CN102691057B - 代替磷化液的金属表面处理剂及其制备方法 - Google Patents
代替磷化液的金属表面处理剂及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及代替磷化液的金属表面处理剂及其制备方法与用途。它有60～70重量份的全氟烷基丙烯酸酯（固含量≥90%）、50～60重量份的水性氟碳乳液（固含量48%）、8～10重量份的环氧丙烯酸酯树脂（固含量≥90%）、10～15重量份的水；改进的它还有8～10重量份的微米级或纳米级锌粉、5～8重量份的微米级或纳米级玻璃鳞片、1～1.5重量份的聚乙烯吡咯烷酮、25～30重量份的无水乙醇。它组方经济，防锈效果好。制备方法为混合搅拌方法。工艺简单，使用设备少。用途为：采用浸渍方法在金属工件表面形成一层防锈膜，浸渍温度为20～30℃，浸渍时间30～60秒。此工件有助于提高相关产品的质量和市场竞争力。
Description
技术领域
本发明涉及一种处理剂，更具体地说，本发明涉及一种代替磷化液的金属表面处理剂，同时，本发明还涉及一种所述代替磷化液的金属表面处理剂的制备方法与用途。
技术背景
目前，对于黑色金属的防腐，国内外一般采用三大防腐处理技术：1、镀锌或镀铅；2、酸洗、磷化、钝化、达可罗（诞生于美国的一项防腐技术）等；3、酸洗、磷化、钝化、电泳或喷粉。
磷化处理的工艺步骤复杂、生产成本高，最关键的是会造成较为严重的环境污染。磷化处理包括十个工艺步骤：脱脂--水洗--酸洗--水洗--表调--磷化--水洗--钝化（或称封闭处理）--水洗--干燥。
一般地，多数富营养化水体中的控制因素为磷。磷化废渣（即磷化处理后的沉淀物）的主要成分是磷酸铁和磷酸锌，故磷化废水的无机磷含量高，化学需氧量和生化需氧量相对较低，用生化法处理，难以达到废水的排放标准要求，这样，大量的磷化废水排入江河湖泊中，增加了水体的营养负荷，引起水体(特别是封闭水体)的富营养化，以致富营养化污染己成为目前所面临的重大环境问题。
随着磷化处理的广泛使用及我国污染物排放法规的严格执行，磷化废水的治理问题愈显突出，因此，开发一种代替磷化液的金属表面处理剂迫在眉睫、十分必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种代替磷化液的金属表面处理剂，其组方经济，防锈效果好；同时提供一种该代替磷化液的金属表面处理剂的制备方法，该方法工艺简单，使用设备少；同时也给出了该代替磷化液的金属表面处理剂的用途。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种代替磷化液的金属表面处理剂，它包括如下组分：
该代替磷化液的金属表面处理剂的制备方法为：在60～70重量份的全氟烷基丙烯酸酯（固含量≥90%）中依次加入50～60重量份的水性氟碳乳液（固含量48%）、8～10重量份的环氧丙烯酸酯树脂（固含量≥90%）、10～15重量份的水，并充分搅拌溶解后，即可制得所述的代替磷化液的金属表面处理剂。
该代替磷化液的金属表面处理剂的用途为：采用浸渍这种传统方法在金属工件表面形成一层防锈膜，浸渍温度为20～30℃，浸渍时间30～60秒。
为简洁说明问题起见，以下本发明所述代替磷化液的金属表面处理剂均简称为本处理剂。
全氟烷基丙烯酸酯（固含量≥90%）是本处理剂的成膜物质。全氟烷基丙烯酸酯（固含量≥90%）是将全氟烷基乙醇与过量的（甲基）丙烯酸在溶剂中且有催化剂ZrOCl2·8H2O和阻聚剂对苯二酚存在的条件下进行酯化反应，然后减压蒸除溶剂及未反应完的（甲基）丙烯酸，再加碱液调pH至弱碱性，过滤后得到的。它具有优异的低表面能特性、耐候性及环境友好性，在建筑涂料、纺织工业以及其它重要领域得到广泛的应用。该成膜物质的上述特性保证了其优异的防腐性能。
水性氟碳乳液（固含量48%）为氟乙烯和羟基乙烯基醚共聚物，氟的重量百分比浓度为8～11.5%，且主链含氟原子。水性氟碳乳液（固含量48%）有极佳的机械稳定性、超长的耐候性、抗碱性、耐酸雨，能承受较大剪切力，且为常温固化，可调整本处理剂的成膜温度、成膜性和提高膜层的耐腐蚀性。
环氧丙烯酸酯树脂（固含量≥90%）为本处理剂的成膜促进剂，增强本处理剂的成膜性能。
根据所述的本处理剂的用途，使用本处理剂采用浸渍这种传统方法对金属工件进行防锈处理后，可在金属工件表面形成一层低表面能防锈膜，使金属工件具有良好的耐腐蚀性。它简化了常规磷化处理的工艺步骤，且性能超过常规磷化处理的防锈效果，使用中适时补充本处理剂即可，不存在废液的排放，无磷排放，无三废污染，大大降低了金属工件的生产成本，提高相关产品的质量和市场竞争力。因此，本处理剂组方经济，防锈效果好。
作为本发明的改进，本处理剂的组分还包括：
本处理剂的制备方法为：还包括在制得的所述代替磷化液的金属表面处理剂中加入悬浮液，并搅拌均匀，所述悬浮液的制备方法为：将1～1.5重量份的聚乙烯吡咯烷酮加入到25～30重量份的无水乙醇中充分搅拌，然后分别加入8～10重量份的微米级或纳米级锌粉、5～8重量份的微米级或纳米级玻璃鳞片，充分搅拌，再超声分散40分钟，以形成悬浮液。
该代替磷化液的金属表面处理剂的用途为：采用浸渍这种传统方法在金属工件表面形成一层防锈膜，浸渍温度为20～30℃，浸渍时间30～60秒。
微米级或纳米级锌粉为功能性添加剂之一，其电极电位比金属工件的电极电位要低，处理金属工件时，以本处理剂的液相部分为载体，均布在金属工件表面。当本处理剂的膜层发生破裂、腐蚀介质（通常是电解质溶液）侵入时，将使锌粉与金属工件处于电导通状态，锌粉可在金属工件表面组成一个微区电化学保护，建立微区阴极保护的体系，起到阴极保护的作用，从而提高本处理剂的防锈性能。
微米级或纳米级玻璃鳞片为另一功能性添加剂，当玻璃鳞片均匀分散在金属工件表面时，会对腐蚀介质起到机械隔离作用，在微观上延长了腐蚀介质到达金属工件表面的路径长度，有效提高了本处理剂的防锈能力。
聚乙烯吡咯烷酮（简称PVP）和无水乙醇为所述锌粉和玻璃鳞片的分散剂。两者的水溶性、分散性较好，因此所述锌粉和玻璃鳞片可顺利地进入本处理剂中。
根据所述的本处理剂的用途，使用本处理剂采用浸渍这种传统方法对金属工件进行防锈处理后，可在金属工件表面形成一层低表面能防锈膜，基于上述功能性添加剂加入本处理剂中，使得本处理剂的防锈效果进一步提高。
综上所述，本处理剂其组方经济，防锈效果好；本处理剂的制备方法，其工艺简单，使用设备少；本处理剂的用途广泛，适应性强，工业化使用简便易行、没有障碍，安全环保，便于推广和实施。在国内开创了对金属工件进行无磷排放的防锈处理、使金属工件具有良好耐腐蚀性的先河，对于相关产品的质量和市场竞争力可起到较显著的提升作用。
经检测，本处理剂在40～60℃即可成膜，在120℃、20分钟内即可烘干；在正常存放环境下，金属工件的防锈期可达60个月以上。
本处理剂易于存储，只需保存在5℃以上、避免日光直晒、通风阴凉干燥处即可。本处理剂的部分物理化学性质为：
本处理剂中的全氟烷基丙烯酸酯（固含量≥90%）、水性氟碳乳液（固含量48%）、环氧丙烯酸酯树脂（固含量≥90%）、微米级或纳米级锌粉、微米级或纳米级玻璃鳞片、聚乙烯吡咯烷酮、无水乙醇均为市售品，具体信息如下：
附图说明
图1是使用本发明实施例1所述的本处理剂并采用浸渍这种传统方法对金属工件进行防锈处理后，金属工件表面微观形貌在放大至5000倍后的透射电镜分析照片；
图2是图1中所述的那一金属工件表面微观形貌在经马尔文纳米粒度仪测定后的平均粒径分布状态图。
具体实施方式
以下通过下面给出的实施例可以进一步清楚地了解本发明。但它们不是对本发明的限定。
实施例1：
在65重量份的全氟烷基丙烯酸酯（固含量90%）中依次加入55重量份的水性氟碳乳液（固含量48%）、9重量份的环氧丙烯酸酯树脂（固含量90%）、13重量份的水，并充分搅拌溶解，然后，再加入悬浮液，并搅拌均匀，即可制得所述的代替磷化液的金属表面处理剂，所述悬浮液的制备方法为：将1.3重量份的聚乙烯吡咯烷酮加入到28重量份的无水乙醇中充分搅拌，然后分别加入9重量份的微米级或纳米级锌粉、6重量份的微米级或纳米级玻璃鳞片，充分搅拌，再超声分散40分钟，以形成悬浮液。
用上述方法制得的本处理剂，易于存储，只需保存在5℃以上、避免日光直晒、通风 阴凉干燥处即可，密封储存1年不变质。
使用制得的本处理剂并采用浸渍这种传统方法在金属工件（如滤清器的金属外壳）表面形成一层良好防锈膜，完成对金属工件的防锈处理，浸渍温度为25℃，浸渍时间45秒。
下面再结合图1、图2，对所述金属工件经防锈处理后其防锈效果得以提高的原因进行分析：
需要说明的是，图2中的横坐标为粒子的直径、纵坐标为该粒径下的粒子占总粒子的百分比。
参见图1、图2，可以看出，本处理剂的粒子分散均匀，平均粒径均在100nm左右。这些粒子在所述金属工件表面形成一层在三维空间内均匀分布的纳米粒子保护膜，这些粒子不仅会起到封闭所述金属工件表面的作用，延长腐蚀介质侵入的路径长度，减缓腐蚀，而且还可起到微观区域的阴极保护作用，使得所述金属工件经防锈处理后其防锈效果得以提高。经检测，本处理剂在40～60℃即可成膜，在120℃、20分钟内即可烘干；在正常存放环境下，所述金属工件的防锈期可达60个月以上。
对于经防锈处理后的所述金属工件，任取其中的五个作为实验试样，并分别编号为1—5号；然后，采用上海林频实验设备有限公司生产的盐雾试验箱，并根据GB/T10125—1997《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》国家标准，对所述实验试样进行盐雾腐蚀实验。盐雾腐蚀试验的结果见表1，表1中的时间为相应实验试样出现第一个腐蚀锈点的时间。
表1
从表1中可以看出，在140小时后，1号实验试样出现第一个腐蚀锈点。另，将上述的盐雾实验持续进行后，在170小时将出现多个腐蚀锈点，200小时后出现成片的腐蚀区域。按GB/T13171-2004检验表明，本处理剂不含磷。
实施例2：
在65重量份的全氟烷基丙烯酸酯（固含量95%）中依次加入55重量份的水性氟碳乳液（固含量48%）、9重量份的环氧丙烯酸酯树脂（固含量95%）、13重量份的水，并充分搅拌溶解后，即可制得所述的代替磷化液的金属表面处理剂。
用上述方法制得的本处理剂，易于存储，只需保存在5℃以上、避免日光直晒、通风阴凉干燥处即可，密封储存1年不变质。
使用制得的本处理剂并采用浸渍这种传统方法在金属工件（如滤清器的金属螺纹盖板）表面形成一层良好防锈膜，完成对金属工件的防锈处理，浸渍温度为30℃，浸渍时间 60秒。
Claims (2)
1.代替磷化液的金属表面处理剂，其特征在于：它包括如下组分：
固含量≥90%的全氟烷基丙烯酸酯 60～70 重量份
固含量48%的水性氟碳乳液 50～55 重量份
固含量≥90%的环氧丙烯酸酯树脂 8～10 重量份
水 10～15 重量份
微米级或纳米级锌粉 8～10 重量份
微米级或纳米级玻璃鳞片 5～8 重量份
聚乙烯吡咯烷酮 1～1.5 重量份
无水乙醇 25～30 重量份。
2.权利要求1所述的代替磷化液的金属表面处理剂的制备方法，包括以下工艺步骤：在60～70重量份、固含量≥90%的全氟烷基丙烯酸酯中依次加入50～55重量份、固含量48%的水性氟碳乳液和8～10重量份、固含量≥90%的环氧丙烯酸酯树脂以及10～15重量份的水，并充分搅拌溶解后，再加入悬浮液，并搅拌均匀，即可制得所述的代替磷化液的金属表面处理剂，所加入的悬浮液的制备方法为：将1～1.5重量份的聚乙烯吡咯烷酮加入到25～30重量份的无水乙醇中充分搅拌，然后分别加入8～10重量份的微米级或纳米级锌粉、5～8重量份的微米级或纳米级玻璃鳞片，充分搅拌，再超声分散40分钟，以形成悬浮液。
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