CN104164662A - 彩色涂层钢板用辊涂转化处理剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种彩色涂层钢板用辊涂转化处理剂，解决了现有辊涂转化处理剂存在的耐蚀性较差、生产成本高、转化处理时间长的问题。技术方案包括以下述重量百分比的组分为溶质：铬酸盐30-60％，磷酸10-50％，醛类有机物10-25％，聚乙二醇聚合物3-10％，植酸0.5-1.5％，上述组分合计100％；所述溶质与溶剂的混合重量比为1：9～12，所述溶剂为去离子水。本发明稳定性好、生产成本低、耐蚀性好、性能优异、转化时间短、适用于大型彩色涂层钢板生产线快速转化处理。

Description

彩色涂层钢板用辊涂转化处理剂

技术领域

本发明涉及一种钢板用转化处理剂，具体的说是一种彩色涂层钢板用辊涂转化处理剂。

背景技术

带钢清洗后要依钢基类型的不同进行不同的转化处理。转化处理常采用三种方法：浸入法、喷淋法、辊涂法。辊涂法是利用辊涂装置将转化处理液涂敷于带钢表面，涂敷后直接烘干，勿需用水冲洗，故又叫“无漂洗法”或“就地干燥法”。此法成份稳定，涂敷质量好，污染小，能节约水和溶剂，现已逐步得到更多厂家的采用。转化处理的目的是为了提高彩色涂层钢板的附着力和耐腐蚀性能。除了节省处理污染和解决环保方面的费用外，卷涂带钢的成本低主要表现在设备要求和基建投资等方面。这意味着，为了提高竞争能力，卷涂线应在高速下运转，这样才能在尽可能短的时间内生产数量最多的卷涂带钢，即转化处理时间应比工业中一般所用的转化处理时间短得多，目前一般大型彩色涂层生产线(产量为15万吨/年以上，机组速度90m/min～150 m/min)转化处理时间不超过15秒，这样对转化处理工序提出了更高的要求。

现有的彩色涂层钢板用辊涂转化处理剂通常分为两种一种是含铬钝化剂，另一种是无铬钝化剂。含铬钝化剂通常含有六价铬，虽然成膜性及耐腐性好，但6价铬对环境污染性大，不利于环保。而无铬钝化剂如陈振常等发明的一种镀锌钢板辊涂表面处理方法(申请号：CN200910131789.3)，公开了一种适用于烤漆生产线的镀锌钢板辊涂表面处理方法，其中表面处理剂选择无铬钝化药剂；钢板线速度为60～80m/min；钝化涂装辊材质选用邵氏硬度为40～50的聚氨酯；涂装辊采用立式逆向的方式钝化涂装，涂装辊的辊速为所述钢板线速度的60～75％。本发明由于使用无铬钝化药剂作为表面处理剂，并优选相关工艺条件，因此既可保证环保性，又能保证物理性能达到要求。这类无铬钝化剂虽然满足了环保要求，但耐蚀性比含铬钝化剂差，该钝化剂只适应速度为60～80m/min烤漆生产线，难以适应机组速度大于90m/min高速生产线要求，且未涉及无铬钝化剂的组份。(申请号：CN201110030304.9)公开了一种镀锌板彩涂预处理用水性表面处理剂，组分及质量百分比如下：水性树脂，20～60％；有机硅烷，1～5％；无机缓蚀剂，0.5～2.5％，封闭剂，0.5～3％；促进剂，1～3％，去离子水，余量。它将无机缓蚀剂、纳米粒子、有机硅烷和水性树脂有机地结合形成复合钝化膜，不仅改善钝化膜与镀锌层的结合力，且提高镀锌板表面处理后的涂装性能。作为封闭剂的纳米二氧化硅经改性后能均匀地分布在钝化膜中，提高膜层的致密性，从而提高其耐腐蚀性能。该水性表面处理剂中不含任何价态的铬，是一种环保型表面处理剂，但由于组份中加入了纳米粒子、水性树脂等，从而大幅提高了生产成本高，且耐蚀性也不如含铬钝化剂。

因此，国内外研究人员一直致力于开发出一种开发出一种耐蚀性好、生产成本低、快速高效的辊涂转化处理剂，以满足大型彩色涂层钢板生产线快速转化处理的需要。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种稳定性好、生产成本低、耐蚀性好、性能优异、转化时间短、适用于大型彩色涂层钢板生产线快速转化处理的彩色涂层钢板用辊涂转化处理剂。

本发明彩色涂层钢板用辊涂转化处理剂，包括以下述重量百分比的组分为溶质：铬酸盐30-60％，磷酸10-50％，醛类有机物10-25％，聚乙二醇聚合物3-10％，植酸0.5-1.5％，上述组分合计100％；所述溶质与溶剂的混合重量比为1：9～12，所述溶剂为去离子水。

所述溶质的组分具体为：铬酸盐40-50％，磷酸20-40％，醛类有机物15-20％，聚乙二醇聚合物4-6％，植酸0.5-1.0％，上述组分合计100％。

所述聚乙二醇聚合物的分子量为10000～60000。

所述转化处理剂的制备方法为：首先将醛类有机物溶于部分去离子水中制成醛类有机物溶液备用；再将所述铬酸盐和磷酸溶解于部分去离子水中制成铬酸盐和磷酸溶液，然后将铬酸盐和磷酸溶液加热至75～85℃，边搅拌边缓慢加入醛类有机物；然后再加热至90±2℃保温120～130min后停止加热，自然冷却至50±2℃，边搅拌边加入植酸以及分子量为10000～60000聚乙二醇聚合物，再按溶质与去离子水重量比1：9～12的比例加入余量去离子水混合，搅拌15～20min后，冷却至室温即获得转化处理剂。

本发明中，溶质与去离子水重量比1：9～12中的去离子被分成三部分，一部分用于溶解醛类有机物制成醛类有机物溶液；一部分用于溶解铬酸盐和磷酸制成铬酸盐和磷酸溶液，最后在添加完所有溶质后再加入余量去离子水。

组分的机理及作用：

铬酸盐：主要成膜物质，主要提高转化处理膜的附着力和耐蚀性。铬酸盐含量低于30％，转化处理膜达不到耐蚀性要求，铬酸盐含量高于60％，转化处理膜的附着力下降。所述铬酸盐优选重铬酸钠(Na₂Cr₂O₇)或重铬酸钾(K₂Cr₂O₇)。

磷酸：主要成膜物质，主要提高转化处理膜的附着力和冲压加工性能。磷酸含量低于10％，难以形成连续的磷酸膜，冲压加工性能效果差，磷酸含量高于50％，形成磷酸膜过厚(超过2μm)，导致彩色涂层钢板的附着力下降。

醛类有机物：用作还原剂，将铬酸盐中Cr⁶⁺还原成Cr³⁺。醛类有机物含量低于10％，不能把铬酸盐中Cr⁶⁺全部还原成Cr³⁺，醛类有机物含量高于25％，将铬酸盐中Cr⁶⁺全部还原成Cr³⁺后，还有过剩，导致成本增加。所述醛类有机物优选甲醛(HCHO)。

分子量为10000～60000聚乙二醇聚合物：主要起润湿、分散作用，能降低表面张力，提高转化处理液在钢板表面的润湿、覆盖能力，满足高速彩色涂层钢板生产线快速工艺要求。分子量为10000～600000聚乙二醇聚合物含量低于3％，降低表面张力不明显，含量高于10％，导致转化处理液中泡沫增加，影响转化膜的均匀性，且成本增加。

植酸：主要起金属螯合作用，可提高转化膜的附着力和耐蚀性。植酸易溶于水，分子量660.4，分子式C₅H₁₈O₂₄P₆，植酸分子中含有能同金属配位的24个氧原子，12个羟基和6个磷酸基。实验证明植酸是一种极罕见的金属螯合剂，当与金属络合时，易形成多个螯合环形成的络合物在广泛的pH值范围内皆具有极强的稳定性，植酸在金属表面同金属络合时，易形成一层致密的单分子有机保护膜，能有效地阻止O2等进入金属表面，从而抑制金属的腐蚀，同时由于膜层与有机涂料具有相近的化学性质，并含有羟基和磷酸基等活性基团，能与有机涂料发生化学作用，提高转化膜与涂料的附着力。植酸含量低于0.5％，达不到金属螯合的效果，含量高于1.5％，不仅增加生产成本，并且金属螯合效果增加也不明显。

发明人对转化处理的组分进行了深入研究，精选出五个组份，利用醛类有机物作为还原剂将铬酸盐中的六价铬转化为低毒的3价铬，满足环保要求的同时也制备出具有优异性能的转化处理剂，满足大型彩色涂层钢板生产线快速转化处理。

由所有组分均能溶于溶剂中，使转化处理剂长期保持稳定状态，无固体颗粒物沉淀，因而使用前也无需搅拌，减少了辊涂前处理前的操作。

对所述转化处理剂的制备方法中各步骤控制的理由为：

首先将所述铬酸盐和磷酸溶解于部分去离子水中制成含有铬酸盐和磷酸的溶液，先使铬酸盐和磷酸进行溶解，这里去离子水的使用量可以根据铬酸盐和磷酸的使用量合理调配，最大量以不超过总去离子水使用量为准；然后将含有铬酸盐和磷酸的溶液加热至75～85℃，边搅拌边缓慢加入醛类有机物溶液，在75～85℃下加入醛类有机物是由于在此温度范围内醛类有机物与铬酸盐反应充分，温度过高会导致醛类有机物挥发，增加生产成本。温度过低会导致化学反应慢且不充分；然后再加热至90±2℃保温120～130min后停止加热，在此温度下进行保温是为了保证化学反应后的物质充分溶解且混合均匀；自然冷却至50±2℃，边搅拌边加入植酸以及分子量为10000～60000聚乙二醇聚合物，冷却至上述温度再加入植酸以及分子量为10000～60000聚乙二醇聚合物是为了使其充分溶解而保证聚合物不分解；最后再按溶质与去离子水重量比1：9～12的比例加入余量去离子水混合，搅拌15～20min后，冷却至室温即获得稳定性好的转化处理剂。

有益效果：

1)本转化处理剂适合于辊涂工艺，在镀锌板表面形成连续均匀的转化层，使用时，机组速度可达90m/min～150m/min，转化处理时间不超过15秒，满足大型彩涂生产线快速转化处理工艺的要求。

(2)本转化处理剂的组分溶于去离子水，能形成稳定的溶液状态，在使用前以及使用过程中勿须搅拌，使用方便，提高工作效率。

(3)本转化处理剂能在镀锌板表面形成转化膜，具有优良的耐蚀性和附着力，中性盐雾试验168小时，转化层表面无锈蚀，各项性能优异。

(4)本转化处理剂中不含Cr⁶⁺，属于绿色环保产品，在保持优异性能的前提各组分廉价易得，生产成本得到有效控制。

具体实施方式

转化处理剂的制备：

首先将醛类有机物溶于部分去离子水中制成醛类有机物溶液备用；再将所述铬酸盐和磷酸溶解于部分去离子水中制成含有铬酸盐和磷酸的溶液，然后将含有铬酸盐和磷酸的溶液加热至75～85℃，边搅拌边缓慢加入醛类有机物溶液；然后再加热至90±2℃保温120～130min后停止加热，自然冷却至50±2℃，边搅拌边加入植酸以及分子量为10000～60000聚乙二醇聚合物，再按溶质与去离子水重量比1：9～12的比例加入余量去离子水混合，搅拌15～20min后，冷却至室温即获得转化处理剂1-5。1-5转化处理剂中不含Cr⁶⁺。所述转化处理剂1-5中溶质的组分及配比参见表1：(五个组分合计100％重量百分数计)

表1

实施例1：在机速组度为90m/min，辊涂压力为200kg情况下，将转化处理剂1均匀涂覆到带钢表面，然后进行烘干，烘干温度为85℃，烘干时间为15秒，转化层厚度为1.5μm，转化层表面无锈蚀。中性盐雾试验168小时，转化层表面无锈蚀。涂覆涂料后涂层附着力优良：T弯值为1T，杯突值为8.0mm，反向冲击功10J。

实施例2：在机速组度为120m/min，辊涂压力为250kg情况下，将转化处理剂2均匀涂覆到带钢表面，然后进行烘干，烘干温度为90℃，烘干时间为9秒，转化层厚度为1.8μm，中性盐雾试验192小时，转化层表面无锈蚀。涂覆涂料后涂层附着力优良：T弯值为2T，杯突值为7.5mm，反向冲击功9J。

实施例3：在机速组度为150m/min，辊涂压力为230kg情况下，将转化处理剂3均匀涂覆到带钢表面，然后进行烘干，烘干温度为90℃，烘干时间为5秒，转化层厚度为1.0μm，中性盐雾试验168小时，转化层表面无锈蚀。涂覆涂料后涂层附着力优良：T弯值为2T，杯突值为7.8mm，反向冲击功9J。

实施例4：在机速组度为130m/min，辊涂压力为180kg情况下，将转化处理剂3均匀涂覆到带钢表面，然后进行烘干，烘干温度为88℃，烘干时间为7秒，转化层厚度为1.5μm，中性盐雾试验168小时，转化层表面无锈蚀。涂覆涂料后涂层附着力优良：T弯值为1T，杯突值为8.1mm，反向冲击功9J。

实施例5：在机速组度为110m/min，辊涂压力为160kg情况下，将转化处理剂4均匀涂覆到带钢表面，然后进行烘干，烘干温度为86℃，烘干时间为11秒，转化层厚度为2.0μm，中性盐雾试验168小时，转化层表面无锈蚀。涂覆涂料后涂层附着力优良：T弯值为1T，杯突值为8.3mm，反向冲击功10J。

Claims (4)

1.一种彩色涂层钢板用辊涂转化处理剂，其特征在于，包括以下述重量百分比的组分为溶质：铬酸盐30-60％，磷酸10-50％，醛类有机物10-25％，聚乙二醇聚合物3-10％，植酸0.5-1.5％，上述组分合计100％；所述溶质与溶剂的混合重量比为1：9～12，所述溶剂为去离子水。

2.如权利要求1所述的彩色涂层钢板用辊涂转化处理剂，其特征在于，所述溶质的组分具体为：铬酸盐40-50％，磷酸20-40％，醛类有机物15-20％，聚乙二醇聚合物4-6％，植酸0.5-1.0％，上述组分合计100％。

3.如权利要求1所述的彩色涂层钢板用辊涂转化处理剂，其特征在于，所述聚乙二醇聚合物的分子量为10000～60000。

4.如权利要求1-3任一项所述的彩色涂层钢板用辊涂转化处理剂，其特征在于，所述转化处理剂的制备方法为：首先将醛类有机物溶于部分去离子水中制成醛类有机物溶液备用；再所述铬酸盐和磷酸溶解于部分去离子水中制成含有铬酸盐和磷酸的溶液，然后将含有铬酸盐和磷酸的溶液加热至75～85℃，边搅拌边缓慢加入醛类有机物溶液；然后再加热至90±2℃保温120～130min后停止加热，自然冷却至50±2℃，边搅拌边加入植酸以及分子量为10000～60000聚乙二醇聚合物，再按溶质与去离子水重量比1：9～12的比例加入余量去离子水混合，搅拌15～20min后，冷却至室温即获得转化处理剂。