一种金属表面处理剂制造技术

本发明专利技术提供了一种含有离子液体的水性溶液或水性乳液构成的金属表面处理剂。该金属表面处理剂，包括如下组分：离子液体、硅酸盐或硅烷偶联剂、水溶性甲壳素或壳聚糖﹑缓蚀剂、稳定剂、pH调节剂、润湿剂、成膜助剂、抗氧剂、乙醇和水；所述离子液体为含氮杂环化合物阳离子与无机或有机阴离子构成的室温离子液体；所述硅酸盐或硅烷偶联剂中均匀混合了相当于其质量3%～25%的纳米级二氧化钛、氧化锆或氟化锆中的一种或多种。该金属表面处理剂在金属表面形成一种化学转化膜，这层化学转化膜可以抑制金属表面的腐蚀，并具有良好的涂装性能，用于冷轧板、镀锌板、铝板的处理中，与经含磷金属表面处理剂处理过的金属表面具有同等的涂层附着力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种金属表面处理剂，特别涉及ー种无磷金属表面处理剂，这种金属表面处理剂可以替代传统的磷化液金属表面处理剂对金属产品进行处理。
技术介绍
传统的提高金属表面附着力和耐腐蚀性的转化膜处理液都含有铬酸盐或磷酸盐，虽然能够获得较满意的效果，但是随着环境保护意识的日益增强与转化膜技术应用的不断成熟，传统的磷化、铬化等技术将逐步被环保型转化膜技术所取代。涂装是金属表面处理中广泛应用的防腐方法。涂装前处理是涂装必不可少的前置エ艺，它的作用是在被保护的金属エ件上建立一个过渡膜，使得无机的金属表面与有机涂层间能更紧密的结合，以提高金属エ件与漆膜的附着力，从而提高涂层的耐腐蚀能力。目前，在涂装行业，金属制品尤其是板材的涂装，通常采用磷化工艺提高涂层与金属的附着力。但该エ艺存在很多问题，如磷化液使用温度需达到45飞5°C，能耗高；磷化过程中生成大量沉渣，既浪费了化学药品又増加了清除废渣的工作量，如处理不当还会影响磷化膜的质量；エ序复杂，生产连贯性差。同时，清理过程中需使用大量的强酸和强碱，増加污染物排放负荷。为了解决污染问题，磷化替代技术应运而生。二十世纪后期，美国、欧洲和日本的有关机构相继开发了无磷替代产品。目前市场上磷化替代产品主要分为锆系和硅烷系两类。其中锆系处理剂以德国汉高(Henkel)公司的BonderiteNT-I型纳米陶瓷处理剂为代表，主要替代传统的铁系磷化和锌系磷化。锆系处理剂不仅具有环保、节能、操作简便、成本低等磷化技术无可替代的优点，而且极易与后续各种处理方式配套，比如喷粉、电泳、喷漆等，可同时处理一个エ件上的多种基材。但是，目前多数锆系处理剂对エ件材质和水质有较严格的要求，对部分板材的处理存在过度腐蚀现象，附着力等性能指标有进一步提升的空间。大连エ业大学课题组也研发了该类技术在冷轧板材上的应用，见金属表面处理剂专利申请号201010617760. 9公开号CN102051611A。本专利技术就是针对其进行改进和优化。
技术实现思路
本专利技术的ー个目的是提供一种无磷、无铬的金属表面处理剂，在降低成本的前提下，达到优异附着力的ー种金属表面处理剂；同时可明显提高防锈性能，用于控制金属表面过度腐蚀作用的金属表面处理剂。本专利技术的金属表面处理剂是通过如下技术方案实现的。本专利技术的ー种金属表面处理剂，按重量百分比包括如下组分离子液体0. 05 4硅酸盐或硅烷偶联剂0. 2 10水溶性甲壳素或壳聚糖0. 7 10缓蚀剂0.01 0.8稳定剂0 0. 8pH调节剂0. 01 0. 6润湿剤0 0. 2成膜助剂0 0. 9·抗氧化剂0 0. 6乙醇0.01 12水余量所述离子液体为含氮杂环化合物阳离子与无机或有机阴离子构成的室温离子液体；所述硅酸盐或硅烷偶联剂中均匀混合了相当于其质量3% 25%的纳米级ニ氧化钛、氧化锆或氟化锆中的ー种或多种；所述壳聚糖的脱こ酰度为55% 100% ;以pH调节剂调节上述组合物pH值为3 8。所述含氮杂环化合物阳离子是烷基吡啶或I，3-ニ烷基咪唑，烷基链长为C2 C8 ；所述无机阴离子为氯离子、溴离子、碘离子中的ー种；所述有机阴离子为氯铝酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根、三氟こ酸根、こ酸根离子中的ー种。所述缓蚀剂为こ胺、ニこ胺、三こ胺、ニ戊胺、￠-萘胺、苯基萘胺、こ醇胺、ニこ醇胺、三こ醇胺、苯并三氮唑、a-羟基苯并三氮唑、乌洛托品、牛脂胺、8-羟基喹啉、己烷基胺、辛烷基胺、癸烷基胺、十二烷基胺、十六烷胺、十八烷胺、双十二烷基胺、双十八烷基胺、三(十二烷基)胺、三(十八烷基)胺中的ー种。所述稳定剂为非离子型表面活性剂；所述非离子型表面活性剂包括脂肪醇聚氧こ烯醚、烷基酚聚氧こ烯醚、司盘60或吐温80中的ー种；所述抗氧化剂为对苯ニ酚、间苯ニ酚、邻苯ニ酚、儿茶酚、2，6- ニ叔丁基-a - ニ甲胺基对苯酚、4，4-亚甲基(2，6-ニ叔丁基苯酚)中的ー种；所述润湿剂为广州市斯洛柯化学有限公司有机硅润湿剂Silok 4650、兰州普罗门公司的非离子水性润湿剂PM-WET100、PM-WET101和聚羧酸钠盐水性润湿剂PM-DISPERSANT5040、上海格闰宁化工科技有限公司的非离子水性润湿剂GR-500、上海里特化工科技有限公司非离子水性润湿剂的Richdol&reg 101中的ー种；所述成膜助剂为十二醇酯；所述pH调节剂为柠檬酸、草酸、碳酸钠、碳酸氢钠中的ー种。所述壳聚糖的N-脱こ酰度优选在70% 95%之间，平均分子量为9. 7X IO5 I.3 X IO6 之间。将金属表面处理剂均匀涂布于金属表面，5°C _120°C的温度范围内进行干燥，形成10 IOOnm厚的涂层；所述干燥方法包括自然干燥法、冷风干燥法或烘干法。所述硅酸盐，可以是硅酸钠，硅酸钾，或者本领域技术人员可以根据现有技术和公知常识选择能够实现本专利技术技术效果的其他硅酸盐。所述硅烷偶联剂，可以是N-0_(氨乙基)-Y_氨丙基甲基二甲氧基硅烷，或者本领域技术人员可以根据现有技术和公知常识选择能够实现本专利技术技术效果的其他硅烷偶联剂。本专利技术利用离子液体的含氮杂环阳离子与有机涂层具有较强亲和力、阴离子与金属具有较强亲和力的特点，将本专利技术中所述的离子液体加入表面处理剂中，使之参与氧化锆、含硅化合物等在金属表面的成膜过程，达到本专利技术的金属表面处理剂对金属表面有优异附着力的目的。实验证明，本专利技术的金属表面处理剂，相对于没有离子液体的金属表面处理剂，明显提闻涂料对金属表面的附着力。·本专利技术所述的缓蚀剂可降低金属的腐蚀速率；表面活性剂能够降低表面张力，具有润湿、乳化功能；抗氧化剂能防止和延缓产品氧化变质，如变色、异味、氧化酸败等；本产品主要成分为水剂，润湿剂能降低水剂表面张力，保证产品铺展面积和有效浓度；成膜助剂主要为十二醇酯，它除了使成膜温度降低外，还可改善膜的耐候性、可擦洗性、可清洁性、可补漆性。本专利技术通过向硅酸盐或硅烷偶联剂中加入原始颗粒尺寸低于70nm的二氧化钛、氧化锆或氟化锆的纳米级粉末可有效地提高所形成的涂层的防锈性能，及增强该涂层和调节涂层的摩擦系数。本专利技术提供的金属表面处理剂中的纳米级二氧化钛粉末几乎不散射可见光，而且使本专利技术所形成的涂层变得无色透明。纳米级二氧化钛、氧化锆颗粒的表面处于活性态，本专利技术通过活性二氧化钛、氧化锆产生的活性氧的氧化作用具有类似于六价铬酸化合物作为氧化剂所引起的化学作用的保护涂层，冷轧钢产品的防锈性能通过与本专利技术所形成保护涂层中的含硅基质的协同作用而明显改进。将水溶性的壳聚糖溶解在烷氧基硅烷低聚物的醇溶液中，通过选择不同N-脱乙酰度的壳聚糖进一步提高本无磷金属表面处理剂的防锈效果。通过控制N-脱乙酰度还可调节金属表面处理剂的粘度，从而提高涂层与基材的粘附性和调节涂层硬度及光滑性。优选使用N-脱乙酰度在55% 100%的壳聚糖，更优选的是70% 95%，平均分子量在9. 7X IO5 I. 3X IO6的壳聚糖。事先溶解在金属表面处理剂的醇溶液中的壳聚糖的合适浓度取决于其N-脱乙酰度和分子量，通常是0. 7 10%重量。本专利技术的有益效果①本专利技术采用离子液体加入到金属表面处理剂中，显著提高了对金属表面的附着力，有利于整个金属涂装的防腐性能。②相比磷化液，本专利技术不形成磷酸盐转化膜，不含镍等重金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属表面处理剂，按重量百分比包括如下组分：所述离子液体为含氮杂环化合物阳离子与无机或有机阴离子构成的室温离子液体；所述硅酸盐或硅烷偶联剂中均匀混合了相当于其质量3%～25%的纳米级二氧化钛、氧化锆或氟化锆中的一种或多种；所述壳聚糖的N？脱乙酰度为55%～100%；以pH调节剂调节上述组合物pH值为：3～8。FDA00002060277600011.jpg

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曲丰作，徐同宽，张宏，王少君，王大鸷，马英冲，赵吉祥，崔励，张绍印，
申请(专利权)人：大连工业大学，
类型：发明
国别省市：