CN101899657A - 一种无铬钝化处理剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无铬钝化处理剂，其各组分的质量份数配比为：硅烷10-20份；硅溶胶15-35份；填料10-30份；交联剂5-10份；润滑助剂5-10份；去离子水30-55份。相应地，本发明还公开了该无铬钝化处理剂的制备方法。该无铬钝化处理剂不含有金属离子，具有优秀的环保性，同时还具有优良的耐腐蚀性能。

Description

一种无铬钝化处理剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种组合物及其制备方法，尤其涉及一种无铬钝化处理剂及其制备方法。
背景技术
钢板表面镀锌是提高钢板防腐蚀能力的重要手段，但是镀锌层容易在潮湿环境中腐蚀，形成白斑和灰斑，因此在镀锌后一般需要采取钝化处理来提高其耐腐蚀性能。
目前普遍采用的钝化处理工艺为采用铬酸盐进行钝化处理，这种处理方式工艺简单、成本低、耐腐蚀性能好，但由于其中含有大量六价铬，因此在生产过程中会对环境和人体造成严重危害。而目前还没有理想的无铬钝化处理剂能代替铬酸盐，达到相同的耐腐蚀性。
发明内容
本发明的目的是提供一种无铬钝化处理剂及其制备方法，该钝化处理剂不含有金属铬，但却同时具有优秀的耐腐蚀性能，即既保证了该钝化处理剂的性能要求，又保证了其环保性。使用该钝化处理剂对镀锌钢板进行钝化处理时，工艺简单。
根据本发明的上述目的，本发明提出了一种无铬钝化处理剂，其各组分的质量份数配比为：
硅烷        10-20份；
硅溶胶      15-35份；
填料        10-30份；
交联剂      5-10份；
润滑助剂    5-10份；
去离子水    30-55份。
优选地，所述填料为纳米二氧化钛，所述纳米二氧化钛的粒径为100-200nm。纳米二氧化钛拥有纳米粒子特有的小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，具有极强的紫外线屏蔽能力和高表面活性。将其添加在钝化剂中，可减免涂膜遭受紫外线的侵蚀，提高钝化剂的色彩鲜艳度、抗老化性能和耐擦洗性，从而提高涂料的品质。本技术方案中选用100-200nm粒径的纳米二氧化钛主要是因为此粒径范围内的二氧化钛能在钝化剂中较好地分散而不易沉降，同时显著提升耐擦性、耐水洗性、耐酸性及耐污性。
优选地，所述硅烷为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，其是一种含环氧基的交联剂，用于多硫化物和聚氨酯的嵌缝胶和密封胶，用于环氧树脂的胶粘剂、填充型或增强型热固性树脂、玻璃纤维胶粘剂和用于无机物填充或玻璃增强的热塑料性树脂等。本技术方案中使用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷是为了提高成膜物质与基体之间的粘结力，通过分子两端与无机材质与有机材质的反应，起到桥梁作用。此外，其成膜后具有比较好的耐腐蚀、耐溶剂、耐酸碱性能。
优选地，所述交联剂为四(三乙醇胺)锆酸酯，主要起表面改性和催化剂的作用，以提高粘合性能，提高涂料对底材(锌层)的附着力。
优选地，所述硅溶胶的粒径为20-30nm。硅溶液在失去水分时，单体硅酸逐渐聚合成高聚硅胶，随着水分的蒸发，胶体分子增大，最后形成-SIO-O-SIO-涂膜，IO-SI-OH+HO-SI-OH因Na2O在硅溶胶中的含量低，硅溶胶具有一定量成膜溶解的特性，其耐水性、耐热性能明显优于有机涂料。由于硅溶胶粒径越小，溶液的稳定性越高，同时成膜性能越好，因此根据本技术方案的特点，并为了与其他组分的匹配，本技术方案中选用粒径为20nm-30nm范围的硅溶胶。
优选地，所述润滑助剂为水性非离子氧化聚乙烯蜡蜡浆，水性非离子氧化聚乙烯蜡的粒径为1-2nm。水性非离子氧化聚乙烯蜡具有优异的抗擦伤性能和耐磨性能，其熔点高，硬度大，具有非常好的耐醇性，能够增加钝化涂层的润滑性、拨水性。发明人经过试验发现，如果其粒径小于1um，会导致颗粒上浮，导致钝化涂层与底材的结合力下降，同时导致润滑性能下降，如果大于2um，会造成蜡颗粒与表面涂层的结合力下降，同样影响润滑性能。
优选地，所述去离子水的导电率≤5μs/cm。由于本技术方案对于涂料的防腐性能有较高的要求，因此发明人经过试验发现工业用自来水蒸馏水及电导率＞5μs/cm的去离子水均不能实现本发明对于耐腐蚀性能的要求。
相应地，本发明还提供了上述用于无铬钝化处理剂的制备方法，其包括下列步骤：常温条件下在反应釜中加入去离子水；然后加入硅烷；升温至50-55℃，搅拌1.5-2h后加入硅溶胶，搅拌0.5-0.75h；维持温度不变，加入填料，搅拌0.5-0.75h；维持温度不变，加入交联剂，搅拌0.5-0.75h，然后降温至常温，加入润滑助剂，搅拌0.5-0.75h；再次加入去离子水，搅拌2-2.5h。
本发明由于采用了上述技术方案，使其组分区别于现有的钝化处理剂，不含有对环境有污染的金属铬离子，同时对镀锌钢板或镀铝锌硅钢板进行钝化处理后，可满足镀锌钢板或镀铝锌硅钢板所需的耐腐蚀性要求。
具体实施方式
实施例1-5
按照下列步骤制造本发明所述的用于镀锌钢板和镀铝锌硅钢板的无铬钝化处理剂：常温条件下在反应釜中加入去离子水；然后加入γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷；升温至50-55℃，搅拌1.5-2h后加入硅溶胶，搅拌0.5-0.75h；维持温度不变，加入纳米二氧化钛，搅拌0.5-0.75h；维持温度不变，加入四(三乙醇胺)锆酸酯，搅拌0.5-0.75h，然后降温至常温，加入水性非离子氧化聚乙烯蜡蜡浆，搅拌0.5-0.75h；再次加入去离子水，搅拌2-2.5h。其中各实施例的组分配比见表1。
表1(质量份数)
 组分  实施例1  实施例2  实施例3  实施例4  实施例5
 去离子水   30   35   40   50   55
 γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷   20   18   15   12   10
 硅溶胶   16   20   24   30   35
 纳米二氧化钛   10   14   20   28   30
 四(三乙醇胺)锆酸酯   5   6   8   8   10
 水性非离子氧化聚乙烯蜡蜡浆   5   5   8   8   10
需要了解的是，实施例1-5中，去离子水的电导率均≤5μs/cm，硅溶胶的粒径范围为20nm-30nm，纳米二氧化钛的粒径为100-200nm。
表2为本发明实施例1-5中各钝化处理剂的制备工艺参数。
表2
Figure BDA0000025968910000041
将上述实施例1-5中的各钝化处理剂分别涂敷在镀锌钢板和镀铝锌硅钢板上，检测其性能，检测结果参见表3和表4。
取一块210mm×150mm×0.5mm镀锌钢板，经脱脂→水洗→纯水洗→吹干→涂布实施例1-3中的钝化处理剂→烘干(烘干温度120℃)→自然降温，处理后对钢板做钝化检测，结果见表3。
表3
Figure BDA0000025968910000042
取一块210mm×150mm×0.5mm镀铝锌硅钢板，经脱脂→水洗→纯水洗→吹干→涂布实施例4-5中的钝化处理剂→烘干(烘干温度120℃)→自然降温，然后对钢板做性能检测，检测结果见表4。
表4
Figure BDA0000025968910000052
Figure BDA0000025968910000061
要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种无铬钝化处理剂，其特征在于，其各组分的质量份数配比为：
硅烷        10-20份；
硅溶胶      15-35份；
填料        10-30份；
交联剂      5-10份；
润滑助剂    5-10份；
去离子水    30-55份。
2.如权利要求1所述的无铬钝化处理剂，其特征在于，所述填料为纳米二氧化钛，所述纳米二氧化钛的粒径为100-200nm。
3.如权利要求2所述的无铬钝化处理剂，其特征在于，所述硅烷为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
4.如权利要求3所述的无铬钝化处理剂，其特征在于，所述交联剂为四(三乙醇胺)锆酸酯。
5.如权利要求4所述的无铬钝化处理剂，其特征在于，所述硅溶胶的粒径为20-30nm。
6.如权利要求5所述的无铬钝化处理剂，其特征在于，所述润滑助剂为水性非离子氧化聚乙烯蜡蜡浆，水性非离子氧化聚乙烯蜡的粒径范围为1-2nm。
7.如权利要求6所述的无铬钝化处理剂，其特征在于，所述去离子水的导电率≤5μs/cm。
8.如权利要求1所述的无铬钝化处理剂的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：常温条件下在反应釜中加入去离子水；然后加入硅烷；升温至50-55℃，搅拌1.5-2h后加入硅溶胶，搅拌0.5-0.75h；维持温度不变，加入填料，搅拌0.5-0.75h；维持温度不变，加入交联剂，搅拌0.5-0.75h，然后降温至常温，加入润滑助剂，搅拌0.5-0.75h；再次加入去离子水，搅拌2-2.5h。
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