金属材料表面预处理剂制造技术

本发明专利技术系一种金属材料表面预处理剂。该预处理剂的成分配比（ｇ／１）为：ＣｒＯ↓［３］４０～１３５ｇ／１，白炭黑（ＳｉＯ↓［２］）１０～１４０ｇ／１，丙烯酸溶液树脂１～５０ｇ／１，表面活性剂０. ０５～１ｇ／１，还原剂２. ５～６. ５ｇ／１。溶液中含有Ｃｒ↑［＋６］／Ｃｒ↑［＋３］，两者比例（Ｃｒ↑［＋６］／Ｃｒ↑［＋３］）为０. ２５～４. ０。本发明专利技术预处理剂适用于彩色有机涂层钢板涂装前的预处理。经其处理的钢板，所得的预处理膜致密，与基体结合牢固，与涂料匹配性好。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属材料表面的化学处理剂。适用于彩色有机涂层钢板涂装前的预处理。以往，有机涂层钢板的预处理广泛采用磷化-钝化的处理方法。该方法工艺复杂，处理时间长，污染严重，逐步被无污染的辊涂法铬酸盐处理方法所取代。辊涂法铬酸盐处理方法所采用的预处理剂主要是在铬酸盐溶液中添加铝氟酸盐、硅氟酸盐或者添加硅溶胶等。该方法是通过辊涂法将预处理剂均匀地涂覆在金属材料表面，不经水冲洗，直接用热风吹干成膜，并适当控制膜厚和总铬含量，以提高产品的耐蚀性、涂料与基体的结合性。但是，在该处理过程中，由于形成铬酸盐膜是非晶质的，表面十分平滑，因此，所形成的预处理膜的附着性能较差，即膜与基体的结合力差，使随后的有机涂层钢板成形加工性能下降;同时，这类水性涂布型处理液的粘度低，表面张力大，而预处理膜的厚度仅为0.1～1μm左右，易于出现涂布不均，甚至漏涂的现象，导致漆膜附着力下降，耐蚀性及耐湿性较差(日本特开昭55-44537，特公昭59-30788)。本专利技术的目的在于提供一种新的金属材料表面预处理剂。使之经其预处理后，在金属材料表面所形成的预处理膜，不仅致密，而且与基体的结合力强，从而提高了产品的耐蚀性，提高漆膜与基体的结合性能，使产品既有优良的加工性能，又有良好的耐蚀性。针对上述目的，本专利技术预处理剂的技术方案是以铬酸盐溶液为基础，加入还原剂，使预处理剂中保持一定量的Cr+6和Cr+3，以及两者相应的比例，以便获得致密的耐蚀性好的预处理膜;同时，以加入白炭黑，增加预处理膜的表面粗糙度，提高膜与基体的结合力;另外，以丙烯酸溶液树脂增强预处理剂中各成分之间的交互作用，加快反应速度，进一步提高预处理膜的致密性，牢固性和结合性;并以表面活性剂增加溶液的润湿和渗透作用。据此，本专利技术金属材料表面预处理剂由含Cr+6、Cr+3的铬酸盐溶液、白炭黑(不溶于水的SiO2超细粉)、水溶性丙烯酸溶液树脂和表面活性剂组成。其具体的成分配比(g/L)如下CrO340～135g/L，白炭黑(SiO2) 10～140g/L，丙烯酸溶液树脂(PAA) 1～50g/L，表面活性剂0.05～1g/L，还原剂2.5～65g/L铬酸盐溶液以CrO3形式加入，且该溶液中含Cr+6、Cr+3，Cr+6/Cr+3为0.25～4.0上述成分中，还原剂为丙三醇、甲醛、甲醇、乙醇、淀粉中任一种;表面活性剂为脂肪醇与环氧乙烷缩合物、全氟壬氧基苯磺酸钠、精制羊毛脂酸或羊毛脂醇酸复合物中任一种。本专利技术采用加入还原剂的方法来控制溶液中的Cr+6和Cr+3的比例，即用还原剂将CrO3部分还原。由此得到一定量的Cr+6、Cr+3。本专利技术预处理剂是一种Cr+6和Cr+3共存，且两者比例一定的稳定的处理液。通过控制预处理剂中Cr+6和Cr+3的比例，来控制所形成的预处理膜中的Cr+6和Cr+3的比例。预处理膜中Cr+6和Cr+3的比例对涂装后有机涂层钢板的产品质量影响很大。预处理剂中Cr+6的比例较高时，则所形成的预处理膜中Cr+6的含量也相应提高。Cr+6易于溶解，具有较强的氧化能力，它可以使膜的损伤部位自行修复成完整的致密的处理膜。即Cr+6具有“自修补”作用。因此，Cr+6含量高的处理膜，具有良好的耐蚀性。但是，作为有机涂层之底膜，如果Cr+6含量过高，由于它的吸水性和漆膜的多孔性，产品使用时，外界水分逐渐渗透有机涂层，使预处理膜处于“潮湿”状态，造成Cr+6的溶解，必然导致漆膜鼓泡，耐湿性下降。如果Cr+3含量过高，耐湿性提高，光泽性好，但是膜的划伤部位易出现锈蚀，耐蚀性下降。因此必须适当控制Cr+6和Cr+3的比例。由以上看出，本专利技术是通过控制处理液中铬含量来控制所形成的预处理膜中的总铬含量，当预处理剂中CrO3含量低于40g/l时，则产品的耐蚀性、耐湿性差;当其含量高于135g/l时，将导致成形加工性能下降。因此，预处理剂中适宜的CrO3含量为40～135g/l。本专利技术预处理剂加入的白炭黑是一种不溶于水的，水分散型SiO2超细粉，它不同于以往的硅酸盐、硅溶胶等添加剂，白炭黑微粒直径为5～40毫微米，表面面积为200～380m2/g，一克白炭黑含有约3×1017个微粒，而且其表面上具有最合适的密集度的硅醇基团数，每平方毫微米表面积大约有3个硅醇基团(SiOH)，因此，在处理液中倾向于形成氢键。并具有显著的触变填充功能。白炭黑微粒在预处理液中，彼此通过表面的硅醇基团(SiOH)相互作用，凝集而形成了0.05～1μ的二次粒子，并认为该二次粒子为三锥晶体结构。因此，白炭黑的一个作用是增大了预处理膜的表面粗糙度，这样有利于底漆涂料的抛锚效果，使漆膜附着力增强，另一个作用是与Cr+6及Cr+3的化合物形成交联，并且，硅醇基团与后述加入的丙烯酸溶液树脂通过氢键形成化学结合，提高了预处理膜的结合性和致密性，从而有利于提高产品的耐蚀性和附着性。白炭黑的适宜添加量为10～140g/l。当其含量低于10g/l时，预处理膜过于平滑，漆膜附着力差;而当其含量超过140g/l时，则膜表面易于粉化，也将使附着力及耐蚀性下降。预处理剂中所加入的水溶性丙稀酸溶液树脂是一种高分子聚合物溶液。因为含有羧基，因此可以与铬酸盐膜中的-OH基，以及白炭黑中硅醇团中的-OH基反应，发生脱水缩合而架桥，在预处理膜中形成-Cr-(C、H、O化合物)-Si-这样的骨架，使得预处理膜中铬酸盐、白炭黑和丙烯酸溶液树脂交联在一起，保证预处理膜牢固、致密，使之既与基体金属牢固结合，又能够提高漆膜附着力，提供底漆最佳的结合界面。而且，丙烯酸溶液树脂又可以起到增稠的作用，防止预处理膜涂覆不均和漏涂。该树脂的添加量小于1g/l时，则密着性、均布性差，含量超过50g/l时，则溶液稳定性差，耐蚀性下降，故其适宜含量为1～50g/l。该水溶性丙烯酸溶液树脂的成分配比(wt%)为丙稀酸65～88%，过硫酸铵0.5～5.4%，蒸馏水10～32%。本专利技术预处理剂中还加入了表面活性剂。表面活性剂可以降低溶液的表面张力，起到润湿、渗透、增稠、稳定等作用。其添加量低于0.05g/l时，则起不到明显作用，而当其含量超过1g/l时，则溶液稳定性差，鼓泡多，涂布均匀性差。因此，其适宜添加量为0.5～1.0g/l。本专利技术的预处理剂，是在钢板表面经过充分脱脂、水冲洗、干燥之后，采用辊涂法涂覆于清净的钢板表面。然后不经水冲洗，直接用热风吹干，从而得到一层致密的预处理膜，该膜膜厚为0.1～1μ，总铬含量为10～300mg/m2，然后在处理膜上进行涂装，涂以底漆、面漆及背面漆，从而得到涂装综合性能优良的有机涂层钢板。与现有技术相比，经本专利技术预处理剂处理的钢板，所得预处理膜稳定致密，既与基体金属牢固结合，又与涂料匹配性优良。因此，涂装后的有机涂层钢板不但耐蚀性、耐湿性好，而且具有优异的成形加工性能。实施例根据本专利技术所述的成分配比，配制了6批金属材料表面预处理剂，其具体成分配比如表1所示。将6批预处理剂用辊涂的方法分别涂覆在洁净的合金化热镀锌钢板、热镀锌钢板和冷轧钢板表面，然后用热风吹干成膜，再在此预理膜上涂装环氧树脂底漆(膜厚4～7μ)和聚酯面漆(膜厚15～20μ)，得到有机涂层钢板。并对所得的有机涂层钢板分别进行耐蚀性、耐湿性和成形加工性能等试验，其结果分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属材料表面预处理剂，其特征在于：成分配比（ｇ／Ｌ）为：ＣｒＯ↓［３］４０～１３５ｇ／Ｌ，白炭黑（ＳｉＯ↓［２］）１０～１４０ｇ／Ｌ，丙烯酸溶液树脂（ＰＡＡ）１～５０ｇ／Ｌ，表面活性剂０．０５～１ｇ／Ｌ，还原剂２．５～６５ｇ／Ｌ；溶液中Ｃｒ↑［＋６］／Ｃｒ↑［＋３］为０．２５～４．０。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李向阳，邬烈民，
申请(专利权)人：冶金工业部钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]