本發明涉及一種金屬防腐蝕涂料和防腐蝕方法，具體地說，涉及一種鋁合金材料的防腐蝕涂料及其制備方法和鋁合金材料的防腐蝕方法。
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，因而被廣泛應用。據統計，近年來，鋁合鋁合金用量在全球范圍內的年增長率高達20％以上，并有持續增長的趨勢。然而鋁合金在各種環境中使用會發生不同程度的腐蝕，特別是在潮濕環境、海水、酸或堿環境中，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。因此鋁合金產品在制造完成后，往往需要對其表面涂覆涂料來實現防腐蝕。本領域的研究人員也對用于鋁合金保護的防腐蝕涂料進行了廣發的研究。
但是，現有的用于鋁合金材料的防腐蝕涂料還存在不少的問題，第一，防腐蝕涂料與鋁合金材料結合力不高，容易造成脫落，導致喪失防腐蝕作用；第二，現有的防腐蝕涂料防腐蝕性能不高并且穩定性差，不可長期儲藏；第三，現有的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。
技術實現要素：
鑒于現有的防腐蝕涂料還存在上述問題，提出本發明，提供一種鋁合金材料的防腐蝕涂料及其制備方法以及鋁合金材料的防腐蝕方法。
為了實現本發明的目的，第一方面，本發明提供一種鋁合金材料的防腐蝕涂料，其中，該防腐蝕涂料包括硅烷偶聯劑、羧甲基纖維素鈉、納米二氧化硅、水溶性聚氨酯、聚丙烯酰胺、水以及含有巰基的離子液體。
在本發明中，優選情況下，相對于1重量份的含有巰基的離子液體，硅烷偶聯劑的用量為0.3～0.8重量份，羧甲基纖維素鈉的用量為0.5～1重量份，納米二氧化硅的用量為0.5～1重量份、水溶性聚氨酯的用量為2～5重量份，聚丙烯酰胺的用量為1～2重量份，水的用量為20～50重量份。進一步優選情況下，相對于1重量份的含有巰基的離子液體，硅烷偶聯劑的用量為0.3～0.5重量份，羧甲基纖維素鈉的用量為0.5～0.8重量份，納米二氧化硅的用量為0.5～1重量份、水溶性聚氨酯的用量為3～5重量份，聚丙烯酰胺的用量為1～1.5重量份，水的用量為25～50重量份；更優選情況下，相對于1重量份的含有巰基的離子液體，硅烷偶聯劑的用量為0.4重量份，羧甲基纖維素鈉的用量為0.8重量份，納米二氧化硅的用量為1重量份、水溶性聚氨酯的用量為4重量份，聚丙烯酰胺的用量為1.2重量份，水的用量為45重量份。
在本發明中，發明人發現帶有巰基的離子液體能夠加強涂料對鋁合金材料的結合，并且還能起到勻化涂料的作用，使得涂料均勻細膩，優選情況下，所述的含有巰基的離子液體為1-甲基-3-(巰基乙基)咪唑四氟硼酸鹽或1-甲基-3-(巰基丙基)咪唑四氟硼酸鹽。
在本發明中，所述硅烷偶聯劑也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。
本發明還提供一種制備上述鋁合金材料的防腐蝕涂料的方法，其中，包括先將硅烷偶聯劑、羧甲基纖維素鈉、納米二氧化硅、水溶性聚氨酯、聚丙烯酰胺以及含有巰基的離子液體，混合均勻得到鋁合金材料的防腐蝕涂料。在本發明中，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500～1000轉/min。
本發明還包括一種鋁合金材料防腐蝕的方法，該方法包括先將上述防腐蝕涂料或上述方法制備的防腐蝕涂料涂覆在鋁合金材料的表面，然后高溫烘干。
在本發明中優選情況下，高溫烘干的條件包括：溫度90～110℃，烘干時間為6～8小時；防腐蝕涂料在高溫烘干后在鋁合金材料表面形成的涂層厚度為0.1～1微米。
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％)。
本發明提供的鋁合金材料的防腐蝕涂料具有以下優點：
1)本發明的用于防腐蝕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。
2)本發明的防腐蝕涂料穩定性好，保存6個月以上仍然具有良好的性能。
3)本發明的防腐蝕涂料的綠色環保、不污染環境。
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。
制備例1
氮氣保護下，在干燥三口燒瓶中，加入41gn-甲基咪唑和100ml乙腈，升溫至60℃，滴加84g的2-溴乙硫醇，保溫攪拌反應14小時，監測反應完畢，減壓濃縮得到淡黃色粘稠液體，然后用丙酮洗滌三次，減壓濃縮并干燥得到溴化1-甲基-3-(巰基乙基)咪唑；將溴化1-(巰基乙基)-3-甲基咪唑、60g氟硼酸鈉以及50ml丙酮加入至另一三口燒瓶中，升溫至50℃，保持溫度攪拌反應12小時，抽濾，濾液減壓濃縮得到1-甲基-3-(巰基乙基)咪唑四氟硼酸鹽粗品，將粗品溶于二氯甲烷，過濾，濾液減壓濃縮得到淡黃色液體1-甲基-3-(巰基乙基)咪唑四氟硼酸鹽96.8g，收率84.2％。1hnmr(400mhz,d2o,dss外標),δ8.72(s,1h)；7.45(s,1h)；7.37(s,1h)；4.25～4.31(t,2h)；3.82(s,3h)；2.88～2.92(t,2h)。
制備例2
氮氣保護下，在干燥三口燒瓶中，加入41gn-甲基咪唑和100ml乙腈，升溫至60℃，滴加85g的3-溴丙硫醇，保溫攪拌反應18小時，監測反應完畢，減壓濃縮得到淡黃色粘稠液體，然后用丙酮洗滌三次，減壓濃縮得到溴化1-甲基-3-(巰基乙基)咪唑；將溴化1-(巰基乙基)-3-甲基咪唑、60g氟硼酸鈉以及50ml丙酮加入至另一三口燒瓶中，升溫至50℃，保持溫度攪拌反應12小時，抽濾，濾液減壓濃縮得到1-甲基-3-(巰基乙基)咪唑四氟硼酸鹽粗品，將粗品溶于二氯甲烷，過濾，濾液減壓濃縮得到淡黃色液體1-甲基-3-(巰基丙基)咪唑四氟硼酸鹽99.7g，收率81.7％。1hnmr(400mhz,d2o,dss外標),δ8.74(s,1h)；7.45(s,1h)；7.35(s,1h)；4.21～4.28(t,2h)；3.80(s,3h)；2.67～2.73(t,2h)；2.38～2.44(m,2h)。
實施例1
將0.4kg硅烷偶聯劑、0.8kg羧甲基纖維素鈉、1kg納米二氧化硅、4kg水溶性聚氨酯、1.2kg聚丙烯酰胺以及1kg含有巰基的離子液體(1-甲基-3-(巰基乙基)咪唑四氟硼酸鹽)加入45kg水中，1000轉/min機械攪拌混合均勻得到鋁合金材料的防腐蝕涂料a1。
實施例2
將0.3kg硅烷偶聯劑、0.6kg羧甲基纖維素鈉、1kg納米二氧化硅、3kg水溶性聚氨酯、1kg聚丙烯酰胺以及1kg含有巰基的離子液體(1-甲基-3-(巰基乙基)咪唑四氟硼酸鹽)加入50kg水中，1000轉/min機械攪拌混合均勻得到鋁合金材料的防腐蝕涂料a2。
實施例3
將0.5kg硅烷偶聯劑、0.5kg羧甲基纖維素鈉、0.5kg納米二氧化硅、5kg水溶性聚氨酯、1.5kg聚丙烯酰胺以及1kg含有巰基的離子液體(1-甲基-3-(巰基丙基)咪唑四氟硼酸鹽)加入25kg水中，1000轉/min機械攪拌混合均勻得到鋁合金材料的防腐蝕涂料a3。
實施例4
將0.6kg硅烷偶聯劑、0.5kg羧甲基纖維素鈉、0.5kg納米二氧化硅、2kg水溶性聚氨酯、1kg聚丙烯酰胺以及0.5kg含有巰基的離子液體(1-甲基-3-(巰基乙基)咪唑四氟硼酸鹽)加入45kg水中，1000轉/min機械攪拌混合均勻得到鋁合金材料的防腐蝕涂料a4。
實施例5
將0.4kg硅烷偶聯劑、0.8kg羧甲基纖維素鈉、1kg納米二氧化硅、4kg水溶性聚氨酯、1.2kg聚丙烯酰胺以及0.2kg含有巰基的離子液體(1-甲基-3-(巰基乙基)咪唑四氟硼酸鹽)加入45kg水中，1000轉/min機械攪拌混合均勻得到鋁合金材料的防腐蝕涂料a5。
實施例6
將0.4kg硅烷偶聯劑、0.2kg羧甲基纖維素鈉、1kg納米二氧化硅、4kg水溶性聚氨酯、1.2kg聚丙烯酰胺以及0.2kg含有巰基的離子液體(1-甲基-3-(巰基乙基)咪唑四氟硼酸鹽)加入45kg水中，1000轉/min機械攪拌混合均勻得到鋁合金材料的防腐蝕涂料a6。
實施例7
將0.4kg硅烷偶聯劑、0.8kg羧甲基纖維素鈉、1kg納米二氧化硅、4kg水溶性聚氨酯、1.2kg聚丙烯酰胺以及1kg含有巰基的離子液體(溴化1-甲基-3-(巰基乙基)咪唑鹽)加入45kg水中，1000轉/min機械攪拌混合均勻得到鋁合金材料的防腐蝕涂料a7。
對比例1
將0.4kg硅烷偶聯劑、0.8kg羧甲基纖維素鈉、1kg納米二氧化硅、4kg水溶性聚氨酯、1.2kg聚丙烯酰胺加入45kg水中，1000轉/min機械攪拌混合均勻得到鋁合金材料的防腐蝕涂料d1。
對比例2
將0.4kg硅烷偶聯劑、0.8kg羧甲基纖維素鈉、1kg納米二氧化硅、4kg水溶性聚氨酯、1.2kg聚丙烯酰胺以及1kg離子液體(1-甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸鹽)加入45kg水中，1000轉/min機械攪拌混合均勻得到鋁合金材料的防腐蝕涂料d2。
對比例3
將0.4kg硅烷偶聯劑、1kg納米二氧化硅、4kg水溶性聚氨酯、1.2kg聚丙烯酰胺以及1kg含有巰基的離子液體(1-甲基-3-(巰基乙基)咪唑四氟硼酸鹽)加入45kg水中，1000轉/min機械攪拌混合均勻得到鋁合金材料的防腐蝕涂料d3。
測試例1
將實施例1-7和對比例1-3中方法制備的涂料在制備后當天(0天)、制備密封保存第60天、制備密封保存第120天和制備密封保存第180天，分別刷涂鋁合金試塊上，110℃烘干固化，測得形成涂層厚度均為0.8微米，然后在200h鹽霧試驗后進行銹蝕面積的測量。具體結果如表1所示。試塊采用200mm*30mm*3mm尺寸的6061鋁合金(購于江蘇揚東鋁業有限公司)
表1
鹽霧試驗參考gb/t1771-2007的方法進行，從上表可以看出，本發明提供的防腐蝕涂料具有很好的穩定性，保存6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。
測試例2
將實施例1-7和對比例1-3中的得到的涂料分別刷涂在鋁合金試塊m1-m10上，110℃烘干固化，測得形成涂層厚度均為0.8微米，將涂覆后的m1-m10鋁合金試塊進行測試，試塊采用200mm*30mm*3mm尺寸的6061鋁合金(購于江蘇揚東鋁業有限公司)。具體測試方法和結果如表2所示：
表2
其中，其中附著力根據gb/t5210-2006進行測試；耐鹽霧根據gb/t1771-2007進行測試；耐酸性、耐堿性根據gb/t9274-1988進行測試，耐酸性在5％h2so4，25℃條件下進行的；耐堿性是在3％naoh，25℃條件下進行的；耐鹽水能力根據gb/t1763-1989進行測試。
綜上所述，本發明提供了一種穩定性好、防腐蝕能力強的鋁合金材料的防腐蝕涂料，該防腐蝕涂料能夠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，并且本發明的防腐蝕涂料為水性涂料，綠色環保、不污染環境。
以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明并不限于上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思范圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發明的保護范圍。
另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。
此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。