去离子水；该环保型纳米皮膜剂的制备方法如下：步骤一、取0.04-0.06份的纳米二氧化硅加入到制备设备中，向制备设备中加入60-80份的无水乙醇和29-30份的去离子水,在转速为800-900rpm的搅拌条件下将10-12份的硅烷偶联剂滴入制备设备中,置于室温下,维持搅拌转速800-900rpm的条件下水解48h即得硅烷水解液；步骤二、取25份的不饱和聚酯改性丙烯酸树脂投入到制备设备中,在转速为1000-1200rpm的条件下将硅烷水解液和不饱和聚酯改性丙烯酸树脂搅拌2h即得硅烷不饱和聚酯改性丙烯酸树脂。本专利技术以不饱和聚酯改性丙烯酸树脂为主要成膜物质，硅烷偶联剂作为封孔剂，纳米二氧化硅作为填料，采用共混法制备皮膜剂，该皮膜剂涂覆在金属表面时会在金属表面形成一层树脂膜，皮膜剂中的硅烷偶联剂水解后生成的硅醇会与树脂膜形成稳定的Si-O连接结构，且硅醇会与皮膜剂中的无机填料纳米二氧化硅形成相同的Si-O连接结构，从而将树脂膜与纳米二氧化硅相连接，使得树脂膜表面又形成了一层钝化膜，从而对金属进行双重保护。进一步地，纳米二氧化硅的制备方法如下：在锥形瓶中加入50-60份无水乙醇、10-20份去离子水和1.5-2份的质量分数为25-28％的浓氨水，将锥形瓶置于磁力搅拌器中在转速为1000rpm的条件下搅拌10-15min，然后向锥形瓶中加入0.8-1.2份的正硅酸乙酯和37份的无水乙醇，在转速为1000rpm的条件下搅拌1-2min，搅拌完成后将转速降低至600-700rpm，盖紧瓶塞，保持反应温度在20-30℃之间，持续反应2-3h,反应完成后，对锥形瓶中的溶液进行离心分离收集，并对收集的固体使用无水乙醇和去离子水各清洗2-3次，所得固体置于烘干箱中干燥处理，研磨后即可得到纳米二氧化硅。进一步地，硅烷偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷中的一种。进一步地，不饱和聚酯改性丙烯酸树脂的制备方法如下：步骤S1、将50-60份苯酐、40-50份顺酐、20-30份乙二醇、20-30份正丁醇和55-60份的1,2-丙二醇依次加入到三口烧瓶中，将三口烧瓶置于加热套中加热至110-130℃，使用磁力搅拌器进行搅拌，在转速为800-900rpm下搅拌10-15min，搅拌完毕后，将三口烧瓶加热至160-170℃，保持反应温度160-170℃，在转速为600-700rpm下搅拌反应45min，反应完成后，继续加热至230℃，当加热到230℃后，将三口烧瓶置于室温下冷却，即可制得不饱和聚酯树脂；步骤S2、将50-60份的不饱和聚酯树脂投入反应釜中，将反应釜升温至180-190℃，向反应釜中滴加40-60份的丙烯酸-2-乙基乙酯和15-20份的苯乙烯，使用分散机搅拌10-15min，混合均匀后，向反应釜中加入8-10份的引发剂和5-7份的十二烷基硫醇，保持反应温度180-190℃，持续反应2h，反应完成后，再次向反应釜中加入2-3份的引发剂和1-2份的十二烷基硫醇，保持反应温度180℃，持续反应至反应釜内的黏度达到180-220(涂-4杯)/s，当不饱和聚酯改性丙烯酸树脂的转化率为96％以上时，停止加热，抽真空蒸发溶剂，加入稀释剂调节不饱和聚酯改性丙烯酸树脂的黏度维持在180-220(涂-4杯)/s的范围内，最后将所得树脂冷却至室温后使用滤布滤除杂质，即得到不饱和聚酯改性丙烯酸树脂。进一步地，稀释剂为醋酸丁酯和二甲苯的混合溶剂，混合体积比为醋酸丁酯：二甲苯＝2:1。进一步地，步骤S1中加热至230℃时的升温速率为15℃/h，步骤S2中使用的分散机的转速为1000-1200rpm。进一步地，步骤S2中使用的引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过氧化二碳酸二异丙酯或过氧化二碳酸二环己酯中的一种或几种。本专利技术通过使用苯酐和顺酐与多元醇反应制得不饱和聚酯树脂，再与丙烯酸单体、苯乙烯聚合，由不饱和聚酯树脂提供羟基，摒弃了由羟基单体提供羟基的传统做法，降低了成本，同时，由于引入不饱和聚酯树脂，涂层的丰满度、光泽和硬度均得到提升，得到的不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.环保型纳米皮膜剂，其特征在于，所述皮膜剂由以下重量份的原料制备而成：10-12份硅烷偶联剂、25-30份不饱和聚酯改性丙烯酸树脂、0.04-0.06份纳米二氧化硅、60-80份无水乙醇和29-30份去离子水；/n所述环保型纳米皮膜剂的制备方法如下：/n步骤一、将纳米二氧化硅加入到制备装置中，向制备装置中加入无水乙醇和去离子水,在转速为800-900rpm的搅拌条件下将硅烷偶联剂滴入制备设备中,置于室温下,维持搅拌转速800-900rpm的条件下水解48h即得硅烷水解液；/n步骤二、将不饱和聚酯改性丙烯酸树脂投入到制备设备中,在转速为1000-1200rpm的条件下将硅烷水解液和不饱和聚酯改性丙烯酸树脂搅拌2h即得硅烷不饱和聚酯改性丙烯酸树脂。/n

【技术特征摘要】
1.环保型纳米皮膜剂，其特征在于，所述皮膜剂由以下重量份的原料制备而成：10-12份硅烷偶联剂、25-30份不饱和聚酯改性丙烯酸树脂、0.04-0.06份纳米二氧化硅、60-80份无水乙醇和29-30份去离子水；
所述环保型纳米皮膜剂的制备方法如下：
步骤一、将纳米二氧化硅加入到制备装置中，向制备装置中加入无水乙醇和去离子水,在转速为800-900rpm的搅拌条件下将硅烷偶联剂滴入制备设备中,置于室温下,维持搅拌转速800-900rpm的条件下水解48h即得硅烷水解液；
步骤二、将不饱和聚酯改性丙烯酸树脂投入到制备设备中,在转速为1000-1200rpm的条件下将硅烷水解液和不饱和聚酯改性丙烯酸树脂搅拌2h即得硅烷不饱和聚酯改性丙烯酸树脂。


2.根据权利要求1所述的环保型纳米皮膜剂，其特征在于，所述纳米二氧化硅的制备方法如下：
在锥形瓶中加入50-60份无水乙醇、10-20份去离子水和1.5-2份的质量分数为25-28％的浓氨水，将锥形瓶置于磁力搅拌器中在转速为1000rpm的条件下搅拌10-15min，然后向锥形瓶中加入0.8-1.2份的正硅酸乙酯和37份的无水乙醇，在转速为1000rpm的条件下搅拌1-2min，搅拌完成后将转速降低至600-700rpm，盖紧瓶塞，保持反应温度在20-30℃之间，持续反应2-3h,反应完成后，对锥形瓶中的溶液进行离心分离收集，并对收集的固体使用无水乙醇和去离子水各清洗2-3次，所得固体置于烘干箱中干燥处理，研磨后即可得到纳米二氧化硅。


3.根据权利要求1所述的环保型纳米皮膜剂，其特征在于，所述硅烷偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷中的一种。


4.根据权利要求1所述的环保型纳米皮膜剂，其特征在于，所述不饱和聚酯改性丙烯酸树脂的制备方法如下：
步骤S1、将50-60份苯酐、40-50份顺酐、20-30份乙二醇、20-30份正丁醇和55-60份的1,2-丙二醇依次加入到三口烧瓶中，将三口烧瓶置于加热套中加热至110-130℃，使用磁力搅拌器进行搅拌，在转速为800-900rpm下搅拌10-15min，搅拌完毕后，将三口烧瓶加热至160-170℃，保持反应温度160-170℃，在转速为600-700rpm下搅拌反应45min，反应完成后，继续加热至230℃，当加热到230℃后，将三口烧瓶置于室温下冷却，即可制得不饱和聚酯树脂；
步骤S2、将50-60份的不饱和聚酯树脂投入反应釜中，将反应釜升温至180-190℃，向反应釜中滴加40-60份的丙烯酸-2-乙基乙酯和15-20份的苯乙烯，使用分散机搅拌10-15min，混合均匀后，向反应釜中加入8-10份的引发剂和5-7份的十二烷基硫醇，保持反应温度180-190℃，持续反应2h，反应完成后，再次向反应釜中加入2-3份的引发剂和1-2份的十二烷基硫醇，保持反应温度180℃，持续反应至反应釜内的黏度达到180-220(涂-4杯)/s，当不饱和聚酯改性丙烯酸树脂的转化率为96％以上时，停止加热，抽真空蒸发溶剂，加入稀释剂调节不饱和聚酯改性丙烯酸树脂的黏度维持在180-220(涂-4杯)/s的范围内，最后将所得树脂冷却至室温后使用滤布滤除杂质，即得到不饱和聚酯改性丙烯酸树脂。


5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪光日，
申请(专利权)人：马鞍山拓锐金属表面技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34