環(huán)保型低成本金屬表面處理劑及其制備方法
【專利摘要】提供一種環(huán)保型低成本金屬表面處理劑，所述處理劑由下述重量份的原料組成：3-氨丙基三乙氧基硅烷10-20，分散性納米二氧化硅10-20，氟鋯酸10-40，氟鈦酸0-25，草酸5-10，雙氧水8-15，水887-950，氨水2-5。本發(fā)明與傳統(tǒng)磷化相比，具有環(huán)保性（無有毒重金屬離子）、低能耗（常溫使用）、低使用成本（每公斤處理量為普通磷化的5-8倍）、無渣等優(yōu)點。
【專利說明】環(huán)保型低成本金屬表面處理劑及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬化工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種環(huán)保型低成本金屬表面處理劑及其制備方 法，適用于金屬涂裝防護的各種工業(yè)領(lǐng)域，如家用電器、金屬辦公家具、汽車制造、電力設(shè) 備、倉儲貨架等。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著涂裝行業(yè)中環(huán)保要求的不斷提高，用環(huán)保型涂裝前處理產(chǎn)品代替?zhèn)鹘y(tǒng)磷化產(chǎn) 品顯的尤為重要，目前，鋼鐵表面預(yù)處理采用的磷化工藝，易產(chǎn)生沉渣、工件掛灰、膜層附著 力和耐蝕性差等缺陷，其廢物處理和排放耗費大，且不可避免的對環(huán)境造成污染，這些突出 問題一直困擾著各涂裝生產(chǎn)企業(yè)，隨著國家對環(huán)保及節(jié)能減排的重視程度不斷提高，在未 來時間里，涂裝行業(yè)的環(huán)保及能耗問題會越來突出，因此有必要改進。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題：提供一種不含磷的、無毒、無害、無污染的環(huán)保型低成本 金屬表面處理劑及其制備方法。 本發(fā)明采用的技術(shù)方案：環(huán)保型低成本金屬表面處理劑，所述處理劑由下述重量份的 原料組成： 3_氣丙基二乙氧基娃燒 10_20 分散性納米二氧化硅 10-20 氟鋯酸 10-40 氟鈦酸 0-25 草酸 5-10 雙氧水 8-15 水 887-950 氨水 2-5。 優(yōu)選地，環(huán)保型低成本金屬表面處理劑，由下述重量份的原料組成： 3_氛丙基二乙氧基娃燒 15 分散性納米二氧化硅 15 氟鋯酸 25 氟鈦酸 15 草酸 8 雙氧水 10 水 909 氨水 3。 還提供一種環(huán)保型低成本金屬表面處理劑的制備方法，包括下述步驟： (1)取上述配方中3-氨丙基三乙氧基硅烷加入水中，快速攪拌使其充分溶解后制得半 成品A ; (2) 取分散性納米二氧化硅加入水中，快速攪拌使其充分溶解，加入氟鋯酸和氟鈦酸， 再次攪拌后制得半成品B ; (3) 取草酸加入水中，攪拌使其完全溶解，依次加入雙氧水和水，充分攪拌后制得半成 品C ; (4) 將半成品B加入半成品A中，充分攪拌后加入半成品C，再次攪拌后加入氨水，使所 得處得劑PH值在3-3. 5之間即可。 進一步地，環(huán)保型低成本金屬表面處理劑的制備方法，包括下述步驟： (1) 取上述配方中3-氨丙基三乙氧基硅烷10-20份加入300份水中，快速攪拌10分鐘 使其充分溶解后制得半成品A ; (2) 取分散性納米二氧化硅10-20份加入300份水中，快速攪拌20分鐘使其充分溶解， 加入15-40份氟鋯酸和氟鈦酸，攪拌10分鐘后制得半成品B ; (3) 取5-10份草酸加入100份水中，攪拌10分鐘使其完全溶解，依次加入8-15份雙氧 水和195-292份水，充分攪拌10分鐘后制得半成品C ; (4) 將半成品B加入半成品A中，充分攪拌20分鐘，加入半成品C，攪拌30分鐘后加入 2-5份氨水，調(diào)整處理劑PH值在3-3. 5之間即可。 其中，所述水的電導(dǎo)率<l〇ys / cm。 本發(fā)明與傳統(tǒng)磷化相比，具有環(huán)保性(無有毒重金屬離子)、低能耗(常溫使用）、低使用 成本(每公斤處理量為普通磷化的5-8倍)、無渣等優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0004] 圖1為本發(fā)明中各樣板的反射吸收紅外光譜圖。

【具體實施方式】
[0005] 下面通過實施例對本發(fā)明作進一步描述。 實施例1 : 取3-氨丙基三乙氧基硅烷15克，分散性納米二氧化硅15克，氟鈦酸15克，氟鋯酸25 克，草酸5克，雙氧水8克，水912克，氨水5克，采用下述制備方法制作： (1) 稱取3-氨丙基三乙氧基硅烷15克加入300克水中（水的電導(dǎo)率<10μ s / cm)，快 速攪拌10分鐘使其充分溶解后制得半成品A ; (2) 稱取分散性納米二氧化硅15克加入300份水中(水的電導(dǎo)率<10μ s / cm)，快速攪 拌20分鐘使其充分溶解，加入25克氟鋯酸和15克氟鈦酸，攪拌10分鐘后制得半成品B ; (3) 取5克草酸加入100克水中，攪拌10分鐘使其完全溶解，依次加入8克雙氧水和 212克水(水的電導(dǎo)率<10μ s / cm)，充分攪拌10分鐘后制得半成品C ; (4) 將半成品B加入半成品A中，充分攪拌20分鐘，加入半成品C，攪拌30分鐘后加入 5克氨水調(diào)整濃縮液PH值在3-3. 5之間，制得環(huán)保型低成本金屬表面處理劑。 實施例2 取3-氨丙基三乙氧基硅烷20克，分散性納米二氧化硅20克，氟鈦酸25克，氟鋯酸15 克，草酸10克，雙氧水15克，水890克，氨水5克，采用下述制備方法制作： (1) 稱取3-氨丙基三乙氧基硅烷20克加入300克水中（水的電導(dǎo)率〈IOys / cm)，快 速攪拌10分鐘使其充分溶解后制得半成品A ; (2) 稱取分散性納米二氧化硅20克加入300份水中(水的電導(dǎo)率<10μ s / cm)，快速攪 拌20分鐘使其充分溶解，加入15克氟鋯酸和25克氟鈦酸，攪拌10分鐘后制得半成品B ; (3) 取10克草酸加入100克水中，攪拌10分鐘使其完全溶解，依次加入15克雙氧水和 190克水(水的電導(dǎo)率〈10 μ s / cm)，充分攪拌10分鐘后制得半成品C ; (4) 將半成品B加入半成品A中，充分攪拌20分鐘，加入半成品C，攪拌30分鐘后加入 5克氨水調(diào)整濃縮液PH值在3-3. 5之間，制得環(huán)保型低成本金屬表面處理劑。 實施例3 取3-氨丙基三乙氧基硅烷10克，分散性納米二氧化硅10克，氟鈦酸10克，氟鋯酸20 克，草酸10克，雙氧水8克，水930克，氨水克，制備方法及步驟同實施例1。 其中3-氨丙基三乙氧基硅烷（γ-APS)是主要成膜物質(zhì)，它們相互交聯(lián)作用可以在金 屬表面形成一層致密的硅烷吸附膜；分散性二氧化硅為輔助成膜物質(zhì)，用以填補硅烷吸附 膜的空隙；氟鋯酸、氟鈦酸主要是用來增加硅烷吸附膜的致密度及改善硅烷吸附膜的成膜 質(zhì)量；草酸用于調(diào)整處理劑的PH值（降低PH值)，促進硅烷水解進而加速其成膜過程；雙氧 水主要用于增加工作液的穩(wěn)定性；氨水主要用于調(diào)整PH值(提高PH值）和增加硅烷吸附膜 的抗腐蝕性能。 本發(fā)明在硅烷偶聯(lián)劑的成膜機理的基礎(chǔ)上，通過硅烷偶聯(lián)劑（SA)、表面調(diào)整劑、輔助成 膜劑、硅烷分子填充物等主要成分篩選和復(fù)配，研究出以硅烷偶聯(lián)劑為主要成分的高濃度 金屬表面處理劑，用以替代常規(guī)的磷化。對于鋼鐵件、鋁件均有很好的效果，具有不含磷、無 毒、無污染、低溫快速處理、操作簡便、原料來源廣泛、使用成本低等特點。 在利用本處理劑對金屬表面處理前，首先應(yīng)對待處理的工件進行徹底的除油清洗，清 洗后立即用清水漂洗，漂洗后的工件應(yīng)表面水膜均勻且無分開現(xiàn)象方能進行硅烷化處理。 實驗時按照除油一水洗一硅烷化處理一水洗一水洗一干燥的工藝流程對冷軋板樣 片進行處理。其中硅烷化處理時，上述金屬表面處理劑按5% (重量比）使用，常溫處理 30sec_5min〇 分別制備兩份樣品，其處理時間分別為30sec (樣板1)和5min (樣板2)。試樣制備完 畢后，用45°紅外反射吸收光譜技術(shù)測試基材上的硅烷膜層的結(jié)構(gòu)，X射線熒光能譜分析 確認膜的組成結(jié)構(gòu)和包覆度。 研究結(jié)果表明：硅烷偶聯(lián)劑用作鋼鐵表面防腐處理新方法是有效可行的，在優(yōu)化的工 藝操作條件下制的的硅烷膜層進行X射線光電子能譜和反射紅外光譜分析證明了該轉(zhuǎn)化 膜對鐵基的包覆及化學(xué)鍵配位作用，橢圓光譜法測定的浸漬方式膜層厚度為80-100nm。 圖1中的a為樣板2的硅烷膜層的反射吸收紅外光譜圖，b為樣板1的反射吸收紅外 光譜圖，c為樣板1經(jīng)過丙酮擦洗后的反射吸收紅外光譜圖。 從以上的a反射吸收紅外光譜圖可以看出，在750cm _ 1和910cm _ 1的對稱和不對稱 吸收峰，表明硅烷處理劑中硅烷水解形成了線性低聚物，2982和2959cnT 1的波峰表明了 硅烷偶聯(lián)劑發(fā)生了部分水解，在1051cnT 1和1121cnT 1雙峰表明線性低聚物之間通過羥 基發(fā)生了聚合交聯(lián)反應(yīng)。b反射吸收紅外光譜圖在3300cnT 1的締和羥基峰的消失表明硅 烷的羥基在鋼鐵表面發(fā)生了縮合反應(yīng)。C反射吸收紅外光譜圖與b反射吸收紅外光譜并無 變化，進一步表明硅烷偶聯(lián)劑與鋼鐵表面確實發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，而并不是簡單的物理吸附。 另將實驗所制得的試樣與傳統(tǒng)磷化(鋅系磷化、鐵系磷化）及鉻酸鹽鈍化處理進行比 較。冷軋板是目前用途最為廣泛的金屬材料，在每個行業(yè)都有大規(guī)模的應(yīng)用，但冷軋板沒有 鍍鋅板那樣的鍍鋅層、熱軋板的氧化皮及鋁板的氧化膜保護，因此冷軋板的耐腐蝕性能依 賴于涂裝的保護。對已涂覆冷軋板試片采用500小時鹽水（5%濃度)浸泡試驗，檢驗各種經(jīng) 過不同前處理工藝靜電粉末(聚酯-異氰脲酸三縮水甘油酯粉末）噴涂后(漆膜平均厚度為 50±2 μ m)的耐鹽水性能。由試驗結(jié)果可看出，在鹽水浸泡500小時后各種處理的試片都 無變化。由此可知，各種處理方式對于工件的耐鹽水腐蝕性能無明顯差別。為檢驗各種處 理工藝的附著力表現(xiàn)，對經(jīng)過500小時鹽水（5%濃度)浸泡試驗后的試片進行附著力比較實 驗。用劃刀延劃叉部位向邊緣部位剝離，考察其可剝離寬度。得到的結(jié)果如下表所示：

【權(quán)利要求】
1. 環(huán)保型低成本金屬表面處理劑，其特征在于：所述處理劑由下述重量份的原料組 成： 3_氣丙基二乙氧基娃燒 10_20 分散性納米二氧化硅 10-20 氟鋯酸 10-40 氟鈦酸 0-25 草酸 5-10 雙氧水 8-15 水 887-950 氨水 2-5。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型低成本金屬表面處理劑，其特征在于所述處理劑由下 述重量份的原料組成： 3_氛丙基二乙氧基娃燒 15 分散性納米二氧化硅 15 氟鋯酸 25 氟鈦酸 15 草酸 8 雙氧水 10 水 909 氨水 3。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的環(huán)保型低成本金屬表面處理劑的制備方法，其特征在于包 括下述步驟： (1) 取上述配方中3-氨丙基三乙氧基硅烷加入水中，快速攪拌使其充分溶解后制得半 成品A ; (2) 取分散性納米二氧化硅加入水中，快速攪拌使其充分溶解，加入氟鋯酸和氟鈦酸， 再次攪拌后制得半成品B ; (3) 取草酸加入水中，攪拌使其完全溶解，依次加入雙氧水，充分攪拌后制得半成品C ; (4) 將半成品B加入半成品A中，充分攪拌后加入半成品C，再次攪拌后加入氨水，使所 得處得劑PH值在3-3. 5之間即可。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的環(huán)保型低成本金屬表面處理劑的制備方法，其特征在于： (1) 取上述配方中3-氨丙基三乙氧基硅烷10-20份加入300份水中，快速攪拌10分鐘 使其充分溶解后制得半成品A ; (2) 取分散性納米二氧化硅10-20份加入300份水中，快速攪拌20分鐘使其充分溶解， 加入15-40份氟鋯酸和氟鈦酸，攪拌10分鐘后制得半成品B ; (3) 取5-10份草酸加入100份水中，攪拌10分鐘使其完全溶解，依次加入8-15份雙氧 水和195-292份水，充分攪拌10分鐘后制得半成品C ; (4) 將半成品B加入半成品A中，充分攪拌20分鐘，加入半成品C，攪拌30分鐘后加入 2-5份氨水，調(diào)整處理劑PH值在3-3. 5之間即可。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的環(huán)保型低成本金屬表面處理劑的制備方法，其特征在于：所 述水的電導(dǎo)率<l〇ys / cm。
【文檔編號】C23C22/46GK104294260SQ201410460324
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月11日
【發(fā)明者】陳海波 申請人:泉州泉港華博化工科技有限公司