金屬表面塗裝前預處理用水性處理劑的製作方法
2023-10-10 23:07:59 1
專利名稱：金屬表面塗裝前預處理用水性處理劑的製作方法
技術領域：
本發明涉及金屬防腐技術領域，特別涉及一種金屬表面塗裝前預處理用水性處理劑。
背景技術：
金屬腐蝕是目前國民經濟各個領域面臨的一個十分嚴峻的問題，全世界每年因金屬腐蝕造成的損失高達上千億美元。為了達到金屬表面防腐的目的，通常在金屬表面塗裝塗料， 使得金屬與外界環境隔絕，從而減少金屬的腐蝕。在塗裝塗料前，通常需要對金屬表面進行預處理，傳統的預處理方法主要有噴砂、 打磨、化學清洗、化學轉化膜等，但其中最常用的是磷化工藝和金屬表面鈍化工藝。金屬磷化工藝是目前應用最廣的金屬表面預處理工藝，其主要原理是磷酸或酸式磷酸鹽在酸性條件下與金屬反應，在金屬表面形成一層緻密的難溶磷酸鹽保護膜。磷化處理可用於普通鋼材的塗裝前預處理、長效防腐以及機械加工前處理，也可用於鋁材及鋁合金、鋅及鍍鋅材料等的塗裝前預處理。金屬表面的磷化膜，可增強塗層與基材之間的結合力；也可用於改變金屬表面的冷加工性能；經封孔、鈍化處理後可具有一定的抗腐蝕能力。金屬鈍化工藝是金屬表面處理的另一種技術，鈍化的方法有很多種，常用的有氧化和鉻酸鹽鈍化。氧化通常用於鐵、鋁、鋅等金屬的鈍化處理，它是用化學或電化學的方法， 使金屬表面氧化並沉積上一層緻密的氧化物薄膜，而起到保護作用。鉻酸鹽鈍化是以鉻酸或重鉻酸鹽為原料，其強氧化作用使得金屬表面生成緻密的含鉻鈍化膜，從而提高金屬的抗腐蝕性能。然而金屬磷和鈍化工藝都存在著嚴重的環境汙染問題，磷化和鈍化液中含有大量的重金屬離子，如鉻、鎳、鉛、鋅、銅、錳、錫等，這些離子即可以造成急性中毒，也可以在人體內慢慢積累，使人體發生病變；而且磷化和鈍化工藝過程中還會產生大量汙水，其中含有的重金屬離子，一方面會造成汙染，另一方面難以回收，資源浪費嚴重。隨著環保意識的增強，近年來開發出一些新的表面處理工藝如稀土轉化膜工藝、 有機酸鹼鈍化工藝等，但這些工藝也不同程度上存在著資源浪費，難以在實際中應用等問題。CN1814860A中公開了一種由磷酸類化合物和具有至少4個氟原子並選自鈦、鋯、 矽、鉿、鋁、硼中至少一種元素的氟酸，以及具有至少一個含活性氨基的矽烷偶聯劑和具有至少一個環氧基的矽烷偶聯劑組成的金屬表面處理用組合物，該組合物可以在金屬表面形成耐腐蝕性、耐黑變性、和塗布密合性能優異的保護膜，但此組合物價格昂貴，含有磷酸類化合物，對環境汙染比較嚴重。CN1012^^4A中公開了一種由分子中含有一個氨基的矽烷偶聯劑、分子含有縮水甘油基的矽烷偶聯劑以及磷酸、氟化合物以及釩化合物組成的金屬表面處理用組合物，該組合物可以賦予金屬非鉻鈍化工藝難以實現的耐蝕性、耐熱性、耐指紋性、導電性等性能， 但價格昂貴，亦含有磷酸，對環境汙染嚴重。
發明內容
為了解決以上金屬磷化、鈍化工藝存在的高耗能、重汙染等問題，本發明提供了一種不
4含重金屬離子、低V0C、汙染小、效率高、適用範圍廣的金屬表面塗裝前預處理用水性處理劑。本發明是通過以下措施實現的
一種金屬表面塗裝前預處理用水性處理劑，所用原料的重量百分比如下 環氧基矽烷0. 4 12%，
乙烯基矽烷0. Γ6%,
水性不飽和聚酯0. 05 ,
引發劑0. 0005 0. 05%，
醋酸0 0. 2%,
乙醇3 60%，
餘量為水；
所述環氧基矽烷是指分子中含有至少一個環氧基官能團的矽烷。所述的金屬表面塗裝前預處理用水性處理劑，所用原料的重量百分比如下 環氧基矽烷6 12%，
乙烯基矽烷3 5%，
水性不飽和聚酯1%，
引發劑0. 0015 0. 003%，
醋酸0 0. 13%，
乙醇20 40%，
餘量為水。所述的金屬表面塗裝前預處理用水性處理劑，所用原料的重量百分比如下 環氧基矽烷11.8%，
乙烯基矽烷4%，
水性不飽和聚酯1%，
引發劑0.003%，
乙醇24%，
餘量為水。所述環氧基矽烷為3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基三乙氧基矽烷、(3，4環氧丁基)三甲氧基矽烷或(3，4環氧丁基)三乙氧基矽烷。所述環氧基矽烷為3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷或3-環氧丙氧基丙基三乙氧基娃焼，
所述乙烯基矽烷為乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷或乙烯基三乙醯氧基矽焼。所述引發劑為過二硫酸鉀、過氧化苯甲醯、過氧化甲乙酮或N，N-二甲基苯胺。所述不飽和聚酯中具有反應活性的醇羥基與羧基的摩爾比為0. 66 1. 5。所述不飽和聚酯中具有反應活性的醇羥基與羧基的摩爾比為1 1. 22。所述不飽和聚酯中使用的不飽和羧酸選自丙烯酸、丁烯酸、甲基丙烯酸、β-乙烯基丙烯酸、山梨酸、順-丁烯二酸、反-丁烯二酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、對苯二甲酸、以及順-丁烯二酸酐和鄰苯二甲酸酐中的一種以上，所使用的多元醇為乙二醇、1，2_丙二醇、1，3-丙二醇、丙三醇、1，2-丁二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、1，2，4-丁三醇、1，5-戊二醇、已二醇和季戊四醇中的一種以上。
本發明的有益效果
該處理劑以水為分散介質揮發性組分含量低，不含有害重金屬離子，是一種環保且高效的金屬表面預處理劑。該處理劑可以在金屬表面形成緻密的保護膜，賦予金屬良好的耐腐蝕性、耐水性和良好的塗布性能及塗裝配套性。
具體實施例方式
為了更好的理解本發明，下面結合具體實施例來進一步說明。本實例只是對本發明進行具體說明，並不能限定本發明的範圍。水性不飽和聚酯1 具有反應活性的醇羥基與羧基的摩爾比為1. 03
將98克(Imol)順丁烯二酸酐、44. 5克(0. 168mol)鄰苯二甲酸酐、73. 6克(0. 8mol)丙三醇置於三口燒瓶中，升溫至140°C，隨反應的進行，燒瓶內溫度快速升溫至190°C。繼續向燒瓶供熱，使料液溫度保持在18(T20(TC之間，並保溫反應5小時，降溫出料。水性不飽和聚酯2 具有反應活性的醇羥基與羧基的摩爾比為1. 2
將 78. 4 克(0. 8mol)順丁烯二酸酐、59. 2 克(0. 22mol)鄰苯二甲酸酐、7. 2 克(0. Imol) 丙烯酸、88. 4克(0. 65mol)季戊四醇置於三口燒瓶中，並通氮氣排出燒瓶內空氣。加熱，使料液升溫至140°C，隨反應的進行，燒瓶內溫度快速升溫至185°C，繼續向燒瓶供熱，使料液溫度保持在18(T200°C之間，待回流量恆定後，再保溫反應5小時，降溫出料。實施例1
向容器內加入200克乙醇，100克水，和1. 3克冰醋酸，然後在攪拌條件下向其中加入 10克水性不飽和聚酯1，60克3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷和30克乙烯基三乙氧基矽烷，並於室溫下攪拌反應2小時，然後用水補足至1000g。剩餘的水均分成4次加入，每次間隔20分鐘；最後加入0. 3克5%過二硫酸鉀水溶液，並攪拌均勻即可。實施例2
向容器中加入400克乙醇、150克水待完全溶解後在攪拌條件下向其中加入100克(3， 4環氧丁基)三乙氧基矽烷、40克乙烯基三乙醯氧基矽烷和10克水性不飽和聚酯1，並於室溫下攪拌反應2小時，然後再加入3克1%過氧化苯甲醯乙醇溶液，最後用水補足至lOOOg， 剩餘的水均分3次加入，每次間隔20分鐘，加完後稍加攪拌即可。實施例3
向容器中加入MO克乙醇、120克水待完全溶解後在攪拌條件下向其中加入118克 3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷、40克乙烯基三乙氧基矽烷和10克水性不飽和聚酯2， 並於室溫下攪拌反應2小時，然後再加入3克1%過氧化苯甲醯乙醇溶液，最後用水補足至 1000g，剩餘的水均分3次加入，每次間隔20分鐘，加完後稍加攪拌即可。實施例4
向容器內加入100克乙醇，120克水，然後在攪拌條件下向其中加入10克水性不飽和聚酯2，60克3-環氧丙氧基丙基三乙氧基矽烷和50克乙烯基三甲氧基矽烷，並於室溫下攪拌反應2小時，然後用水補足至lOOOg，剩餘的水均分成4次加入，每次間隔20分鐘；最後加入0. 3克5%過二硫酸鉀水溶液，並攪拌均勻即可。
實施例5
向容器中加入600克乙醇、80克水待完全溶解後在攪拌條件下向其中加入120克(3，4 環氧丁基)三甲氧基矽烷、60克乙烯基三乙醯氧基矽烷和20克水性不飽和聚酯2，並於室溫下攪拌反應2小時，然後再加入2克1%N，N- 二甲基苯胺乙醇溶液，最後用水補足至lOOOg， 剩餘的水均分3次加入，每次間隔20分鐘，加完後稍加攪拌即可。防腐效果試驗
將冷軋板和熱鍍鋅板置於70°C鹼性除油液中處理20分鐘，然後將冷軋板用清水洗淨後置於15%的鹽酸溶液中浸泡10分鐘，以除去表面鏽漬，最後用清水洗淨。熱鍍鋅板不作除鏽處理，在除油後用清水洗淨。將經除油、除鏽後的冷軋板和熱鍍鋅板分別浸入到上述實施例1-5製備的水性處理劑中10秒鐘，取出後晾乾並在120°C下烘乾15分鐘，降溫後放置均化M小時，然後進行中性鹽霧腐蝕實驗。作為對照，冷軋板經除油、水洗、除鏽、水洗、表調後，置於常溫鋅系磷化液處理30 分鐘，水洗、烘乾，進行中性鹽霧腐蝕實驗。熱鍍鋅板只進行除油處理後進行中性鹽霧腐蝕實驗。結果如下表
表1中性鹽霧腐蝕實驗結果
權利要求
1.一種金屬表面塗裝前預處理用水性處理劑，其特徵是所用原料的重量百分比如下 環氧基矽烷0. 4 12%，乙烯基矽烷0. Γ6%,水性不飽和聚酯0. 05 ,引發劑0. 0005 0. 05%，醋酸0 0. 2%,乙醇3 60%，餘量為水；所述環氧基矽烷是指分子中含有至少一個環氧基官能團的矽烷。
2.根據權利要求1所述的金屬表面塗裝前預處理用水性處理劑，其特徵是所用原料的重量百分比如下環氧基矽烷6 12%，乙烯基矽烷3 5%，水性不飽和聚酯1%，引發劑0. 0015 0. 003%，醋酸0 0. 13%，乙醇20 40%，餘量為水。
3.根據權利要求1所述的金屬表面塗裝前預處理用水性處理劑，其特徵是所用原料的重量百分比如下環氧基矽烷11.8%，乙烯基矽烷4%，水性不飽和聚酯1%，引發劑0.003%，乙醇24%，餘量為水。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的金屬表面塗裝前預處理用水性處理劑，其特徵在於所述環氧基矽烷為3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基三乙氧基矽烷、 (3，4環氧丁基)三甲氧基矽烷或(3，4環氧丁基)三乙氧基矽烷。
5.根據權利要求1-3中任一項所述的金屬表面塗裝前預處理用水性處理劑，其特徵在於所述環氧基矽烷為3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷或3-環氧丙氧基丙基三乙氧基矽焼。
6.根據權利要求1-3中任一項所述的金屬表面塗裝前預處理用水性處理劑，其特徵在於所述乙烯基矽烷為乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷或乙烯基三乙醯氧基矽焼。
7.根據權利要求1-3中任一項所述的金屬表面塗裝前預處理用水性處理劑，其特徵在於所述引發劑為過二硫酸鉀、過氧化苯甲醯、過氧化甲乙酮或N，N-二甲基苯胺。
8.根據權利要求1-3中任一項所述的金屬表面塗裝前預處理用水性處理劑，其特徵在於所述不飽和聚酯中具有反應活性的醇羥基與羧基的摩爾比為0. 66 1. 5。
9.根據權利要求1-3中任一項所述的金屬表面塗裝前預處理用水性處理劑，其特徵在於所述不飽和聚酯中具有反應活性的醇羥基與羧基的摩爾比為1 1. 22。
10.根據權利要求1-3中任一項所述的金屬表面塗裝前預處理用水性處理劑，其特徵在於所述不飽和聚酯中使用的不飽和羧酸選自丙烯酸、丁烯酸、甲基丙烯酸、B"乙烯基丙烯酸、山梨酸、順-丁烯二酸、反-丁烯二酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、對苯二甲酸、以及順-丁烯二酸酐和鄰苯二甲酸酐中的一種以上，所使用的多元醇為乙二醇、1，2_丙二醇、1， 3-丙二醇、丙三醇、1，2-丁二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、1，2，4-丁三醇、1，5-戊二醇、已二醇和季戊四醇中的一種以上。
全文摘要
本發明涉及金屬防腐技術領域一種金屬表面塗裝前預處理用水性處理劑。為了解決以上金屬磷化、鈍化工藝存在的高耗能、重汙染等問題，本發明金屬表面塗裝前預處理用水性處理劑，所用原料為環氧基矽烷、乙烯基矽烷、水性不飽和聚酯、引發劑、醋酸、乙醇和水；環氧基矽烷是指分子中含有至少一個環氧基官能團的矽烷。本發明的有益效果該處理劑以水為分散介質揮發性組分含量低，不含有害重金屬離子，是一種環保且高效的金屬表面預處理劑。該處理劑可以在金屬表面形成緻密的保護膜，賦予金屬良好的耐腐蝕性、耐水性和良好的塗布性能及塗裝配套性。
文檔編號C23C22/48GK102352500SQ201110293099
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者吳寧寧, 李家園, 葛聖松, 陳立波, 高巖, 龔詩自 申請人:上饒波詩明化工有限公司, 山東科技大學