CN110144576B - 一种无铬镀锌金属表面处理剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无铬镀锌金属表面处理剂及其制备方法，该无铬镀锌金属表面处理剂包括下述重量份的原料：水性树脂2‑3，氟锆酸盐2‑2.5，羧甲基纤维素‑铈离子纳米复合物0.2‑0.3，植酸0.15‑0.25，有机硅烷0.1‑0.15，水90‑100。本发明制备的无铬镀锌金属表面处理剂有助于在镀锌件表面形成均匀、致密、机械性能高、缓蚀性好的涂膜，从而更好地改善其对镀锌件的表面防腐效果以及防腐耐久性。
Description
技术领域
本发明涉及金属表面处理技术领域，尤其涉及一种无铬镀锌金属表面处理剂。
背景技术
镀锌是指在除锈后的钢、不锈钢、铸铁等金属构件的表面镀一层锌以起美观、防锈等作用的表面处理技术，其主要实现方式是热镀锌，是一种将金属构件浸入500℃左右融化的锌液中，使构件表面附着锌层的一种工艺，能起到有效的金属防锈作用，被广泛地应用于各行业的金属结构设施上。为了提高镀锌件的防腐性能，在镀锌后往往还需要用金属表面处理剂进行防腐表面处理。
传统的镀锌后表面处理使用的金属表面处理剂通常以铬酸和铬酸盐等作为主要成分，其经过处理后在镀锌件表面生成致密的铬酸盐转化膜，从而提高镀锌件的耐蚀性。但是，由于铬酸盐类金属表面处理剂在处理后排出的废水对环境造成极大的污染，近年来已经逐步被淘汰。无铬镀锌金属表面处理剂成为必然的开发趋势。无铬镀锌金属表面处理剂包括磷酸盐、稀土盐、硅烷以及树脂混合处理剂等，其中树脂混合处理剂以水性树脂为主体，加入有防腐蚀作用的有机或无机填料以提高耐蚀效果，其性能较为完善，是目前备受关注的研究热点。其主要存在的问题包括涂膜在形成过程中容易产生内部缺陷和裂纹、硬度和耐冲击性不够的问题，影响了其对镀锌件的表面防腐效果，因此还需要进一步的研究完善。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种无铬镀锌金属表面处理剂及其制备方法，其能在镀锌件表面形成均匀、致密、机械性能高的涂膜，有效提高其对镀锌件的表面防腐效果以及防腐耐久性。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种无铬镀锌金属表面处理剂，包括下述重量份的原料：
水性树脂2-3，氟锆酸盐2-2.5，羧甲基纤维素-铈离子纳米复合物0.2-0.3，植酸0.15-0.25，有机硅烷0.1-0.15，水90-100。
所述水性树脂选自水性丙烯酸树脂、水性环氧树脂、水性聚氨酯树脂或者水溶性酚醛树脂中的一种或者几种的混合。
所述氟锆酸盐选自氟锆酸钠、氟锆酸钾、氟锆酸铵中的一种或者几种的混合。
所述羧甲基纤维素-铈离子纳米复合物的制备方法如下：将羧甲基纤维素水溶液和三价铈盐水溶液按体积比1：(0.2-0.3)混合均匀后，将pH调至6.8-7.2，在50-60℃条件下搅拌反应15-30min后离心，将得到的沉淀洗涤、真空干燥，即得。
所述羧甲基纤维素水溶液的质量分数为3-5％，三价铈盐水溶液的质量分数为1-1.5％。
所述三价铈盐为硝酸铈或氯化铈。
所述有机硅烷选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-丙基三甲氧基硅烷、氨基硅烷中的一种或者几种的混合。
一种无铬镀锌金属表面处理剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氟锆酸盐加入30-35倍重量的水中搅拌直至完全溶解，然后加入植酸搅拌溶解，最后加入羧甲基纤维素-铈离子纳米复合物高速搅拌分散均匀，得混合液A；
(2)将有机硅烷和水性树脂加入剩余的水中搅拌分散均匀，得混合液B；
(3)将混合液B在搅拌条件下缓慢加入混合液A中，常温静置15-30min后过滤，即得无铬镀锌金属表面处理剂。
本发明的优点是：
本发明利用羧甲基纤维素对金属离子的络合作用，将羧甲基纤维素水溶液与三价铈盐水溶液进行混合反应，使铈离子负载在羧甲基纤维素分子链上，得到羧甲基纤维素-铈离子纳米复合物，与水性树脂、氟锆酸盐、有机硅烷、植酸进行复配得到无铬镀锌金属表面处理剂。在在镀锌件表面处理时，羧甲基纤维素-铈离子纳米复合物均匀沉积在涂膜中，一方面在膜层中引入铈离子，通过氟锆酸盐与铈离子的协同作用，提高涂膜的缓蚀效果；另一方面，有利于在镀锌件表面引入均匀、密集分布的活性形核点，驱使锆盐在镀锌件表面均匀、致密地沉积，并起到填充作用，提高膜层的强韧性。本发明的无铬镀锌金属表面处理剂有助于在镀锌件表面形成均匀、致密、机械性能高、缓蚀性好的涂膜，从而更好地改善其对镀锌件的表面防腐效果以及防腐耐久性。
具体实施方式
实施例1
一种无铬镀锌金属表面处理剂，包括下述重量份的原料：
水性丙烯酸树脂2，氟锆酸钾2，羧甲基纤维素-铈离子纳米复合物0.2，植酸0.15，γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.1，水90。
羧甲基纤维素-铈离子纳米复合物的制备方法如下：将质量分数为3％的羧甲基纤维素水溶液和质量分数为1％的硝酸铈水溶液按体积比1：0.2混合均匀后，将pH调至6.8，在50℃条件下搅拌反应15min后离心，将得到的沉淀洗涤、真空干燥，即得。
一种无铬镀锌金属表面处理剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氟锆酸钾加入30倍重量的水中搅拌直至完全溶解，然后加入植酸搅拌溶解，最后加入羧甲基纤维素-铈离子纳米复合物高速搅拌分散均匀，得混合液A；
(2)将γ-氨丙基三乙氧基硅烷和水性丙烯酸树脂加入剩余的水中搅拌分散均匀，得混合液B；
(3)将混合液B在搅拌条件下缓慢加入混合液A中，常温静置15min后过滤，即得无铬镀锌金属表面处理剂。
实施例2
一种无铬镀锌金属表面处理剂，包括下述重量份的原料：
水性聚氨酯树脂3，氟锆酸钠2.5，羧甲基纤维素-铈离子纳米复合物0.3，植酸0.25，γ-丙基三甲氧基硅烷0.15，水100。
羧甲基纤维素-铈离子纳米复合物的制备方法如下：将质量分数为3-5％的羧甲基纤维素水溶液和质量分数为1.5％的硝酸铈水溶液按体积比1：0.3混合均匀后，将pH调至7.2，在60℃条件下搅拌反应30min后离心，将得到的沉淀洗涤、真空干燥，即得。
一种无铬镀锌金属表面处理剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氟锆酸钠加入35倍重量的水中搅拌直至完全溶解，然后加入植酸搅拌溶解，最后加入羧甲基纤维素-铈离子纳米复合物高速搅拌分散均匀，得混合液A；
(2)将γ-丙基三甲氧基硅烷和水性聚氨酯树脂加入剩余的水中搅拌分散均匀，得混合液B；
(3)将混合液B在搅拌条件下缓慢加入混合液A中，常温静置30min后过滤，即得无铬镀锌金属表面处理剂。
对比例1
一种无铬镀锌金属表面处理剂，包括下述重量份的原料：
水性丙烯酸树脂2，氟锆酸钾2，硝酸铈0.2，植酸0.15，γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.1，水90。
一种无铬镀锌金属表面处理剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氟锆酸钾加入30倍重量的水中搅拌直至完全溶解，然后加入植酸搅拌溶解，最后加入硝酸铈高速搅拌分散均匀，得混合液A；
(2)将γ-氨丙基三乙氧基硅烷和水性丙烯酸树脂加入剩余的水中搅拌分散均匀，得混合液B；
(3)将混合液B在搅拌条件下缓慢加入混合液A中，常温静置15min后过滤，即得无铬镀锌金属表面处理剂。
对比例2
一种无铬镀锌金属表面处理剂，包括下述重量份的原料：
水性丙烯酸树脂2，氟锆酸钾2，羧甲基纤维素0.2，植酸0.15，γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.1，水90。
一种无铬镀锌金属表面处理剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氟锆酸钾加入30倍重量的水中搅拌直至完全溶解，然后加入植酸搅拌溶解，最后加入羧甲基纤维素高速搅拌分散均匀，得混合液A；
(2)将γ-氨丙基三乙氧基硅烷和水性丙烯酸树脂加入剩余的水中搅拌分散均匀，得混合液B；
(3)将混合液B在搅拌条件下缓慢加入混合液A中，常温静置15min后过滤，即得无铬镀锌金属表面处理剂。
对比例3
一种无铬镀锌金属表面处理剂，包括下述重量份的原料：
水性丙烯酸树脂2，氟锆酸钾2，植酸0.15，γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.1，水90。
一种无铬镀锌金属表面处理剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氟锆酸钾加入30倍重量的水中搅拌直至完全溶解，然后加入植酸搅拌溶解，得混合液A；
(2)将γ-氨丙基三乙氧基硅烷和水性丙烯酸树脂加入剩余的水中搅拌分散均匀，得混合液B；
(3)将混合液B在搅拌条件下缓慢加入混合液A中，常温静置15min后过滤，即得无铬镀锌金属表面处理剂。
用实施例1-2以及对比例1-3制得的金属表面处理剂对表面清洗、烘干后的热镀锌钢板在常温下进行表面刮涂处理，然后在120℃条件下烘干成膜10h，控制烘干后的干膜厚为0.1g/m2，然后进行耐腐蚀性能测试。耐腐蚀性能采用中性盐雾试验，试验方法参照标GB/T10125-1997中性盐雾试验标准，氯化钠溶液的浓度为50g/L，pH值为6.0、箱内温度为35℃，盐雾的沉降量为2.0mL/(h·cm2)，连续沉降96h后测定腐蚀面积。测试结果如表1所示：
表1镀锌钢板表面涂膜性能测试结果
Claims (6)
1.一种无铬镀锌金属表面处理剂，其特征在于，包括下述重量份的原料：
水性树脂2-3，氟锆酸盐2-2.5，羧甲基纤维素-铈离子纳米复合物0.2-0.3，植酸0.15-0.25，有机硅烷0.1-0.15，水90-100；
所述羧甲基纤维素-铈离子纳米复合物的制备方法如下：将羧甲基纤维素水溶液和三价铈盐水溶液按体积比1：（0.2-0.3）混合均匀后，将pH调至6.8-7.2，在50-60℃条件下搅拌反应15-30min后离心，将得到的沉淀洗涤、真空干燥，即得；
所述羧甲基纤维素水溶液的质量分数为3-5%，三价铈盐水溶液的质量分数为1-1.5%。
2.根据权利要求1所述的一种无铬镀锌金属表面处理剂，其特征在于，所述水性树脂选自水性丙烯酸树脂、水性环氧树脂、水性聚氨酯树脂或者水溶性酚醛树脂中的一种或者几种的混合。
3.根据权利要求1所述的一种无铬镀锌金属表面处理剂，其特征在于，所述氟锆酸盐选自氟锆酸钠、氟锆酸钾、氟锆酸铵中的一种或者几种的混合。
4.根据权利要求1所述的一种无铬镀锌金属表面处理剂，其特征在于，所述三价铈盐为硝酸铈或氯化铈。
5.根据权利要求1所述的一种无铬镀锌金属表面处理剂，其特征在于，所述有机硅烷选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-丙基三甲氧基硅烷、氨基硅烷中的一种或者几种的混合。
6.根据权利要求1所述的一种无铬镀锌金属表面处理剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将氟锆酸盐加入30-35倍重量的水中搅拌直至完全溶解，然后加入植酸搅拌溶解，最后加入羧甲基纤维素-铈离子纳米复合物高速搅拌分散均匀，得混合液A；
（2）将有机硅烷和水性树脂加入剩余的水中搅拌分散均匀，得混合液B；
（3）将混合液B在搅拌条件下缓慢加入混合液A中，常温静置15-30min后过滤，即得无铬镀锌金属表面处理剂。
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