CN106191962A - 一种铝及铝合金常温环保封闭剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝及铝合金常温环保封闭剂，所述封闭剂的原料以1L计为：封孔盐，10‑20g；氧化剂，0.5‑1.5g；稳定剂，0.3‑2g；促进剂，0.2‑6g；润湿剂，0.2‑3g；pH缓冲剂，2‑15g；去离子水，添加量为其余原料混合后加去离子水定容至1L的量。本发明的优点在于：本发明提供的封闭剂，其中每个组分在配方中都有独特的作用，使得渗透性好，封孔速度快，封孔质量高，且封孔剂的化学稳定性好，其中不含有氟、镍等元素，安全环保，易生物降解，对环境无污染；此外，本发明的封孔剂维护简单，操作环境清洁，对人体无危害。同时，本发明的封孔工艺简单，能耗低。

Description

一种铝及铝合金常温环保封闭剂及其制备方法

技术领域

本发明属于铝及铝合金阳极氧化膜封孔剂技术领域，特别涉及一种铝及铝合金常温环保封闭剂及其制备方法。

背景技术

铝及铝合金非常广泛地用于日常用品、医用、建筑和装饰等领域，常见的如门窗型材，幕墙型材，通用型材和工业型材等等。众所周知，铝及铝合金制品有易被腐蚀的缺点。

目前，在实际生产过程中普遍采用阳极氧化技术，阳极氧化技术就是在铝合金型材表面形成一层多孔型的氧化膜，从而可以保护铝基层。但是阳极氧化膜是多孔的层状结构，具有很高的空隙率、较强的物理吸附性能和高化学活性，易吸附环境中的污染物。在腐蚀性环境中，腐蚀介质容易渗透氧化膜的孔洞，从而腐蚀底部铝基体。因此，必须采用恰当的封闭技术将氧化膜中的微孔封闭，封孔技术可以提高氧化膜抗腐蚀性、耐磨性、耐候性和耐晒性，减弱氧化膜对油污和杂质的吸附，从而使阳极氧化膜起到有效保护铝及铝合金表面的作用。

工业上比较常见的封孔方法有：高温封孔、冷温封孔、中温封孔和有机物封孔。

1.高温封孔又叫沸水封孔，是通过铝制品表面的氧化膜水合反应进行封孔的技术，该方法工艺简单，封孔质量一般，但是能耗非常大，实际操作温度在95℃以上，同时封孔时间较长，对水质要求较高，易产生粉霜。

2.冷温封孔一般用氟化镍，主要依靠正二价的镍离子和负一价的氟离子。能耗低，封孔速度快，封孔质量好，但化品品消耗大，干扰因素多，污水处理困难，污染环境。

3.中温封孔是指温度介于高温和冷温封孔之间的一种技术。中温封孔效果好，封孔速度快，主要使用的封孔剂为醋酸镍，不满足国家环保要求。

4.有机物封孔，电泳就是有机物封孔最好的例子，即在铝材氧化膜上凃一层有机物涂层，工件表面易形成油膜，在有机物中清洗时，容易将封闭剂从氧化膜中洗掉。

以上封孔技术各有优缺点，但工业生产中较多采用镍盐封孔的技术，镍盐作为封闭剂含Ni²⁺、F^-，造成了水质污染，对人体和环境具有毒害作用，且封闭液不稳定、易分解，从而大大限制其应用，在相关地区的应用已经受到了严格的限制。

稀土盐封闭是近十几年来国内外学者研究的一种铝合金阳极氧化膜封闭的新技术，由于稀土元素对铝合金有很好的缓蚀作用，并且无毒性，同时我国稀土资源极其丰富。

公开号为CN 102650068 A的发明专利申请公开了一种铝及铝合金阳极氧化膜封闭剂及其制备方法，其中封闭剂的原料以1L计为：稀土硝酸盐，15～20g；氧化剂，0.6～0.8g；稳定剂，0.25～0.3g；去离子水，添加量为其余原料混合后加去离子水定容至1L的量。本发明利用稀土金属与氧化剂的共同作用，能有效地封闭阳极氧化膜的多孔层，显著提高其耐腐蚀性能。同时，本发明的封闭剂中不含铬、镍和氟，对人体无毒害，对环境无污染，是一种绿色环保型的封闭方法。但该封闭剂仍存在一定的缺陷：1.该封闭剂的渗透性相对较弱；2.该封闭剂的封孔速度慢，进而使得封孔时间较长。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种铝及铝合金常温环保封闭剂及其制备方法，其是通过改变配方的组分及配比含量，使封孔剂的渗透性好、封孔速度快，进而提高封孔质量，同时节能环保。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种铝及铝合金常温环保封闭剂，其创新点在于：所述封闭剂的原料以1L计为：封孔盐，10-20g；氧化剂，0.5-1.5g；稳定剂，0.3-2g；促进剂，0.2-6g；润湿剂，0.2-3g；pH缓冲剂，2-15g；去离子水，添加量为其余原料混合后加去离子水定容至1L的量。

进一步地，所述的封孔盐包括氯化钇、硝酸锆、硝酸铌、硝酸钪和醋酸铈中的一种或多种。

进一步地，所述的氧化剂包括重铬酸钾、高锰酸钾和高氯酸钾中的一种或多种。

进一步地，所述的稳定剂为羧酸盐衍生物的分子结构式为：

其中，R₁、R₄为氢原子、甲基和乙基中的一种；R₂、R₃为羟基、氨基、膦酸基、乙基和羟甲基中的一种。

进一步地，所述的促进剂为脂肪族衍生物，分子结构式为：

其中，R₅、R₆为氢原子、甲基、羟甲基和羟乙基中的一种；R₇、R₈和R₉为羟基、氨基、甲基、羟甲基、羟乙基和羟丙基中的一种，n的取值为1-3。

进一步地，所述的润湿剂为乙烯类衍生物，分子结构式为：

其中R₁₀、R₁₁为甲基、乙基、氨基、羟基、和羟甲基中的一种；R₁₂和R₁₃为氢原子、氨基、甲基、羟乙基和羟丙基中的一种，m的取值为1-5。

进一步地，所述的pH缓冲剂包括丙酸铵、氨水、磷酸氢钠、磷酸二氢钠和磷酸中的至少两种。

本发明要解决的另一目的是，提供一种铝及铝合金常温环保封闭剂的制备方法，其创新点在于：所述制备方法包括如下步骤：

(1)将氧化剂和稳定剂加入定量的去离子水中，搅拌均匀，得到混合溶液；

(2)在搅拌条件下，向步骤(1)得到的溶液中依次加入封孔盐、润湿剂和促进剂；

(3)向步骤(2)所得的溶液中加入剩余的去离子水，搅拌混合均匀后，加入pH缓冲剂，调节pH为5-6.5，混合均匀即可。

本发明的优点在于：

(1)本发明提供的封闭剂，配方中，促进剂可以促进封孔盐的封孔反应，缩短铝及铝合金的封孔时间和提高封孔质量；润湿剂通过降低表面张力或界面张力，使得液体能够展开在固体物料表面上，或透入其表面，而把固体物料润湿，使用润湿剂可以让封孔剂较快的润湿铝及铝合金表面，加快封孔速度；pH缓冲剂可以控制封孔液的pH,使得溶液的酸碱值在一定范围内，确保了封孔所需的酸碱度；同时，通过每个组分在配方中的协同作用，使得渗透性好，封孔质量高，且封孔剂的化学稳定性好，其中不含有氟、镍等元素，安全环保，易生物降解，对环境无污染；此外，本发明的封孔剂维护简单，操作环境清洁，对人体无危害；同时，本发明的封孔工艺简单，能耗低。

(1)本发明封孔剂的制备工艺简单，能耗低，且经本发明封孔剂封孔后的工件表面光亮、平整，无水渍及粉霜，有效提高了表面膜层的硬度、耐磨、耐腐蚀和抗油污性。

具体实施方式

本发明铝及铝合金常温环保封闭剂，该封闭剂的原料以1L计为：封孔盐，10-20g；氧化剂，0.5-1.5g；稳定剂，0.3-2g；促进剂，0.2-6g；润湿剂，0.2-3g；pH缓冲剂，2-15g；去离子水，添加量为其余原料混合后加去离子水定容至1L的量。

具体地，封孔盐包括氯化钇、硝酸锆、硝酸铌、硝酸钪和醋酸铈中的一种或多种；氧化剂包括重铬酸钾、高锰酸钾和高氯酸钾中的一种或多种；稳定剂为羧酸盐衍生物的分子结构式为：

其中，R₁、R₄为氢原子、甲基和乙基中的一种；R₂、R₃为羟基、氨基、膦酸基、乙基和羟甲基中的一种；促进剂为脂肪族衍生物，分子结构式为：

其中，R₅、R₆为氢原子、甲基、羟甲基和羟乙基中的一种；R₇、R₈和R₉为羟基、氨基、甲基、羟甲基、羟乙基和羟丙基中的一种，n的取值为1-3；润湿剂为乙烯类衍生物，分子结构式为：

其中R₁₀、R₁₁为甲基、乙基、氨基、羟基、和羟甲基中的一种；R₁₂和R₁₃为氢原子、氨基、甲基、羟乙基和羟丙基中的一种，m的取值为1-5；pH缓冲剂包括丙酸铵、氨水、磷酸氢钠、磷酸二氢钠和磷酸中的至少两种。

本发明铝及铝合金常温环保封闭剂并通过以下步骤制备得：

(1)将氧化剂和稳定剂加入定量的去离子水中，搅拌均匀，得到混合溶液；

(2)在搅拌条件下，向步骤(1)得到的溶液中依次加入封孔盐、润湿剂和促进剂；

(3)向步骤(2)所得的溶液中加入剩余的去离子水，搅拌混合均匀后，加入pH缓冲剂，调节pH为5-6.5，混合均匀即可。

实施例1

本发明铝及铝合金常温环保封闭剂，该封闭剂的原料以1L计为：封孔盐，10g；氧化剂，1.5g；稳定剂，2g；促进剂，6g；润湿剂，3g；pH缓冲剂，15g；去离子水，添加量为其余原料混合后加去离子水定容至1L的量。

本实施例中，封孔盐包括4g氯化钇和6g醋酸铈，氧化剂为高锰酸钾，稳定剂为羧酸盐衍生物的分子结构式为：

分子式中R₁为氢原子，R₂为羟基，R₃为氨基，R₄为甲基；促进剂为脂肪族衍生物，分子结构式为：

分子式中R₅为羟乙基，R₆为羟乙基，R₇为氨基、R₈为甲基，R₉为甲基，n＝1；润湿剂为乙烯类衍生物，分子结构式为：

分子式中R₁₀为甲基，R₁₁为羟基，R₁₂为氨基，R₁₃为甲基，m＝3；pH缓冲剂包括7.5g丙酸铵和7.5g磷酸。

本实施例铝及铝合金常温环保封闭剂，并通过以下步骤制备成：

(1)按质量浓度将1.5g高锰酸钾和2g稳定剂加入0.6L去离子水中，搅拌均匀，得到混合溶液；

(2)在搅拌条件下，向步骤(1)得到的溶液中依次加入4g氯化钇、6g醋酸铈、3g润湿剂和6g促进剂；

(3)向步骤(2)所得的溶液中加入剩余的去离子水并定容至1L，搅拌混合均匀后，加入7.5g丙酸铵和7.5g磷酸调节pH＝5.5，混合均匀即可。

铝制品工件在20～30℃条件下进行阳极氧化，制备10μm厚的氧化膜层后，将铝制品工件浸渍于上述封闭液中浸洗8分钟，取出铝制品工件清洗、风干。

经目测检查：封孔后铝制品工件表面光亮、平整，无水渍及粉霜，进而使得封孔质量大大提升。

按国家标准(GB/T8753.2-2005硝酸预浸的磷铬酸法)对已封孔的铝制品工件进行检测，封孔时间为15min，使得封孔速度大大提升，且封孔失重为7.5mg/dm²。

实施例2

本实施例铝及铝合金常温环保封闭剂与实施例1相比，各组分不变，只改变各组分的配比。

本实施例封闭剂的原料以1L计为：封孔盐，20g；氧化剂，0.5g；稳定剂，0.3g；促进剂，0.2g；润湿剂，0.2g；pH缓冲剂，2g；去离子水，添加量为其余原料混合后加去离子水定容至1L的量。

本实施例中，封孔盐包括8g氯化钇和12g醋酸铈，氧化剂为高锰酸钾，稳定剂为羧酸盐衍生物的分子结构式为：

分子式中R₁为氢原子，R₂为羟基，R₃为氨基，R₄为甲基；促进剂为脂肪族衍生物，分子结构式为：

分子式中R₅为羟乙基，R₆为羟乙基，R₇为氨基、R₈为甲基，R₉为甲基，n＝1；润湿剂为乙烯类衍生物，分子结构式为：

分子式中R₁₀为甲基，R₁₁为羟基，R₁₂为氨基，R₁₃为甲基，m＝3；pH缓冲剂包括1g丙酸铵和1g磷酸。本发明铝及铝合金常温环保封闭剂，并通过以下步骤制备成：

(1)按质量浓度将0.5g高锰酸钾和0.3g稳定剂加入0.6L去离子水中，搅拌均匀，得到混合溶液；

(2)在搅拌条件下，向步骤(1)得到的溶液中依次加入8g氯化钇、12g醋酸铈、0.2g润湿剂和0.2g促进剂；

(3)向步骤(2)所得的溶液中加入剩余的去离子水并定容至1L，搅拌混合均匀后，加入1g丙酸铵和1g磷酸调节pH＝5.5，混合均匀即可。

铝制品工件在20～30℃条件下进行阳极氧化，制备10μm厚的氧化膜层后，将铝制品工件浸渍于上述封闭液中浸洗8分钟，取出铝制品工件清洗、风干。

经目测检查：封孔后铝制品工件表面光亮、平整，无水渍及粉霜，进而使得封孔质量大大提升。

按国家标准(GB/T8753.2-2005硝酸预浸的磷铬酸法)对已封孔的铝制品工件进行检测，封孔时间为12min，使得封孔速度大大提升，且封孔失重为7.2mg/dm²。

实施例3

本实施例铝及铝合金常温环保封闭剂与实施例1相比，各组分不变，只改变各组分的配比。

本实施例封闭剂的原料以1L计为：封孔盐，15g；氧化剂，1g；稳定剂，1.15g；促进剂，3.1g；润湿剂，1.6g；pH缓冲剂，8.5g；去离子水，添加量为其余原料混合后加去离子水定容至1L的量。

本实施例中，封孔盐包括6g氯化钇和9g醋酸铈，氧化剂为高锰酸钾，稳定剂为羧酸盐衍生物的分子结构式为：

分子式中R₁为氢原子，R₂为羟基，R₃为氨基，R₄为甲基；促进剂为脂肪族衍生物，分子结构式为：

分子式中R₅为羟乙基，R₆为羟乙基，R₇为氨基、R₈为甲基，R₉为甲基，n＝1；润湿剂为乙烯类衍生物，分子结构式为：

分子式中R₁₀为甲基，R₁₁为羟基，R₁₂为氨基，R₁₃为甲基，m＝3；pH缓冲剂包括4g丙酸铵和4.5g磷酸。本发明铝及铝合金常温环保封闭剂，并通过以下步骤制备成：

(1)按质量浓度将1g高锰酸钾和1.15g稳定剂加入0.6L去离子水中，搅拌均匀，得到混合溶液；(2)在搅拌条件下，向步骤(1)得到的溶液中依次加入6g氯化钇、9g醋酸铈、3.1g润湿剂和1.6g促进剂；

(3)向步骤(2)所得的溶液中加入剩余的去离子水并定容至1L，搅拌混合均匀后，加入4g丙酸铵和4.5g磷酸调节pH＝5.5，混合均匀即可。

铝制品工件在20～30℃条件下进行阳极氧化，制备10μm厚的氧化膜层后，将铝制品工件浸渍于上述封闭液中浸洗8分钟，取出铝制品工件清洗、风干。

经目测检查：封孔后铝制品工件表面光亮、平整，无水渍及粉霜，进而使得封孔质量大大提升。

按国家标准(GB/T8753.2-2005硝酸预浸的磷铬酸法)对已封孔的铝制品工件进行检测，封孔时间为10min，使得封孔速度大大提升，且封孔失重为7.0mg/dm²。

由上述实施例1～3可以看出，配方中，促进剂可以促进封孔盐的封孔反应，缩短铝及铝合金的封孔时间和提高封孔质量；润湿剂通过降低表面张力或界面张力，使得液体能够展开在固体物料表面上，或透入其表面，而把固体物料润湿，使用润湿剂可以让封孔剂较快的润湿铝及铝合金表面，加快封孔速度；pH缓冲剂可以控制封孔液的pH,使得溶液的酸碱值在一定范围内，确保了封孔所需的酸碱度；同时，通过每个组分在配方中的协同作用，使得渗透性好，封孔质量高，且封孔剂的化学稳定性好，其中不含有氟、镍等元素，安全环保，易生物降解，对环境无污染；此外，本发明的封孔剂维护简单，操作环境清洁，对人体无危害；同时，本发明的封孔工艺简单，能耗低。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种铝及铝合金常温环保封闭剂，其特征在于：所述封闭剂的原料以1L计为：封孔盐，10-20g；氧化剂，0.5-1.5g；稳定剂，0.3-2g；促进剂，0.2-6g；润湿剂，0.2-3g；pH缓冲剂，2-15g；去离子水，添加量为其余原料混合后加去离子水定容至1L的量。

2.根据权利要求1所述的铝及铝合金常温环保封闭剂，其特征在于：所述的封孔盐包括氯化钇、硝酸锆、硝酸铌、硝酸钪和醋酸铈中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的铝及铝合金常温环保封闭剂，其特征在于：所述的氧化剂包括重铬酸钾、高锰酸钾和高氯酸钾中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的铝及铝合金常温环保封闭剂，其特征在于：所述的稳定剂为羧酸盐衍生物的分子结构式为：

其中，R₁、R₄为氢原子、甲基和乙基中的一种；R₂、R₃为羟基、氨基、膦酸基、乙基和羟甲基中的一种。

5.根据权利要求1所述的铝及铝合金常温环保封闭剂，其特征在于：所述的促进剂为脂肪族衍生物，分子结构式为：

其中，R₅、R₆为氢原子、甲基、羟甲基和羟乙基中的一种；R₇、R₈和R₉为羟基、氨基、甲基、羟甲基、羟乙基和羟丙基中的一种，n的取值为1-3。

6.根据权利要求1所述的铝及铝合金常温环保封闭剂，其特征在于：所述的润湿剂为乙烯类衍生物，分子结构式为：

其中R₁₀、R₁₁为甲基、乙基、氨基、羟基、和羟甲基中的一种；R₁₂和R₁₃为氢原子、氨基、甲基、羟乙基和羟丙基中的一种，m的取值为1-5。

7.根据权利要求1所述的铝及铝合金常温环保封闭剂，其特征在于：所述的pH缓冲剂包括丙酸铵、氨水、磷酸氢钠、磷酸二氢钠和磷酸中的至少两种。

8.一种权利要求1所述的铝及铝合金常温环保封闭剂的制备方法，

其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：

(1)将氧化剂和稳定剂加入定量的去离子水中，搅拌均匀，得到混合溶液；

(2)在搅拌条件下，向步骤(1)得到的溶液中依次加入封孔盐、润湿剂和促进剂；

(3)向步骤(2)所得的溶液中加入剩余的去离子水，搅拌混合均匀后，加入pH缓冲剂，调节pH为5-6.5，混合均匀即可。