一种环保型金属表面处理剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种环保型金属表面处理剂及其制备方法，特征是将成膜剂用含有分散剂的水溶液润湿后加入偶联剂，搅拌分散至得到稳定的胶体，再加入水溶性的Ｓｉ或Ⅳ族元素的含Ｆ络合物，再加入作为稳定剂的酸及余量的水并调整至体系的ｐＨ值为１．０～３．０，即得到本发明专利技术的环保型金属表面处理剂。使用时用水稀释成ｐＨ值３．０～６．０的工作液，采用浸入或喷淋方式使待处理的洁净金属表面与本发明专利技术的环保型金属表面处理剂相接触，可获得微晶陶瓷复合型转化膜层；本发明专利技术处理剂具有优于或等同于现有锌系、铁系磷化液的性能指标，具有环保、无害、低温处理、低渣无需做表调，操作简单方便等特点；是可取代传统金属表面处理剂的新一代环保型产品。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属表面处理剂
，特别涉及对钢铁、镀锌钢铁、锌及锌合金和 铝及铝合金在涂装前进行表面处理的处理剂及其制备方法。
技术介绍
根据国标GB/T6807-2001《钢铁工件涂装前磷化处理技术》及《航空行业标准》HB / 2 5 08 0-19 9 6中的相关规定，金属涂装前表面处理的标准方法是以磷酸盐为基础的方法， 通常称为磷化处理，即在待涂装金属表面生成一层磷酸盐结晶的防护性膜。金属表面涂 装后可获得良好的防护效果。磷化技术作为现今涂装前金属表面处理普遍采用的方法， 其进一步改进的空间已很小；由于磷化剂中含有大量的磷和氮，现有磷化技术不可避免 地会给环境带来严重的污染，会造成水体的富营养化，对河流、湖泊的生态系统造成威 胁；磷化剂中含有的重金属会给人体造成永久性伤害；同时传统磷化工艺需加温使用， 造成能源消耗并产生大量淤渣。所以急需新的环保型金属表面处理剂以取代现有磷化工 艺的产品。近年来，国内外对传统磷化处理的替代工艺研究很多，主要集中在对环保、无害、 低温、低渣的工艺及配方进行研究，其中对硅烷系列的成膜剂工艺报道较多；但由于作 为主要成膜组份的硅烷偶联剂的水溶性、水解的可控性等问题难以解决，其成膜层的膜 重、致密性及涂装后综合性能指标不理想，至今未见有成熟工艺的报道。中国专利申请号200510127048.X提出的硅烷偶联剂类成膜剂，由含水和/或醇作为 溶剂的含硅粘结剂溶液组成，其二氧化硅组分的重量百分比浓度是8-25 % ，包含通过烷 氧基硅烷水解缩聚反应而得到的具有重均分子量为10 0 0-10 0 0 0的烷氧基硅烷低聚物醇溶 液的金属表面处理剂，能长期抑制白锈的出现。但由于该硅烷偶联技术由醇类作溶剂并 需要控制硅烷的水解而较难实现工业应用，且所形成的超薄有机膜经验证在涂装后500h 耐腐蚀测试性能已较差，故该金属表面处理剂尚难以替代传统的磷化处理剂。中国专利申请号2 00710066 78 6. 7公开的一种用于金属表面预处理的以硅烷偶联剂为 主要成分的金属表面处理剂，在注入100份去离子水的容器中，搅拌速度为每分钟2000 ~ 2200转，先后加入第一增强剂、稳定剂、第二增强剂、硅烷偶联剂和分散剂，获得用于 金属涂装前的硅烷偶联预膜剂。但该硅烷偶联技术形成的超薄有机膜经验证在涂装后 500h耐腐蚀测试性能较差，故该金属表面处理剂也难以替代传统的磷化处理剂。中国专利申请号200810020748. 2提出的一种处理剂，包括硅烷偶联剂(SA)、水分 散性二氧化硅、氟化合物、乙酸和水，通过表面调整剂、辅助成膜剂等主要成份筛选和 复配，以最终形成硅烷被膜。但通过对其实例的验证发现，氟化锆、氟化钛的组份无法 形成膜层，难以与硅烷膜形成复合膜；该处理剂存在膜层单一，耐腐蚀测试性能较差， 难以达到磷化剂替代效果。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种用于金属表面涂装前处理的环保型金属表面处理剂及其制备方法，以替代传统磷化剂，克服现有硅烷技术膜层单一、耐蚀性差等缺陷。本专利技术的环保型金属表面处理剂，其特征在于按质量百分比含有以下组份0. 01 ~ 10. 0%的成膜剂，选自纳米级Ti02、 Zr02和/或Si02;0. 01 ~ 10. 0%的分散剂，选自聚丙烯酸、丙烯酸和/或马来酸-丙烯酸共聚物；0. 01 ~ 10. 0 %的偶联剂，选自硅氧烷共聚齐聚物、钛交联剂和/或铝锆交联剂溶液；0. 1 ~ 15. 0%的水溶性的Si或IV族元素的含F络合物，选自H2TiF6 、 H2ZrF6、 H2HfF6和/或H2SiF6、和/或它们的盐类；0. 01~2. 0%的作为稳定剂的酸，选自H2S04、 HF 、 HC1 、 ,3、柠檬酸和/或酒石酸； 再加入余量的水混合而成。本专利技术的环保型金属表面处理剂的制备方法，其特征在于将占体系质量0. 01 ~ 10. 0 %的成膜剂，用含有占体系质量0. 01~10. 0%分散剂的质量百分比浓度为30%的水溶液 润湿后，加入占体系质量0. 01~10. 0%的偶联剂，以2000 ~ 2200转/分钟的速度搅拌分 散至得到稳定的胶体，再加入占体系质量0. 1 ~ 15. 0%的水溶性的Si或IV族元素的含F 络合物，再加入占体系质量0. 01 ~ 2. 0 %的作为稳定剂的酸及余量的水并调整至体系的 PH值为1. 0 ~ 3. 0,即得到本专利技术的环保型金属表面处理剂。使用时，可将本专利技术的环保型金属表面处理剂用水稀释成PH值为3. 0 ~ 6. 0的工作 液，在常温状态采用浸入或以喷淋方式使待处理的洁净金属表面与本专利技术的环保型金属 表面处理剂相接触，使待处理金属表面生成防护性转化膜；优选使用PH值调为3. 8 ~ 5. 5 的工作液。本专利技术的环保型金属表面处理剂在与金属表面接触时，由于其组份中含有H2TiF6 、 H2ZrF6、 H2HfF6、 H2SiF6和/或其盐类，在PH值为1. 0 ~ 6. 0的溶液状态里，能提供H离 子并对界面接触的金属溶解，金属溶解的界面则为微阳极，同时在金属界面产生相应的 微阴极，且微阴极的PH值会上升，H2TiF6 、 H2ZrF6、 H2HfF6、 H2SiF6及其盐类在趋碱性 条件下可形成以Ti、 Zr、 Hf和/或Si的氧化物为主体结构的沉淀膜层。同时由于組份 成膜剂与交联剂的作用，可与金属间形成分子间具有共价键结合力的膜层，最终对以Ti、 Zr、 Hf和/或Si的氧化物为主体结构的沉淀膜层填充，提高了膜层的致密性，在金属表 面形成一种纳米级的细密且孔隙率低的微晶陶瓷复合型转化膜层，此膜层具有极好的化 学惰性，耐酸、碱且耐氧化，具有优于或等同于现有锌系、铁系磷化液的性能指标，可 获得良好的防护效果；尤其是采用本专利技术表面处理剂在金属涂装前获得的处理膜可以和 涂装后涂料的有机膜紧密结合，形成具有优异防护性能的防护层体系，从而可以达到替 代磷化剂的效果。本专利技术的环保型金属表面处理剂与现有以磷酸盐为基础的表面处理剂相比具有以下 优点1) 对环境友好，不含重金属和磷氮，处理过程废渣废水排放少，只需做简单污水排 》文处理即可；2) 使用经济、操作简单，无沉渣；可在室温处理，适应喷淋或浸泡的方式使用；3) 此产品的应用工艺适合于传统的磷化工艺生产线。本专利技术环保型金属表面处理剂是现有磷酸盐表面处理剂的理想换代型产品。 具体实施例方式取符合08 II-P-GB13237-91标准的4 x 8cm2的同样的冷轧钢板15块和4 x 8 cm2宝钢 产热镀锌板DD51D+Z钢板3块备用。实施例中采用市售纯聚脂粉末涂料进行涂装涂层。 实施例1 :本实施例制备环保型金属表面处理剂中的各组份按如下成份和质量配比纳米级Ti02 9.0 %，马来酸-丙烯酸共聚物 0. 8 % ,2909水溶性氨基官能团硅氧烷共聚齐聚物 3. 0 % ,H2TiF6 4.0%,HF 0. 02 % ， 余量为去离子水。本实施例制备环保型金属表面处理剂的具体操作步骤如下将成膜剂用分散剂的溶液润湿后再加入水和偶联剂，以2000 ~ 2200转/分钟高速搅 拌分散至得到稳定的胶体，搅拌状态下緩慢加入作为稳定剂的酸HF和余量的去离子水， 所得到PH值为1. 0 ~ 3.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环保型金属表面处理剂，其特征在于按质量百分比含有以下组份：　成膜剂　０．０１～１０．０％；　分散剂　０．０１～１０．０％；　偶联剂　０．０１～１０．０％；　水溶性的Ｓｉ及Ⅳ族元素的含Ｆ络合物　０．１～１５ ．０％；　作为稳定剂的酸　０．０１～２．０％；　余量的水。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何宗文，郑化桂，
申请(专利权)人：合肥普庆新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]