CN104059515A - 一种热镀锌自润滑处理液和金属材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自润滑处理剂组合物，其中，该组合物含有水、硼酸、润滑剂、无机缓蚀剂、硅烷偶联剂和有机树脂。本发明还提供了一种热镀锌板，该热镀锌板包括热镀锌板基材和附着在基材表面上的涂层，其中，所述涂层由如上所述的自润滑处理剂组合物形成。另外，还提供了一种热镀锌板的制备方法，该方法包括：将如上所述的自润滑处理剂组合物配制成涂布液，将所述涂布液涂布在热镀锌板基材上，然后进行固化。本发明提供的自润滑处理剂组合物固化后形成的涂层具有良好的耐蚀性、耐热性、耐水性和吸附性，且自润滑性特别优异。

Description

一种热镀锌自润滑处理液和金属材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种热镀锌自润滑处理液和热镀锌自润滑金属材料及其制备方法。

背景技术

热镀锌自润滑钢板是一种表面具有薄涂层的镀锌钢板产品，这种产品因该涂层具有自润滑功能而无须涂防锈油来防止热镀锌钢板在运输及存储中锈蚀，可简化包装工序，降低生产和运输成本。因而镀锌自润滑钢板受到了业界广泛的关注。

日本川崎制铁开发的有机涂层自润滑钢板产品RIVER ZIVC FE具有优异的耐蚀性、耐指纹性和耐水性。但是RIVER ZIVC FE自润滑钢板的缺点在于其表面的自润滑处理液具有含重金属铬的铬化层，虽然三价铬在安全环保方面要优于六价铬，但是仍存在转化为六价铬的风险，在安全环保方面存在一定的欠缺。

宝山钢铁有限公司开发了一种镀锌自润滑板，该镀锌自润滑板表面涂有不含铬的无机涂料，该无机涂料通过反应在镀锌板表面形成涂层，通过这种方法形成的无机涂层的厚度较薄，涂层的耐热性、吸附性和成膜性较差，易脱落。

新日本制铁公司开发了一种润滑性水系聚氨酯树脂组合物有机涂层，将这种有机涂层涂布在镀锌系钢板表面后往往形成较厚的有机层，存在耐热性差和成本消耗高的缺点。

因此有必要开发一种不含铬且组成成分为半有机的，具有良好的耐蚀性、耐热性、耐水性、吸附性、成膜性、润滑性的以热镀锌钢板为基材的自润滑处理液。

发明内容

本发明的目的是提供一种不含铬的、组成成分为半有机的、具有良好的耐蚀性、耐热性、耐水性、吸附性、成膜性以及润滑性的自润滑处理剂组合物，以及使用该组合物作为涂层的热镀锌板及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种自润滑处理剂组合物，其中，该组合物含有水、硼酸、润滑剂、无机缓蚀剂、硅烷偶联剂和有机树脂。

另一方面，本发明提供了一种热镀锌板，该热镀锌板包括热镀锌板基材和附着在基材表面上的涂层，其中，所述涂层由本发明提供的所述自润滑处理剂组合物形成。

再一方面，本发明提供了一种热镀锌板的制备方法，该方法包括：将本发明提供的所述自润滑处理剂组合物配制成涂布液，将所述涂布液涂布在热镀锌板基材上，然后进行固化。

通过上述技术方案，本发明提供了一种自润滑处理剂组合物以及具有优良自润滑性的热镀锌板及该锌板的制备方法。

本发明所提供的自润滑处理剂组合物由于不含有重金属铬，所以具有环保安全的特点，另外，本发明所提供的自润滑处理剂组合物的组成成分为半有机的成分，在固化后形成的涂层具有良好的耐蚀性、耐热性、耐水性、附着性和成膜性，且自润滑性特别优异。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种自润滑处理剂组合物，其中，该组合物含有水、硼酸、润滑剂、无机缓蚀剂、硅烷偶联剂和有机树脂。

本发明对以上各物质的含量没有特别的限制，只要组合物中含有以上物质即可实现本发明的目的。优选地，以100重量份的水为基准，所述硼酸的含量可以为0.1-5重量份；所述润滑剂的含量可以为1-30重量份；所述无机缓蚀剂的含量可以为0.1-5重量份；所述硅烷偶联剂的含量可以为2-20重量份；所述有机树脂的含量可以为1-50重量份。

优选情况下，以100重量份的水为基准，所述硼酸的含量为1-4重量份；所述润滑剂的含量为10-25重量份；所述无机缓蚀剂的含量为1.5-4重量份；所述硅烷偶联剂的含量为8-16重量份；所述有机树脂的含量为15-45重量份。

根据本发明的自润滑处理剂组合物，其中，所述润滑剂可以为水性氟碳乳液、硅油乳液、聚乙烯蜡乳液、聚四氟乙烯蜡乳液和巴西棕榈蜡乳液中的至少一种，为了进一步提高自润滑性能，所述润滑剂优选为水性氟碳乳液、聚乙烯蜡乳液和聚四氟乙烯蜡乳液中的至少一种。

根据本发明的自润滑处理剂组合物，其中，所述有机树脂可以为水性丙烯酸树脂、水性苯丙树脂、水性酚醛树脂、水性聚氨酯树脂、水性有机硅树脂和水性环氧树脂中的至少一种，为了进一步提高涂层性能，所述有机树脂优选为水性丙烯酸树脂、水性苯丙树脂和水性聚氨酯中的至少一种。

根据本发明的自润滑处理剂组合物，其中，所述无机缓蚀剂可以为高锰酸钾、硅酸钠、磷酸一氢钠、亚硝酸钠、三聚磷酸钠、硫酸锌和钼酸钠中的至少一种。为了进一步提高耐蚀性能，所述无机缓蚀剂优选为亚硝酸钠、钼酸钠和高锰酸钾中的至少一种。

根据本发明的自润滑处理剂组合物，其中，所述硅烷偶联剂可以为γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH560）、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）、γ-巯丙基三甲氧基硅烷（KH590）、乙烯基三甲氧基硅烷（KH171）和N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷（KH792）中的至少一种。

根据本发明的自润滑处理剂组合物，其中，为了进一步提高所述自润滑处理剂组合物的性能，所述原料混合物还可以含有助剂。其中，优选情况下，相对于100重量份的水，所述助剂的用量为0.1-2重量份，更优选为0.3-1重量份。

本发明对所述助剂的种类没有特别的限制，只要能够实现本发明的目的即可。本发明的发明人发现，当所述助剂为表面活性剂、流平剂和消泡剂中的至少一种时，本发明提供的组合物的如上性能能够得到进一步提高。

其中，所述助剂中，表面活性剂、流平剂和消泡剂的选择可以为常规的选择，本发明没有特别的要求，例如，所述表面活性剂可以为烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10）、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠中的至少一种；所述流平剂可以为聚氨酯流平剂；所述消泡剂可以为聚醚改性有机硅消泡剂。

其中，所述助剂中，相对于以100重量份的水，助剂中流平剂的含量可以为0.05-1重量份、表面活性剂的含量可以为0.02-0.5重量份、消泡剂的含量可以为0.03-0.5重量份。

根据本发明的自润滑处理剂组合物，其中，特别优选的情况下，润滑剂为水性氟碳乳液和/或聚乙烯蜡乳液；所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；所述无机缓蚀剂为硅酸钠和/或钼酸钠；所述有机树脂为水性丙烯酸树脂和/或水性聚氨酯。在该优选情况下，所述自润滑处理剂组合物在80-110℃下固化后所得的涂层具有突出的耐蚀性、耐热性、耐水性、吸附性、成膜性，其自润滑性能特别优异。

其中，该组合物为将各成分混合均匀后得到。优选情况下，所述组合物中的各组分在该自润滑处理剂组合物临用前2-60天混合均匀获得液体形式的组合物。其中，对各成分的混合顺序没有特别要求，可以直接将所述原料混合物中的各组分进行同时、分批或分步混合，只要能得到均匀的稳定相即可，优选通过搅拌使混合更加均匀。

本发明的发明人惊奇的发现，将以上各物质按照如上的比例进行混合制备的自润滑处理剂组合物还能够有效的提高成膜速率，使得成膜时间大大缩短，从而有效地提供了生产效率。

本发明还提供了一种热镀锌板，该热镀锌板包括热镀锌板基材和附着在基材表面上的涂层，其中，所述涂层由本发明所述的自润滑处理剂组合物形成。

根据本发明的热镀锌板，其中，所述涂层的厚度可以为0.05-0.3微米。

根据本发明的热镀锌板，其中，所述涂层是将所述自润滑处理剂组合物附着在所述热镀锌板基材上，并且在固化温度为80-110℃且固化时间为10-60s的固化条件下固化得到的。

本发明的发明人发现，本发明提供的自润滑处理剂组合物的pH值在4-10之间，其特别适用于热镀锌板，当将本发明的自润滑处理剂组合物涂布在热镀锌板上时，所述组合物性的涂层的耐蚀性、耐热性、耐水性、吸附性、成膜性，其自润滑性能能够得到进一步提高。

本发明还提供了一种热镀锌板的制备方法，该方法包括：将本发明所述的自润滑处理剂组合物配制成涂布液，将所述涂布液涂布在热镀锌板基材上，然后进行固化。

根据本发明的热镀锌板的制备方法，其中，相对于每平方米的热镀锌板基材表面，所述自润滑处理剂的用量使得在所述热镀锌板基材上形成的涂层的厚度为0.05-0.3微米。

根据本发明的热镀锌板的制备方法，其中，所述固化的温度以及时间本领域技术人员可以根据实际情况进行调整，优选地，所述固化的温度为80-110℃，时间为10-60s。

其中，所述涂布的方法可以采用本领域常规的用于在金属板上形成涂层的涂布方法，例如，可以将所述自润滑剂组合物辊涂涂覆在所述热镀锌板基材的表面，或者将所述自润滑剂组合物喷淋在所述热镀锌板基材的表面。

其中，对所述自润滑剂组合物涂布的温度，本发明没有特别的限制，本领域技术人员可以在所述自润滑剂组合物不结冰或汽化的温度范围内自行选择，例如，可以为5-40℃。

其中，所述固化的加热方式，可以为热风加热、感应加热和红外辐射加热中的一种或多种。优选情况下，可以使用热镀锌线上的固化炉进行。

本发明还提供了根据如上所述的热镀锌板的制备方法制备得到的热镀锌板。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

以下实施例和对比例中所用的试剂均为商购得到。在没有特别指明的情况下，所述试剂均为分析纯。

实施例1-10和对比例1-5

按照表1列出的组分含量，将各组分在搅拌条件下混合均匀，分别得到自润滑剂组合物实施例1-10和对比例1-5。

表1

	硼酸	润滑剂	无机缓蚀剂	硅烷偶联剂	有机树脂	助剂	水
								实施例1	1.0	20	3	12	30	0.3	100
实施例2	4.0	10	4	8	45	0.8	100
								实施例3	2.5	25	1.5	16	15	0.6	100
实施例4	0.1	5	5	20	1	2	100
								实施例5	5	30	0.1	2	50	0.2	100
实施例6	1.0	20	3	12	30	0	100
								对比例1	1.0	0	3	12	30	0.3	100

对比例2	1.0	20	0	12	30	0.3	100
								对比例3	1.0	20	3	0	30	0.3	100
对比例4	1.0	20	3	12	0	0.3	100
								对比例5	0	20	3	12	30	0.3	100
实施例7	1.0	20	3	12	30	0.3	100
								实施例8	1.0	20	3	12	30	0.3	100
实施例9	1.0	20	3	12	30	0.3	100
								实施例10	1.0	20	3	12	30	0.3	100

实施例1-10和对比例1-5中，各组分的具体选择如下：

润滑剂为水性氟碳乳液和聚乙烯蜡乳液（二者重量比为7：3），无机缓蚀剂为硅酸钠和钼酸钠（二者重量比为3：2），硅烷偶联剂选用的KH792，有机树脂为水性聚氨酯和水性苯丙树脂（二者比例为4：1），助剂中为流平剂、表面活性剂、消泡剂（三者重量比为3：1：1），其中表面活性剂为OP-10，流平剂为聚氨酯流平剂；消泡剂为聚醚改性有机硅消泡剂。

实施例7中，与实施例1不同的是，润滑剂为巴西棕榈蜡乳液。

实施例8中，与实施例1不同的是，无机缓蚀剂为三聚磷酸钠和高锰酸钾（二者重量比为1：1）。

实施例9中，与实施例1不同的是，硅烷偶联剂选用的KH550。

实施例10中，与实施例1不同的是，有机树脂为水性丙烯酸树脂和水性酚醛树脂（二者重量比为7：3）。

制备例

将实施例1-10和对比例1-5的组合物分别辊涂涂覆在热镀锌钢带上，在100℃的固化温度（采用测温试纸测定固化温度）下固化25s分别得到含有钝化涂层的热镀锌板1-10，以及热镀锌板D1-D5。

测试例

本测试例测定热镀锌板1-10和D1-D5的涂层的耐蚀性、耐热性、耐水性、附着性和自润滑性。结果见表2。

其中，耐蚀性按照GB/T10125-1997中规定的方法和条件进行腐蚀试验，然后按照GB12335-90的规定对腐蚀结果进行评价（以72小时后的腐蚀面积占总面积的百分比表示）。其中，腐蚀面积越小越好。

耐热性按照试样在300℃条件下20min的变化判定；若前后色差的变化小于4，且膜层未出现气泡、脱落、掉粉等现象，则为A级；若前后色差的变化大于4，小于8，且膜层未出现气泡、脱落、掉粉等现象，则为B级；若前后色差的变化大于8，且膜层未出现气泡、脱落、掉粉等现象，则为C级；

耐水性是采用100℃去离子水滴于试样来测定；若试样完全无水迹，则为A级；有轻微水迹，则为B级；明显水迹，则为C级。

附着性按照试样180°折弯后涂层的脱落掉粉程度判定；若涂层未出现脱落、掉粉等现象，则为A级；若出现掉粉但未出现脱落现象，则为B级；若出现脱落现象，则为C级。

自润滑性按照涂层表面的摩擦系数判定，其中摩擦系数越小，则自润滑性越好。

表2

	耐蚀性/%	耐热性	耐水性	附着性	自润滑性
						实施例1	1	A	A	A	0.09
实施例2	1	B	A	A	0.13
						实施例3	3	A	B	A	0.09
实施例4	10	B	B	B	0.15
						实施例5	5	B	A	A	0.08
实施例6	2	A	A	B	0.11
						实施例7	1	A	A	A	0.15
实施例8	5	A	B	A	0.13

实施例9	5	A	A	A	0.13
						实施例10	4	B	B	A	0.14
对比例1	2	A	A	A	0.30
						对比例2	20	C	B	A	0.13
对比例3	15	C	A	A	0.13
						对比例4	20	B	C	C	0.15
对比例5	10	A	B	A	0.18

通过表2的数据，通过实施例1-10与对比例1-5的对比，可以看出，本发明提供的自润滑剂组合物在固化下得到的涂层同时兼顾优良的耐蚀性、耐热性、耐水性、吸附性和自润滑性等性能。

特别地，通过实施例1和实施例4-6的对比，可以发现，在优选相对于100重量份的水，所述硼酸的含量为1-4重量份；所述润滑剂的含量为10-25重量份；所述无机缓蚀剂的含量为1.5-4重量份；所述硅烷偶联剂的含量为8-16重量份；所述有机树脂的含量为15-45重量份，以及含有助剂的情况下，所述涂层具有突出的耐蚀性、耐热性、耐水性、自润滑性。

特别地，通过实施例1和实施例7-10的对比，可以发现，将各组分的种类控制在本发明优选的种类的情况下，所述自润滑处理剂组合物在80-110℃下固化后所得的涂层具有突出的附着性、耐蚀性、耐热性、耐水性和吸附性，且其自润滑性能特别优异。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (12)

1.一种自润滑处理剂组合物，其特征在于，该组合物含有水、硼酸、润滑剂、无机缓蚀剂、硅烷偶联剂和有机树脂。

2.根据权利要求1所述的处理剂组合物，其中，以100重量份的水为基准，所述硼酸的含量为0.1-5重量份；所述润滑剂的含量为5-30重量份；所述无机缓蚀剂的含量为0.1-5重量份；所述硅烷偶联剂的含量为2-20重量份；所述有机树脂的含量为1-50重量份。

3.根据权利要求1或2所述的处理剂组合物，其中，所述润滑剂为水性氟碳乳液、硅油乳液、聚乙烯蜡乳液、聚四氟乙烯蜡乳液和巴西棕榈蜡乳液中的至少一种。

4.根据权利要求1或2所述的处理剂组合物，其中，所述有机树脂为水性丙烯酸树脂、水性苯丙树脂、水性酚醛树脂、水性聚胺树脂、水性有机硅树脂和水性环氧树脂中的至少一种。

5.根据权利要求1或2所述的处理剂组合物，其中，所述无机缓蚀剂为高锰酸钾、硅酸钠、磷酸一氢钠、亚硝酸钠、三聚磷酸钠、硫酸锌和钼酸钠中的至少一种，优选为亚硝酸钠、钼酸钠和高锰酸钾中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的处理剂组合物，其中，该处理剂组合物还含有助剂。

7.根据权利要求6所述的处理剂组合物，其中，所述助剂为表面活性剂、流平剂和消泡剂中的至少一种；以100重量份的水为基准，所述助剂的含量为0.1-2重量份，优选为0.3-1重量份。

8.一种热镀锌板，该热镀锌板包括热镀锌板基材和附着在基材表面上的涂层，其特征在于，所述涂层由权利要求1-8中任意一项所述的自润滑处理剂组合物形成。

9.根据权利要求8所述的热镀锌板，其中，所述涂层的厚度为0.05-0.3微米。

10.一种热镀锌板的制备方法，该方法包括：将权利要求1-7中任意一项所述的自润滑处理剂组合物配制成涂布液，将所述涂布液涂布在热镀锌板基材上，然后进行固化。

11.根据权利要求10所述的制备方法，其中，所述固化的条件包括：温度为80-110℃，时间为10-60s。

12.根据权利要求10或11所述的制备方法，其中，所述涂布液的用量使得在所述热镀锌板基材上形成的涂层的厚度为0.05-0.3微米。