CN113088951A - 一种镀锌板用的多功能无铬钝化液及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镀锌板用的多功能无铬钝化液及其制备方法和用途，钝化液由水和以下主要成分组成：（A）硅烷偶联剂的水解溶液，（B）有机树脂的水性分散体，（C）水溶性缓蚀剂，（D）涂装结合力促进剂和（E）功能助剂。经该钝化液处理的镀锌板不仅具有优异的耐蚀性，还具有深加工性和可涂装性。本发明公开了上述钝化液的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种无铬钝化液及其制备方法和用途，特别涉及一种镀锌板用的可深加工、可涂装钝化液及其制备方法和用途。
背景技术
镀锌板是指表面镀有一层锌或锌合金层的钢板。镀锌层通过牺牲阳极的保护原理为钢板提供经济而有效的防锈手段。镀锌板通常通过热浸工艺将锌和锌合金涂覆到钢板上。常用的镀锌板种类包括纯锌板 (GI)，铝锌板(GL)，锌铁合金(GA)和锌铝镁板等。这些镀锌板作为一种重要的工程材料，被广泛应用于建筑，汽车和设备制造等各种领域。
无铬钝化液在镀锌线上通过辊涂的方式涂覆到新鲜的镀锌板面上，并且在后续烘干工序中形成微米级的致密薄膜。该薄膜具有良好的防水性和对基板的牢固的附着力，为镀锌板提供了优良的耐蚀保护。近年来，下游客户对钝化板的功能多样性的要求越来越明确，比如要求钝化板在耐蚀的同时，需兼具深加工性以及涂装性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提供一种兼具耐蚀性，深加工性和涂装性镀锌板用的多功能无铬钝化液及其制备方法和用途。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种镀锌板用的多功能无铬钝化液，由以下重量百分比的组分组成：
本发明中使用的组分(A)可选用氨基三乙氧基硅烷，γ-(2,3- 环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷的水解溶液的一种或几种。
在本发明中，水溶性硅烷或硅烷混合物通常用去离子水稀释到所需的的浓度。稀释后的溶液的pH值一般需要调节到4-5的范围内以促进硅烷分子水解,通常使用弱酸比如醋酸进行调节。所使用的水溶性硅烷或硅烷混合物一般稀释到1wt.％-20wt.％之间，优选稀释浓度为5wt.％-15wt.％之间。
本发明中使用的组分(B)可选用水性丙烯酸树脂，水性聚氨酯树脂，水性环氧树脂及水性有机硅树脂，水性酚醛树脂的一种或者几种。
在本发明中，酸性水性树脂直接加入水解的硅烷溶液中。一种水性树脂或几种水性树脂的混合物的添加量一般1wt.％-20wt.％之间，优选添加量为5wt.％-15wt.％之间。
本发明中使用的组分(C)可选用无机钒化物，有机钒化物，无机磷酸盐，有机磷酸物的一种或者几种。
本发明中使用的组分(D)可选用含有嵌段聚异氰酸酯固化剂和非硅烷偶联剂如锆酸酯偶联剂、双金属偶联剂(铝-锆酸酯、铝钛复合偶联剂)、含磷偶联剂的一种。
本发明中使用的组分(E)可选用表面活性剂，润滑剂，消泡剂和成膜助剂。
一种所述的镀锌板用的多功能无铬钝化液的制备方法，其特征是：包括如下步骤：
1)称取一定量的硅烷偶联剂，搅拌加入去离子水中进行水解，调节混合液的pH值至4-5，搅拌至溶液澄清；
2)在搅拌条件下，将水溶性缓蚀剂加入上述混合物中，搅拌至溶解；
3)在搅拌条件下，将有机树脂的水性分散体加入上述混合物中，搅拌至分散均匀；
4)在搅拌条件下，涂料功能性添加剂加入上述混合物中，搅拌至分散均匀；
5)在搅拌条件下，涂装结合促进剂加入上述混合物中，搅拌至分散均匀。
一种镀锌板用的多功能无铬钝化液涂覆镀锌钢板的方法，其特征是：包括以下步骤：
(a)脱脂清洗后的金属表面与所述的钝化组合物接触1-10秒，涂覆方式可为辊涂，浸渍或喷淋，在金属表面形成未固化的钝化涂层；
(b)将所述未固化的钝化层加热到至少80℃不高于110℃的板温(PMT)，烘干形成固化的钝化层。
与现有无铬钝化液相比，本发明制备的多功能无铬钝化液，不仅能提供优异的耐蚀性，还能赋予钢板可深加工且可涂装的性能。
本发明具有如下有益效果：
不含六价铬化合物，是一种环保的钝化技术；成膜致密，保证了钝化膜的性能稳定，具有优异的耐蚀性；赋予钢板可深加工且可涂装的性能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是钝化配方干燥性测试结果示意图；其中(a)#1,(b)#2, (c)#3。
图2是本发明使用情况示意图。
具体实施方式
本发明钝化液的使用方法包括喷淋和辊涂，将钝化液均匀涂覆在镀锌材料表面即可。涂覆后的镀锌板经烘干形成膜厚为0.5–5μm 之间的致密薄膜。烘干板温(PMT)在80–100℃之间。
本发明所述的可深加工、可涂装钝化组合物的性能检测项目如下：
干燥性：利用自动排出型烘箱，在240℃热风烘干条件下，不同烘干时间下观察板面钝化膜的成膜情况，湿纸巾以10N力擦拭不出现掉绿色的烘干时间作为钝化膜完全固化时间。
耐蚀性：根据国标(GB/T 10125-2012人造气氛腐蚀试验盐雾试验)，并通过腐蚀面积来判断盐雾性能优劣，盐雾测试时间为72h。
深加工性：根据国标(GB/T 5125-2008有色金属冲杯试验方法), 并通过观察深加工部位是否发黑来判断优劣
涂装性：使用百格法(GB/T 9286-1998)和抗冲击测试(GB/T 1732-1993))测试钝化膜对粉末面漆的结合力。
实施例
将6.6g氨基三乙氧基硅烷加入80g去离子水中，边搅拌边加入醋酸将pH值降到5。然后加入3.4gγ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷,继续搅拌1个小时，得到“水解硅烷”。加入缓蚀剂乙酰丙基氧钒0.2g,搅拌溶解。然后加入10g丙烯酸树脂水性分散剂(非离子型，固体份40％，pH 3.5)，然后加入涂料功能性添加剂润滑剂蜡乳液2.5g，最后加入附着力促进剂嵌段异氰酸酯交联剂2g。配方#1为原始配方。配方#2-#3为不添加高分子润滑剂或者附着力促进剂高温型异氰酸酯交联剂，用作对比。表1列出了所需测试配方。
镀锌(GI)样板(10cm X 15cm)在55℃下用碱性脱脂剂喷淋清洗15秒，自来水冲洗15秒，用热风吹干。在清洁的板面，用#3 号刮涂棒将配制钝化液体向下铺展。使用自动排出型干燥炉，设定 PMT＝90℃，所得干膜厚度为1μm。
表1.(重量百分比)
| 组分 | #1 | #2 | #3 |
| 去离子水 | 余量 | 余量 | 余量 |
| 硅烷 | 10 | 10 | 10 |
| 缓蚀剂 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| 丙烯酸树脂 | 10 | 10 | 10 |
| 石蜡乳液(润滑剂) | 2.5 | 2.5 | 0 |
| 涂装结合促进剂 | 2 | 0 | 2 |
表2总结了表1中配方在镀锌板上的性能测试结果。图1所示深加工性(冲杯)测试后的镀锌样板。该结果表明，添加了润滑剂后，钢板表面的摩擦系数降低，避免了板面在深冲加工过程中遭受机械损伤，使得加工部位不发黑，有效地保护了镀锌钢板的完整性。
在涂装性能测试中使用了纯聚酯粉末，固化条件为160℃/20分钟。所得粉末涂层厚度为50-60μm。测试结果表明，添加涂装结合促进剂后，即使添加了大量的润滑剂，板面依然具有良好的涂装性，即百格测试后，涂层无剥落。
表2.
| 测试项目 | #1 | #2 | #3 |
| 72小时盐雾测试 | 10级 | 10级 | 10级 |
| 深加工性 | 不发黑 | 不发黑 | 发黑 |
| 百格 | 通过 | 通过 | 通过 |
| 抗冲击 | 通过 | 开裂 | 通过 |
综合以上，配方#1可以使得镀锌板表面兼顾润滑性和涂装性能。
Claims (10)
1.一种镀锌板用的多功能无铬钝化液，其特征是：由以下重量百分比的组分组成：
（A）硅烷偶联剂的水解溶液 5-15%
（B）有机树脂的水性分散体 5-15%
（C）水溶性缓蚀剂 0.05-5%
（D）涂装结合促进剂 0.05-5%
（E）功能助剂 0.05-5%
余量为去离子水。
2.根据权利要求1所述的镀锌板用的多功能无铬钝化液，其特征是：组分（A）选用氨基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷的水解溶液中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的镀锌板用的多功能无铬钝化液，其特征是：组分（B）选用水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、水性环氧树脂、水性有机硅树脂、水性酚醛树脂中的一种或者几种。
4.根据权利要求1所述的镀锌板用的多功能无铬钝化液，其特征是：组分（C）选用无机钒化物、有机钒化物、无机磷酸盐、有机磷酸物中的一种或者几种。
5.根据权利要求1所述的镀锌板用的多功能无铬钝化液，其特征是：组分（D）选用含有嵌段聚异氰酸酯固化剂和非硅烷偶联剂中的一种或几种。
6.根据权利要求5所述的镀锌板用的多功能无铬钝化液，其特征是：所述非硅烷偶联剂为锆酸酯偶联剂、双金属偶联剂、含磷偶联剂中的一种或几种。
7.根据权利要求5所述的镀锌板用的多功能无铬钝化液，其特征是：双金属偶联剂为铝-锆酸酯或铝钛复合偶联剂。
8.根据权利要求5所述的镀锌板用的多功能无铬钝化液，其特征是：组分（E）选用表面活性剂、润滑剂、消泡剂、成膜助剂中的一种或几种。
9.一种权利要求1所述的镀锌板用的多功能无铬钝化液的制备方法，其特征是：包括如下步骤：
1）称取一定量的硅烷偶联剂，搅拌加入去离子水中进行水解，调节混合液的pH值至4-5，搅拌至溶液澄清；
2）在搅拌条件下，将水溶性缓蚀剂加入上述混合物中，搅拌至溶解；
3）在搅拌条件下，将有机树脂的水性分散体加入上述混合物中，搅拌至分散均匀；
4）在搅拌条件下，涂料功能性添加剂加入上述混合物中，搅拌至分散均匀；
5）在搅拌条件下，涂装结合促进剂加入上述混合物中，搅拌至分散均匀。
10.一种镀锌板用的多功能无铬钝化液涂覆镀锌钢板的方法，其特征是：包括以下步骤：
（a）脱脂清洗后的金属表面与所述的钝化组合物接触1-10秒，涂覆方式可为辊涂，浸渍或喷淋，在金属表面形成未固化的钝化涂层；
（b）将所述未固化的钝化层加热到至少80℃不高于110℃的板温，烘干形成固化的钝化层。
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