CN107435144A - 硅烷陶化剂、陶化工作液和制备硅烷陶化剂的方法 - Google Patents

硅烷陶化剂、陶化工作液和制备硅烷陶化剂的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种硅烷陶化剂、陶化工作液和制备硅烷陶化剂的方法，该硅烷陶化剂中，每1000重量份的硅烷陶化剂包含以下组分：硝酸12～60份；氢氟酸5～15份；氟锆酸10～25份；硝酸铝20～50份；硝酸镁50～100份；硅烷偶联剂0.2～2份；水，余量。本发明的硅烷陶化剂的操作工艺简单，并且可获得良好的陶化效果，经本发明的硅烷陶化剂处理的金属件防腐蚀性能优异，完全可以替代传统的磷化液。

Description

硅烷陶化剂、陶化工作液和制备硅烷陶化剂的方法
技术领域
本发明涉及金属防腐技术领域，具体而言，涉及一种硅烷陶化剂、陶化工作液和制备硅烷陶化剂的方法。
背景技术
钢铁在进行涂装前通常需要进行前处理，化学前处理方法通常是在钢铁的表面生成一层化学转化膜，该转化膜既要有一定的防腐能力，以保证零件在喷涂前不返锈，也可以增加零件表面的粗糙度，增强涂料与基底的结合力。
目前钢铁前处理大部分采用的是磷化处理工艺，虽然磷化工艺能满足前处理的生产要求，但磷化会产生大量的磷化渣，而且在生产过程中会以致癌物质亚硝酸钠作为磷化促进剂。随着节能减排的不断推进、环保要求的不断提高，迫切需要一种新型无磷环保陶化工艺来取代传统的磷化工艺。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种既能满足前处理要求，又能有利于环保、操作工艺简单的陶化剂。
本发明的一个实施方案提供一种硅烷陶化剂，每1000重量份的硅烷陶化剂包含以下组分：
在上述的硅烷陶化剂中，在每1000重量份的硅烷陶化剂中，硝酸的含量大于等于30份，氢氟酸的含量大于等于8份，氟锆酸的含量大于等于20份，硝酸铝的含量大于等于30份，硝酸镁的含量大于等于70份，并且硅烷偶联剂的含量大于等于1份。
在上述的硅烷陶化剂中，在每1000重量份的硅烷陶化剂中，硝酸的含量小于等于55份，氢氟酸的含量小于等于12.5份，氟锆酸的含量小于等于24份，硝酸铝的含量小于等于45份，硝酸镁的含量小于等于90份，并且硅烷偶联剂的含量小于等于1.5份。
在上述的硅烷陶化剂中，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷或它们的混合物。
本发明的另一实施方案提供一种陶化工作液，包含上述的硅烷陶化剂、水以及pH调节剂，所述硅烷陶化剂与水的质量比为1:40～1:60，所述陶化工作液的pH值为4.0～5.8。
在上述的陶化工作液中，所述硅烷陶化剂与水的质量比为1:45～1:55，所述陶化工作液的pH值为4.5～5.4。
在上述的陶化工作液中，所述pH调节剂选自氨水、碳酸氢钠和碳酸氢铵中的一种或多种。
在上述的陶化工作液中，所述pH调节剂为氨水。
本发明的又一实施方案提供一种制备硅烷陶化剂的方法，所述硅烷陶化剂为上述的硅烷陶化剂；所述方法包括将硝酸、氢氟酸、氟锆酸、硝酸铝、硝酸镁和硅烷偶联剂加入水中搅拌溶解。
在上述的制备硅烷陶化剂的方法中，将硝酸、氢氟酸、氟锆酸、硝酸铝、硝酸镁和硅烷偶联剂以任意顺序逐一加入水中搅拌溶解。
本发明通过硅烷偶联剂与陶化剂的完美复合，操作简单，只需适当地控制工作液的pH值即可获得良好的陶化效果。经本发明所述的硅烷陶化剂处理的钢铁件，在裸膜自然防锈测试以及涂层耐中性盐雾测试中均表现出了优异的性能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，作详细说明如下。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合实施例的方式对本发明的技术方案做详细说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。
但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受以下公开的具体实施的限制。
除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。
本文中所用的术语“包含”、“包括”、“含有”意在非排它性地涵盖相关要素。例如，包含的组分、步骤、方法、制品或装置不必仅限于所列出的组分、步骤、方法、制品或装置，而是还可以包括未明确列出的其它组分、步骤、方法、制品或装置。
当量、浓度、或者其它参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
本发明的一个实施方案提供一种硅烷陶化剂，每1000重量份的硅烷陶化剂包含以下组分：
硝酸12～60份，例如可以为15、18、20、25、30、35、40、45、50、55或58份；
氢氟酸5～15份，例如可以为6、7、8、9、10、11、12、13或14份；
氟锆酸10～25份，例如可以为12、15、17、18、20、22或24份；
硝酸铝20～50份，例如可以为25、30、35、40或45份；
硝酸镁50～100份，例如可以为55、60、65、70、75、80、85、90或95份；
硅烷偶联剂0.2～2份，例如可以为0.3、0.5、0.7、0.9、1.1、1.3、1.5、1.7或1.9份；
水，余量。
在上述的硅烷陶化剂中，在每1000重量份的硅烷陶化剂中，硝酸的含量优选大于等于30份，氢氟酸的含量优选大于等于8份，氟锆酸的含量优选大于等于20份，硝酸铝的含量优选大于等于30份，硝酸镁的含量优选大于等于70份，并且硅烷偶联剂的含量优选大于等于1份。
在上述的硅烷陶化剂中，在每1000重量份的硅烷陶化剂中，硝酸的含量优选小于等于55份，氢氟酸的含量优选小于等于12.5份，氟锆酸的含量优选小于等于24份，硝酸铝的含量优选小于等于45份，硝酸镁的含量优选小于等于90份，并且硅烷偶联剂的含量优选小于等于1.5份。
在上述的硅烷陶化剂中，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷或它们的混合物。
本发明的另一实施方案提供一种陶化工作液，包含上述的硅烷陶化剂、水以及pH调节剂，所述硅烷陶化剂与水的质量比为1:40～1:60，例如为1:42、1:45、1:47、1:50、1:52、1:55等，所述陶化工作液的pH值为4.0～5.8，例如为4.2、4.4、4.5、4.7、4.9、5.1、5.3、5.5或5.7。
在上述的陶化工作液中，所述硅烷陶化剂与水的质量比优选为1:45～1:55，所述陶化工作液的pH值优选为4.5～5.4，更优选为5.1。
在上述的陶化工作液中，所述pH调节剂优选为氨水、碳酸氢钠和碳酸氢铵中的一种或多种。
在上述的陶化工作液中，所述pH调节剂更优选为氨水。
本发明的又一实施方案提供一种制备硅烷陶化剂的方法，所述硅烷陶化剂为上述的硅烷陶化剂；所述方法包括将硝酸、氢氟酸、氟锆酸、硝酸铝、硝酸镁和硅烷偶联剂加入水中搅拌溶解。
在上述的制备硅烷陶化剂的方法中，优选将硝酸、氢氟酸、氟锆酸、硝酸铝、硝酸镁和硅烷偶联剂以上述顺序逐一加入水中搅拌溶解。也可以以任意顺序逐一加入水中搅拌溶解。在一种组分溶解后，再加入另一种组分，可以使得溶解、复配效果更好。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
实施例1的硅烷陶化剂的组成成分以及用量如下：
按顺序加料，加完一种后待溶解完全再加下一种料，加料完毕后，再搅拌半小时即可得成品。
将此硅烷陶化剂按2％的比例开槽(即本产品按1:49兑水使用)，然后用氨水调节工作液的pH值。将已经经过清洗的钢铁基材在不同的pH值条件浸泡3-5分钟。
将经过不同pH值的陶化工作液处理的钢材进行裸膜防锈(测试条件为25℃，空气湿度20％以下)、喷粉后百格测试(参照GB/T 9286-1998)、喷粉后50kg*cm冲击实验(参照GB/T 1732-93)、喷粉后中性盐雾测试(参照GB/T 1771-2007)等性能测试，结果如表1所示：
表1不同pH值下的测试结果
根据上表1中的测试结果可知，陶化工作液的pH值控制在4.0～5.8的范围内，在此工艺范围内处理的样件，其各项性能测试均有良好的效果。
陶化工作液的pH值优选控制在4.5-5.4的范围内，由此可以获得良好的陶化效果，经过该pH值范围内的陶化工作液处理的钢材的裸膜自然防锈时间达60天，涂层耐中性盐雾达1000h以上；陶化工作液的pH值更优选控制在4.8-5.2的范围内之内，由此，可获得更好的陶化效果。
实施例2
实施例2的硅烷陶化剂的组成成分以及用量如下：
按顺序加料，加完一种后待溶解完全再加下一种料，加料完毕后，在搅拌半小时即可得成品。
将此硅烷陶化剂按2％比例开槽，用氨水调节工作液pH值在5.1。对金属进行处理前，需将金属表面清洗干净。然后将金属浸泡在此硅烷陶化剂的工作液中3-5分钟即可。
实施例3
实施例3的硅烷陶化剂的组成成分以及用量如下：
按顺序加料，加完一种后待溶解完全再加下一种料，加料完毕后，在搅拌半小时即可得成品。
将此硅烷陶化剂按2％比例开槽，用氨水调节工作液pH值在5.1。对金属进行处理前，需将金属表面清洗干净。然后将金属浸泡在此硅烷陶化剂的工作液中3-5分钟即可。
实施例4
实施例4的硅烷陶化剂的组成成分以及用量如下：
按顺序加料，加完一种后待溶解完全再加下一种料，加料完毕后，在搅拌半小时即可得成品。
将此硅烷陶化剂按2％比例开槽，用氨水调节工作液pH值在5.1。对金属进行处理前，需将金属表面清洗干净。然后将金属浸泡在此硅烷陶化剂的工作液中3-5分钟即可。
将实施例2-4的硅烷陶化剂用水稀释后，将pH值调至5.1，然后对样板进行性能测试，结果如下表2所示：
表2实施例2-4的硅烷陶化剂的性能测试
根据表2中的测试数据可知，在利用本发明的硅烷陶化剂喷涂后耐盐雾时间可达到1000小时以上，完全可以替代传统磷化液，具有良好的可涂装性能。
在以上的实施例中，pH调节剂采用的是氨水，然而，碳酸氢钠和碳酸氢铵也可以用作pH调节剂。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明配方及制备工艺可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种硅烷陶化剂，其特征在于：每1000重量份的硅烷陶化剂包含以下组分：
2.根据权利要求1所述的硅烷陶化剂，其特征在于：在每1000重量份的硅烷陶化剂中，硝酸的含量大于等于30份，氢氟酸的含量大于等于8份，氟锆酸的含量大于等于20份，硝酸铝的含量大于等于30份，硝酸镁的含量大于等于70份，并且硅烷偶联剂的含量大于等于1份。
3.根据权利要求2所述的硅烷陶化剂，其特征在于：在每1000重量份的硅烷陶化剂中，硝酸的含量小于等于55份，氢氟酸的含量小于等于12.5份，氟锆酸的含量小于等于24份，硝酸铝的含量小于等于45份，硝酸镁的含量小于等于90份，并且硅烷偶联剂的含量小于等于1.5份。
4.根据权利要求1所述的硅烷陶化剂，其特征在于：所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷或它们的混合物。
5.一种陶化工作液，其特征在于：包含根据权利要求1-4中任一项所述的硅烷陶化剂、水以及pH调节剂，所述硅烷陶化剂与水的质量比为1:40～1:60，所述陶化工作液的pH值为4.0～5.8。
6.根据权利要求5所述的陶化工作液，其特征在于：所述硅烷陶化剂与水的质量比为1:45～1:55，所述陶化工作液的pH值为4.5～5.4。
7.根据权利要求5所述的陶化工作液，其特征在于：所述pH调节剂选自氨水、碳酸氢钠和碳酸氢铵中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的陶化工作液，其特征在于：所述pH调节剂为氨水。
9.一种制备硅烷陶化剂的方法，其特征在于：所述硅烷陶化剂为权利要求1-4中任一项所述的硅烷陶化剂；所述方法包括将硝酸、氢氟酸、氟锆酸、硝酸铝、硝酸镁和硅烷偶联剂加入水中搅拌溶解。
10.根据权利要求9所述的制备硅烷陶化剂的方法，其特征在于：将硝酸、氢氟酸、氟锆酸、硝酸铝、硝酸镁和硅烷偶联剂以任意顺序逐一加入水中搅拌溶解。
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