CN102352500A - 金属表面涂装前预处理用水性处理剂 - Google Patents

金属表面涂装前预处理用水性处理剂 Download PDF

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李家园
龚诗自
高岩
陈立波
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Abstract

本发明涉及金属防腐技术领域一种金属表面涂装前预处理用水性处理剂。为了解决以上金属磷化、钝化工艺存在的高耗能、重污染等问题,本发明金属表面涂装前预处理用水性处理剂,所用原料为环氧基硅烷、乙烯基硅烷、水性不饱和聚酯、引发剂、醋酸、乙醇和水;环氧基硅烷是指分子中含有至少一个环氧基官能团的硅烷。本发明的有益效果:该处理剂以水为分散介质挥发性组分含量低,不含有害重金属离子,是一种环保且高效的金属表面预处理剂。该处理剂可以在金属表面形成致密的保护膜,赋予金属良好的耐腐蚀性、耐水性和良好的涂布性能及涂装配套性。

Description

金属表面涂装前预处理用水性处理剂
[0001] 技术领域
本发明涉及金属防腐技术领域,特别涉及一种金属表面涂装前预处理用水性处理剂。
[0002] 背景技术
金属腐蚀是目前国民经济各个领域面临的一个十分严峻的问题,全世界每年因金属腐蚀造成的损失高达上千亿美元。为了达到金属表面防腐的目的,通常在金属表面涂装涂料, 使得金属与外界环境隔绝,从而减少金属的腐蚀。
[0003] 在涂装涂料前,通常需要对金属表面进行预处理,传统的预处理方法主要有喷砂、 打磨、化学清洗、化学转化膜等,但其中最常用的是磷化工艺和金属表面钝化工艺。
[0004] 金属磷化工艺是目前应用最广的金属表面预处理工艺,其主要原理是磷酸或酸式磷酸盐在酸性条件下与金属反应,在金属表面形成一层致密的难溶磷酸盐保护膜。磷化处理可用于普通钢材的涂装前预处理、长效防腐以及机械加工前处理,也可用于铝材及铝合金、锌及镀锌材料等的涂装前预处理。金属表面的磷化膜,可增强涂层与基材之间的结合力;也可用于改变金属表面的冷加工性能;经封孔、钝化处理后可具有一定的抗腐蚀能力。
[0005] 金属钝化工艺是金属表面处理的另一种技术,钝化的方法有很多种,常用的有氧化和铬酸盐钝化。氧化通常用于铁、铝、锌等金属的钝化处理,它是用化学或电化学的方法, 使金属表面氧化并沉积上一层致密的氧化物薄膜,而起到保护作用。铬酸盐钝化是以铬酸或重铬酸盐为原料,其强氧化作用使得金属表面生成致密的含铬钝化膜,从而提高金属的抗腐蚀性能。
[0006] 然而金属磷和钝化工艺都存在着严重的环境污染问题,磷化和钝化液中含有大量的重金属离子,如铬、镍、铅、锌、铜、锰、锡等,这些离子即可以造成急性中毒,也可以在人体内慢慢积累,使人体发生病变;而且磷化和钝化工艺过程中还会产生大量污水,其中含有的重金属离子,一方面会造成污染,另一方面难以回收,资源浪费严重。
[0007] 随着环保意识的增强,近年来开发出一些新的表面处理工艺如:稀土转化膜工艺、 有机酸碱钝化工艺等,但这些工艺也不同程度上存在着资源浪费,难以在实际中应用等问题。
[0008] CN1814860A中公开了一种由磷酸类化合物和具有至少4个氟原子并选自钛、锆、 硅、铪、铝、硼中至少一种元素的氟酸,以及具有至少一个含活性氨基的硅烷偶联剂和具有至少一个环氧基的硅烷偶联剂组成的金属表面处理用组合物,该组合物可以在金属表面形成耐腐蚀性、耐黑变性、和涂布密合性能优异的保护膜,但此组合物价格昂贵,含有磷酸类化合物,对环境污染比较严重。
[0009] CN1012^^4A中公开了一种由分子中含有一个氨基的硅烷偶联剂、分子含有缩水甘油基的硅烷偶联剂以及磷酸、氟化合物以及钒化合物组成的金属表面处理用组合物,该组合物可以赋予金属非铬钝化工艺难以实现的耐蚀性、耐热性、耐指纹性、导电性等性能, 但价格昂贵,亦含有磷酸,对环境污染严重。
[0010] 发明内容
为了解决以上金属磷化、钝化工艺存在的高耗能、重污染等问题,本发明提供了一种不
4含重金属离子、低V0C、污染小、效率高、适用范围广的金属表面涂装前预处理用水性处理剂。
[0011] 本发明是通过以下措施实现的:
一种金属表面涂装前预处理用水性处理剂,所用原料的重量百分比如下: 环氧基硅烷 0. 4〜12%,
乙烯基硅烷 0. Γ6%,
水性不饱和聚酯 0. 05¾,
引发剂 0. 0005〜0. 05%,
醋酸 0〜0. 2%,
乙醇 3〜60%,
余量为水;
所述环氧基硅烷是指分子中含有至少一个环氧基官能团的硅烷。
[0012] 所述的金属表面涂装前预处理用水性处理剂,所用原料的重量百分比如下: 环氧基硅烷 6〜12%,
乙烯基硅烷 3〜5%,
水性不饱和聚酯 1%,
引发剂 0. 0015 〜0. 003%,
醋酸 0〜0. 13%,
乙醇 20〜40%,
余量为水。
[0013] 所述的金属表面涂装前预处理用水性处理剂,所用原料的重量百分比如下: 环氧基硅烷 11.8%,
乙烯基硅烷 4%,
水性不饱和聚酯 1%,
引发剂 0.003%,
乙醇 24%,
余量为水。
[0014] 所述环氧基硅烷为3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、(3,4环氧丁基)三甲氧基硅烷或(3,4环氧丁基)三乙氧基硅烷。
[0015] 所述环氧基硅烷为3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷或3-环氧丙氧基丙基三乙氧基娃焼,
所述乙烯基硅烷为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三乙酰氧基硅焼。
[0016] 所述引发剂为过二硫酸钾、过氧化苯甲酰、过氧化甲乙酮或N,N-二甲基苯胺。
[0017] 所述不饱和聚酯中具有反应活性的醇羟基与羧基的摩尔比为0. 66〜1. 5。
[0018] 所述不饱和聚酯中具有反应活性的醇羟基与羧基的摩尔比为1〜1. 22。
[0019] 所述不饱和聚酯中使用的不饱和羧酸选自丙烯酸、丁烯酸、甲基丙烯酸、β-乙烯基丙烯酸、山梨酸、顺-丁烯二酸、反-丁烯二酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、以及顺-丁烯二酸酐和邻苯二甲酸酐中的一种以上,所使用的多元醇为乙二醇、1,2_丙二醇、1,3-丙二醇、丙三醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,2,4-丁三醇、1,5-戊二醇、已二醇和季戊四醇中的一种以上。 [0020] 本发明的有益效果:
该处理剂以水为分散介质挥发性组分含量低,不含有害重金属离子,是一种环保且高效的金属表面预处理剂。该处理剂可以在金属表面形成致密的保护膜,赋予金属良好的耐腐蚀性、耐水性和良好的涂布性能及涂装配套性。
具体实施方式
[0021 ] 为了更好的理解本发明,下面结合具体实施例来进一步说明。本实例只是对本发明进行具体说明,并不能限定本发明的范围。
[0022] 水性不饱和聚酯1 :具有反应活性的醇羟基与羧基的摩尔比为1. 03
将98克(Imol)顺丁烯二酸酐、44. 5克(0. 168mol)邻苯二甲酸酐、73. 6克(0. 8mol)丙三醇置于三口烧瓶中,升温至140°C,随反应的进行,烧瓶内温度快速升温至190°C。继续向烧瓶供热,使料液温度保持在18(T20(TC之间,并保温反应5小时,降温出料。
[0023] 水性不饱和聚酯2 :具有反应活性的醇羟基与羧基的摩尔比为1. 2
将 78. 4 克(0. 8mol)顺丁烯二酸酐、59. 2 克(0. 22mol)邻苯二甲酸酐、7. 2 克(0. Imol) 丙烯酸、88. 4克(0. 65mol)季戊四醇置于三口烧瓶中,并通氮气排出烧瓶内空气。加热,使料液升温至140°C,随反应的进行,烧瓶内温度快速升温至185°C,继续向烧瓶供热,使料液温度保持在18(T200°C之间,待回流量恒定后,再保温反应5小时,降温出料。
[0024] 实施例1 :
向容器内加入200克乙醇,100克水,和1. 3克冰醋酸,然后在搅拌条件下向其中加入 10克水性不饱和聚酯1,60克3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷和30克乙烯基三乙氧基硅烷,并于室温下搅拌反应2小时,然后用水补足至1000g。剩余的水均分成4次加入,每次间隔20分钟;最后加入0. 3克5%过二硫酸钾水溶液,并搅拌均勻即可。
[0025] 实施例2 :
向容器中加入400克乙醇、150克水待完全溶解后在搅拌条件下向其中加入100克(3, 4环氧丁基)三乙氧基硅烷、40克乙烯基三乙酰氧基硅烷和10克水性不饱和聚酯1,并于室温下搅拌反应2小时,然后再加入3克1%过氧化苯甲酰乙醇溶液,最后用水补足至lOOOg, 剩余的水均分3次加入,每次间隔20分钟,加完后稍加搅拌即可。
[0026] 实施例3 :
向容器中加入MO克乙醇、120克水待完全溶解后在搅拌条件下向其中加入118克 3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、40克乙烯基三乙氧基硅烷和10克水性不饱和聚酯2, 并于室温下搅拌反应2小时,然后再加入3克1%过氧化苯甲酰乙醇溶液,最后用水补足至 1000g,剩余的水均分3次加入,每次间隔20分钟,加完后稍加搅拌即可。
[0027] 实施例4 :
向容器内加入100克乙醇,120克水,然后在搅拌条件下向其中加入10克水性不饱和聚酯2,60克3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷和50克乙烯基三甲氧基硅烷,并于室温下搅拌反应2小时,然后用水补足至lOOOg,剩余的水均分成4次加入,每次间隔20分钟;最后加入0. 3克5%过二硫酸钾水溶液,并搅拌均勻即可。[0028] 实施例5 :
向容器中加入600克乙醇、80克水待完全溶解后在搅拌条件下向其中加入120克(3,4 环氧丁基)三甲氧基硅烷、60克乙烯基三乙酰氧基硅烷和20克水性不饱和聚酯2,并于室温下搅拌反应2小时,然后再加入2克1%N,N- 二甲基苯胺乙醇溶液,最后用水补足至lOOOg, 剩余的水均分3次加入,每次间隔20分钟,加完后稍加搅拌即可。
[0029] 防腐效果试验
将冷轧板和热镀锌板置于70°C碱性除油液中处理20分钟,然后将冷轧板用清水洗净后置于15%的盐酸溶液中浸泡10分钟,以除去表面锈渍,最后用清水洗净。热镀锌板不作除锈处理,在除油后用清水洗净。
[0030] 将经除油、除锈后的冷轧板和热镀锌板分别浸入到上述实施例1-5制备的水性处理剂中10秒钟,取出后晾干并在120°C下烘干15分钟,降温后放置均化M小时,然后进行中性盐雾腐蚀实验。
[0031] 作为对照,冷轧板经除油、水洗、除锈、水洗、表调后,置于常温锌系磷化液处理30 分钟,水洗、烘干,进行中性盐雾腐蚀实验。热镀锌板只进行除油处理后进行中性盐雾腐蚀实验。
[0032] 结果如下表:
表1中性盐雾腐蚀实验结果
Figure CN102352500AD00071
涂装性能测试:
样板分别先按上述方法进行处理,然后分别涂装不同的有机涂料,方法如下: 1.环氧聚酯粉末涂料
采用静电喷涂的方法涂装环氧聚酯粉末涂料,然后于180°c下烘烤20分钟,冷却至室温并放置一周后进行测试。
[0033] 2.醇酸树脂清漆
采用GB/T 1727-1992中所述的方法进行刷涂,并于室温下均化一周后进行测试。
[0034] 3.丙烯酸树脂清漆
采用GB/T 1727-1992中所述的方法进行刷涂,并于室温下均化一周后进行测试。
[0035] 抗冲击性测试:
涂层的抗冲击性能按GB/T 1732-1993进行测试。
[0036] 附着力测试:涂层的附着力按GB/T拟86-1998进行测试。
[0037] 测试结果见表2与表3:
表2底材为冷轧板时涂膜性能测试结果
Figure CN102352500AD00081
表3底材为热镀锌板时涂膜性能测试结果
Figure CN102352500AD00091
由表2和表3可以看出,本发明的金属表面涂装前预处理用水性处理剂配套性好,无论底材为冷轧板还是热镀锌板,耐冲击性都能达到50kg ·cm以上,附着力达到1级,在涂装环氧聚酯粉末涂料时中性盐雾腐蚀实验可以达到672小时不起泡、无锈蚀,涂装醇酸清漆时, 中性盐雾腐蚀实验可以达到268小时不起泡、无锈蚀,涂装丙烯酸清漆时,中性盐雾腐蚀实验可以达到450小时不起泡、无锈蚀,耐腐蚀性能有了一个很好的提高。

Claims (10)

1. 一种金属表面涂装前预处理用水性处理剂,其特征是所用原料的重量百分比如下: 环氧基硅烷 0. 4〜12%,乙烯基硅烷 0. Γ6%,水性不饱和聚酯 0. 05¾,引发剂 0. 0005〜0. 05%,醋酸 0〜0. 2%,乙醇 3〜60%,余量为水;所述环氧基硅烷是指分子中含有至少一个环氧基官能团的硅烷。
2.根据权利要求1所述的金属表面涂装前预处理用水性处理剂,其特征是所用原料的重量百分比如下:环氧基硅烷 6〜12%,乙烯基硅烷 3〜5%,水性不饱和聚酯 1%,引发剂 0. 0015 〜0. 003%,醋酸 0〜0. 13%,乙醇 20〜40%,余量为水。
3.根据权利要求1所述的金属表面涂装前预处理用水性处理剂,其特征是所用原料的重量百分比如下:环氧基硅烷 11.8%,乙烯基硅烷 4%,水性不饱和聚酯 1%,引发剂 0.003%,乙醇 24%,余量为水。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的金属表面涂装前预处理用水性处理剂,其特征在于所述环氧基硅烷为3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、 (3,4环氧丁基)三甲氧基硅烷或(3,4环氧丁基)三乙氧基硅烷。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的金属表面涂装前预处理用水性处理剂,其特征在于所述环氧基硅烷为3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷或3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅焼。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的金属表面涂装前预处理用水性处理剂,其特征在于所述乙烯基硅烷为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三乙酰氧基硅焼。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的金属表面涂装前预处理用水性处理剂,其特征在于所述引发剂为过二硫酸钾、过氧化苯甲酰、过氧化甲乙酮或N,N-二甲基苯胺。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的金属表面涂装前预处理用水性处理剂,其特征在于所述不饱和聚酯中具有反应活性的醇羟基与羧基的摩尔比为0. 66〜1. 5。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的金属表面涂装前预处理用水性处理剂,其特征在于所述不饱和聚酯中具有反应活性的醇羟基与羧基的摩尔比为1〜1. 22。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的金属表面涂装前预处理用水性处理剂,其特征在于所述不饱和聚酯中使用的不饱和羧酸选自丙烯酸、丁烯酸、甲基丙烯酸、B"乙烯基丙烯酸、山梨酸、顺-丁烯二酸、反-丁烯二酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、以及顺-丁烯二酸酐和邻苯二甲酸酐中的一种以上,所使用的多元醇为乙二醇、1,2_丙二醇、1, 3-丙二醇、丙三醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,2,4-丁三醇、1,5-戊二醇、已二醇和季戊四醇中的一种以上。
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