电镀锌板无铬耐指纹水性涂料的研制

论文摘要

耐指纹涂料作为一种有机—无机杂化材料,在镀锌板表面涂覆后,赋予其耐蚀性、耐指纹性、耐碱洗等许多优异的性能,当前国内各大钢厂一直依赖进口,为了改变这种局面,我们应无锡新大中薄板有限公司的要求对这种涂料进行了自主研发。依据对耐指纹涂料的性能要求,本文从成膜物质、钝化剂和助剂三个部分对耐指纹涂料进行配方设计。通过不同乳液的性能测试,选定了丙烯酸改性聚氨酯乳液作为成膜物质;通过对电位-pH图研究,选定了以Ti-Zr复合钝化体系为钝化剂,并通过单因素试验确定了锆盐为0.3mass%、钛盐为0.3mass%、络合剂为0.5mass%的钝化剂溶液;助剂部分主要研究了封孔剂、自润滑剂和交联剂,研究表明选用纳米二氧化硅作为封孔剂,膜层致密性和耐蚀性最高,并使用硅烷偶联剂水解液对其进行改性,成功制备了颗粒细小的10mass%纳米二氧化硅改性分散液。为了提升涂层耐擦性和交联密度,分别加入了水性蜡和锆盐,通过正交试验确定了纳米二氧化硅2mass%、水性蜡1mass%、锆盐0.2mass%的助剂加入量。最终获得了耐指纹涂料的优化配方,命名为HIT-1#。与市场商品化的涂料进行性能对比测试,表明HIT-1#各项性能达到了同类产品的水平,且在耐黑变性能上优于个别产品。在完成HIT-1#的自主设计后,在无锡新大中薄板有限公司的重力垂落式电镀锌生产线上进行了中试试验。中试期间通过在特定条件下泡沫高度曲线的模拟来筛选体系消泡剂,加入0.02mass%消泡剂BYK012,解决了泡沫问题;通过遮盖力纸进行流平实验模拟,加入0.1mass%流平剂L1,解决了涂料流平问题;通过采用特定条件下的挥发速率模拟,加入2mass%助溶剂QW903,使得涂料的前期挥发速率和后期挥发速率保持在合理的水平;采用X射线荧光光谱仪（XRF）进行涂层干膜量测定,通过选用Si作为内含元素,选定合适的脉冲高度调整值（PHA）和出峰角度,做出标准曲线,实现生产线对涂层干膜量的有效控制。对HIT-1#涂层进行了破坏机制研究,X射线荧光光谱（XPS）结果表明:膜层表层主要由树脂和纳米二氧化硅组成,越靠近基体,金属含量增大。其中钛主要以二氧化钛形式存在,但XPS检测出了三价钛的氧化物,说明了钛在一定程度上起到了钝化作用,而锆元素主要以二氧化锆形式存在,此外也有一部分以磷酸氢盐或者含碳化合物形式存在,但只有四价,未发现锆盐的钝化作用。硅以二氧化硅形式存在。最后分析了涂层在3.5mass%NaCl溶液中浸泡腐蚀情况,通过在不同浸泡时间下的腐蚀形貌观察和bode图分析,提出了HIT-1#涂层的破坏机制假说。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究目的和意义
• 1.2 耐指纹液的发展历程
• 1.2.1 耐指纹液的成分及各部分的作用
• 1.2.2 耐指纹液的类型
• 1.2.3 耐指纹液的发展历程
• 1.3 耐指纹液的研究现状及分析
• 1.3.1 国外的研究现状及分析
• 1.3.2 国内的研究现状及分析
• 1.3.3 存在的问题及展望
• 1.4 课题的主要研究内容
• 第2章 实验材料与研究方法
• 2.1 实验材料与设备
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 耐指纹涂料及涂层的性能测试方法
• 2.2.1 粘度测试
• 2.2.2 耐指纹测试
• 2.2.3 耐黑变测试
• 2.2.4 耐擦性测试
• 2.2.5 涂装性测试
• 2.2.6 耐黄变测试
• 2.2.7 盐雾（SST）试验
• 2.2.8 耐碱洗测试
• 2.2.9 电化学测试
• 第3章 无铬耐指纹水性涂料的研制
• 3.1 引言
• 3.2 成膜物质的研究
• 3.2.1 成膜物质的筛选
• 3.2.2 丙烯酸聚氨酯乳液的性能测定
• 3.3 钝化剂的研究
• 3.3.1 钛盐的影响
• 3.3.2 络合剂的影响
• 3.3.3 锆盐的影响
• 3.4 助剂的研究
• 3.4.1 封孔剂的研究
• 3.4.2 助剂的正交优化设计
• 3.4.3 红外光谱测试
• 3.5 HIT-1#的综合性能测试
• 3.5.1 HIT-1#的理化性质
• 3.5.2 形貌观察
• 3.5.3 涂层性能测试
• 3.6 本章小结
• 第4章 耐指纹涂料中试出现的问题及解决措施
• 4.1 引言
• 4.2 耐指纹涂料生产的泡沫问题及解决
• 4.3 耐指纹涂料施工工艺问题及解决
• 4.3.1 耐指纹涂料流平性问题及解决
• 4.3.2 耐指纹涂料挥发速率问题及解决
• 4.3.3 膜厚控制的问题及解决
• 4.4 本章小结
• 第5章 耐指纹涂层的破坏机制研究
• 5.1 引言
• 5.2 膜层的XPS 测试分析
• 5.3 EIS 法研究涂层破坏机制
• 5.3.1 不同浸泡时间下涂层的腐蚀形貌观察
• 5.3.2 不同浸泡时间下涂层的bode 图分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及专利
• 致谢