钢铁涂装前自沉积涂膜处理剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种钢铁涂装前自沉积涂膜处理剂及其制备方法和应用，所述的处理剂主要由硅烷改性丙烯酸乳液、石墨烯分散液、碘酸、柠檬酸、氟锆酸和去离子水等组成，该处理剂采用化学复配的方法制备而成，应用自沉积成膜的化学原理，可应用于钢铁涂装前的自沉积涂膜处理。该处理剂具有无重金属，无过氧化氢和无机氟化合物等有害物质，涂装前无需磷化、铬化等化学转化膜处理工艺，可省去钢铁件常规的表面处理，该工艺控制简便易行；可在钢铁表面自沉积形成厚度1‑5μm的自沉积转化涂膜，该涂膜结构致密平滑，耐蚀防护性能好等优点，该涂膜是电化学反应自沉积的有机涂膜，与有机涂料兼容匹配结合好，各种理化耐性试验优异，可替代磷化、铬化、纳米陶瓷处理等多种涂装前处理工艺技术。

【技术实现步骤摘要】
钢铁涂装前自沉积涂膜处理剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及钢铁涂装前的表面处理
，特别是钢铁涂装前自沉积涂膜处理剂及其制备方法和应用。技术背景为提高有机涂层的结合力和防护性能，钢铁工件涂装前常需化学转化膜处理，常规的涂装前处理，如磷化、钝化、硅烷处理、纳米陶瓷锆盐处理等方法，钢铁经处理在其基体形成一层可供涂料涂装打底的防护膜层，以增强涂膜与钢铁基体附着力及耐蚀性，提高钢铁件的涂装质量。钢铁工件涂装前自沉积涂膜根据自泳涂装的原理，应用电化学原电池反应，使溶液中的乳胶粒子破乳而化学吸附于金属表面之上，并固化成膜。因此聚合物乳液的自身性能在很大程度上决定了自沉积涂膜的理化性能。ZL00116308.6、200710027310.2、200710027346.0、200780039468.X、200910165956.6、201080020668.2、201280029862.6、201410529278.8、201611058519.0等专利基本上采用聚丙烯酸乳液、环氧-丙烯酸酯共聚物或偏氯乙烯-丙烯酸酯共聚物等作为聚合物乳液，未对聚合物进行改性；或采用过氧化氢为氧化剂，由于过氧化氢不稳定，易分解产生具有很强氧化能力的氧原子[O]，攻击细胞并加速其衰老；或采用氢氟酸和氟化铁或氟化亚铁为活化剂，氟离子(F-)虽对生产过程中的铁离子有一定的络合能力，但F-有高度生物活性，可通过皮肤接触吸收危害人体健康，在生产操作中需极为谨慎，避免因长期接触这些有害物质而诱发的各种职业病。
技术实现思路
针对以上技术问题，本专利技术的目的在于提供钢铁涂装前自沉积涂膜处理剂的制备。本专利技术采用相反转乳液聚合制得的新型的(甲基)丙烯酰氧基硅烷偶联剂改性环氧丙烯酸乳液，使其获得优秀的耐热、耐温、耐腐蚀等有机硅树脂的特性，最终在钢铁涂装前形成的自沉积涂膜获得良好的性能；通过使用石墨烯来增强自沉积膜层的机械强度、柔韧性和化学耐性；使用碘酸为氧化剂替代过氧化氢和无机氟化合物，使体系无需预制FeF3也能获得足够的反应活性，又避免使用有害物质。本专利技术技术方案具体如下：本专利技术首先公开了一种钢铁涂装前自沉积涂膜处理剂的制备方法，所述钢铁涂装前自沉积涂膜处理剂组成原料各组分的质量百分数为：所述的钢铁涂装前自沉积涂膜处理剂的制备方法包括如下步骤：(1)往反应釜内加入所需水总量的80-90％，开启反应釜进行搅拌；(2)往反应釜内加入硅烷改性环氧丙烯酸乳液和石墨烯分散液，搅拌均匀使其彻底混合；(3)往反应釜内缓慢加入碘酸、柠檬酸和氟锆酸，搅拌使其彻底混合；(4)最后补足余量水，搅拌均匀使其彻底混合后即得自沉积涂膜处理剂。优选的，所述的硅烷改性环氧丙烯酸乳液的制备方法为：(1)预乳准备阶段：将丙烯酸单体、硅烷偶联剂、乳化剂、引发剂在60℃高速搅拌0.2-0.5h，并逐渐加入去离子水，乳液由油包水逐渐转变为水包油，制得相反转乳化液，所述的相反转乳化液中丙烯酸单体的质量百分比含量为50％，然后通氮气10min除氧待用；(2)引发反应阶段：将环氧树脂和乳化剂在反应釜内进行剪切乳化，并通氮气10min除氧，然后升温至80-90℃时，加入5-10％的步骤(1)中的相反转乳化液，添加完毕后保温1h，再升温当回流装置出现回流时，开始添加剩余的相反转乳化液，控制在2-3h加完，然后保持温度为95-110℃，时间2-3h，使环氧树脂和丙烯酸单体充分反应；(3)结束冷却阶段：反应结束后，关闭加热装置自然冷却至室温，卸压、出料即得硅烷改性环氧丙烯酸树脂乳液。优选的，所述硅烷改性环氧丙烯酸乳液的分散相粒径为0.05-0.5μm。优选的，所述的丙烯酸单体选自丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MAA)、丙烯酸甲酯(MA)、丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、丙烯酸羟丙酯(HPA)、甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)、羟甲基丙烯酸酰胺(MAM)中的一种或多种。优选的，所述的硅烷偶联剂选自丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(APS1)、丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷(APS2)、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPS1)、甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷(MPS2)、甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷(MPMS1)、甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷(MPMS2)、甲基丙烯酰氧基丙基三(三甲基硅氧基)硅烷(MPSS)中的一种或多种，硅烷偶联剂的加入量为丙烯酸单体总量的3-12％。优选的，所述的乳化剂为丁基缩水甘油醚(BGE)、聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDGE)、聚丙二醇二缩水甘油醚(PPGDGE)、腰果酚聚氧乙烯醚(CPPEO)、腰果酚缩水甘油醚(CPGE)中的一种或多种，步骤(1)中乳化剂的加入量为丙烯酸单体总量的1-5％；步骤(2)中乳化剂的加入量为丙烯酸单体总量的3-12％。优选的，所述的引发剂为偶氟二异丁腈(AIBN)、二甲基苄胺(BDMA)、过氧化苯甲酰(BPO)中的一种或多种引发剂的加入量为丙烯酸单体总量的0.1-0.8％；；所述的环氧树脂为E-44和E-51中的一种或多种，环氧树脂的加入量为丙烯酸单体总量的5-20％。优选的，所述的钢铁涂装前自沉积涂膜处理剂在金属表面防护中的应用，其特征在于用于钢铁涂装前处理。优选的，所述的钢铁涂装前自沉积涂膜处理剂对钢铁的使用条件为：20-25℃下实施浸渍处理1-5min，反应水洗后于110-180℃固化15-20min与现有钢铁涂装前处理技术相比，钢铁涂装前自沉积涂膜处理剂的制备具有以下几个优点：(1)无重金属，不含过氧化氢和无机氟化合物等有害物质；(2)工艺简化，涂装前无需无需磷化、铬化等化学转化膜处理工艺，可省去钢铁表面处理过程，工艺控制简便易行；(3)裸膜性能优越，获得的自沉积涂膜裸膜结构致密、耐蚀性好；(4)自沉积涂膜与有机涂料兼容匹配结合好，各种理化耐性试验优异。具体实施方式实施例1-6：一种钢铁涂装前自沉积涂膜处理剂的制备方法，所述钢铁涂装前自沉积涂膜处理剂组成原料各组分的质量百分数见表1。所述的钢铁涂装前自沉积涂膜处理剂的制备包括如下步骤：(1)往反应釜内加入所需水总量的80-90％，开启反应釜进行搅拌；(2)往反应釜内加入硅烷改性环氧丙烯酸乳液和石墨烯分散液，搅拌均匀使其彻底混合；(3)往反应釜内缓慢加入碘酸，柠檬酸和氟锆酸，搅拌使其彻底混合；(4)最后补足余量水，搅拌均匀使其彻底混合后即得自沉积涂膜处理剂。所述的硅烷改性环氧丙烯酸乳液，其制备方法为：(1)预乳准备阶段：将丙烯酸单体、硅烷、乳化剂、引发剂在60℃高速搅拌20min，并逐渐加入去离子水，乳液由油包水逐渐转变为水包油，制得相反转乳化液，所述的相反转乳化液中丙烯酸单体的质量百分比含量为50％，然后通氮气10min除氧待用。(2)引发反应阶段：将环氧树脂和丁基缩水甘油醚在反应釜内进行剪切乳化，并通氮气10min除氧，然后升温至85℃时，加入10％的步骤(1)中的乳化液，添加完毕后保温1h，再升温当回流装置出现回流时，开始添加剩余的乳化液，控制在2.5h加完，然后保持温度为105℃，时间2.5h，使环氧树脂和丙烯酸单体充分反应。(3)结束冷却阶段：反应结束后，关闭加热装置自然冷却至室温，卸压、出本文档来自技高网...

【技术保护点】
钢铁涂装前自沉积涂膜处理剂的制备方法，其特征在于：所述钢铁涂装前自沉积涂膜处理剂组成原料各组分的质量百分数为：

【技术特征摘要】
1.钢铁涂装前自沉积涂膜处理剂的制备方法，其特征在于：所述钢铁涂装前自沉积涂膜处理剂组成原料各组分的质量百分数为：所述的钢铁涂装前自沉积涂膜处理剂的制备方法包括如下步骤：(1)往反应釜内加入所需水总量的80-90％，开启反应釜进行搅拌；(2)往反应釜内加入硅烷改性环氧丙烯酸乳液和石墨烯分散液，搅拌均匀使其彻底混合；(3)往反应釜内缓慢加入碘酸、柠檬酸和氟锆酸，搅拌使其彻底混合；(4)最后补足余量水，搅拌均匀使其彻底混合后即得自沉积涂膜处理剂。2.如权利要求1所述的钢铁涂装前自沉积涂膜处理剂的制备方法，其特征在于：所述的硅烷改性环氧丙烯酸乳液的制备方法为：(1)预乳准备阶段：将丙烯酸单体、硅烷偶联剂、乳化剂、引发剂在60℃高速搅拌0.2-0.5h，并逐渐加入去离子水，乳液由油包水逐渐转变为水包油，制得相反转乳化液，所述的相反转乳化液中丙烯酸单体的质量百分比含量为50％，然后通氮气10min除氧待用；(2)引发反应阶段：将环氧树脂和乳化剂在反应釜内进行剪切乳化，并通氮气10min除氧，然后升温至80-90℃时，加入5-10％的步骤(1)中的相反转乳化液，添加完毕后保温1h，再升温当回流装置出现回流时，开始添加剩余的相反转乳化液，控制在2-3h加完，然后保持温度为95-110℃，时间2-3h，使环氧树脂和丙烯酸单体充分反应；(3)结束冷却阶段：反应结束后，关闭加热装置自然冷却至室温，卸压、出料即得硅烷改性环氧丙烯酸树脂乳液。3.如权利要求1或2所述的钢铁涂装前自沉积涂膜处理剂的制备方法，其特征在于所述硅烷改性环氧丙烯酸乳液的分散相粒径为0.05-0.5μm。4.如权利要求2所述的钢铁涂装前自沉积涂膜处理剂的制备方法，其特征在于所述的丙烯酸单体选自丙烯酸、甲基...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟金环，王一建，张凯，
申请(专利权)人：杭州五源科技实业有限公司，杭州海源表面工程有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33