用于金屬表面預(yù)處理的復(fù)合處理劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬表面預(yù)處理領(lǐng)域,特別是涉及一種用于金屬表面預(yù)處理的復(fù)合處 理劑及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示,全世界每年由于腐蝕而報(bào)廢的金屬設(shè)備和材料約相當(dāng)于金屬年 產(chǎn)量的1/3,其中總產(chǎn)量1/10的金屬材料因?yàn)楦g而無(wú)法回收再利用,這不僅造成了金屬 資源的巨大浪費(fèi),還給日常生產(chǎn)和人們健康帶來(lái)嚴(yán)重的威脅;全世界每年因金屬腐蝕造成 的直接經(jīng)濟(jì)損失約達(dá)70000億美元,是地震、水災(zāi)、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害造成損失總和的6倍,至 于因設(shè)備腐蝕損壞而引起的停工減產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量下降、污染環(huán)境、健康危害而造成的二次損 失,更是無(wú)法估量。目前我國(guó)在能源、交通、建筑、機(jī)械、化工、基礎(chǔ)建設(shè)、水利和軍事設(shè)施等 典型的行業(yè)和企業(yè),由于金屬材料和周圍環(huán)境發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)所帶來(lái)的腐蝕損失每 年大約5000億元人民幣,約占我國(guó)國(guó)民生產(chǎn)總值的6%左右。而防腐蝕涂料是防止金屬腐 蝕最常用的方法之一。
[0003] 因此,金屬涂裝前必須進(jìn)行表面處理,目前金屬材料的涂裝前處理通常分為磷化 和鈍化兩種處理方式。磷/鈍化處理是指采用磷/鈍化劑對(duì)金屬表面進(jìn)行處理使其表面形 成一層磷/鈍化膜,成膜性較強(qiáng)、耐腐蝕性和附著力皆較好,但在使用過(guò)程中產(chǎn)生大量含磷 酸鹽、重鉻酸鹽的廢水和廢渣,能耗高且污染環(huán)境。另外近些年一些無(wú)磷處理開(kāi)始應(yīng)用,其 生成的膜層僅相當(dāng)于防銹層的作用,雖然能對(duì)金屬有一定的防護(hù)作用,但這種保護(hù)膜與底 漆結(jié)合力和附著力都很差,時(shí)間久了很容易脫落。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 基于此,本發(fā)明的目的在于提供一種用于金屬表面預(yù)處理的復(fù)合處理劑。
[0005] 解決上述技術(shù)問(wèn)題的具體技術(shù)方案如下:
[0006] -種用于金屬表面預(yù)處理的復(fù)合處理劑,所述復(fù)合處理劑由下述重量的原料制備 而成:
[0007] 成膜劑A:0?l_8g,
[0008] 成膜劑B:4-30g,
[0009] 成膜助劑:l_10g,
[0010] 防銹劑:l-4g,
[0011] 金屬離子螯合劑:l_4g,
[0012] 胺緩沖劑:l_4g,
[0013] 表面活性劑:0? 05-2g,
[0014] 加溶劑至 1000mL,pH為 3-5,
[0015] 所述成膜劑A為氟硼酸、氟鋯酸、氟鈦酸、氟硅酸、氟鋯酸鉀或氟鋯酸鈉中的至少 一種,
[0016] 所述成膜劑B為氨丙基三乙氧基硅烷(Y-APS)或Y-(2, 3-環(huán)氧丙氧)丙基 三甲氧基硅烷(Y-GPS)中的至少一種。
[0017] 在其中一些實(shí)施例中,所述復(fù)合處理劑由下述重量的原料制備而成:
[0018]成膜劑A:5_8g,
[0019]成膜劑B:15_20g,
[0020] 成膜助劑:3_5g,
[0021]防銹劑:l-2g,
[0022] 金屬離子螯合劑:l_4g,
[0023] 胺緩沖劑:l_4g,
[0024] 表面活性劑:0? 1-lg,
[0025]加溶劑至1000mL。
[0026] 在其中一些實(shí)施例中,所述復(fù)合處理劑由下述重量的原料制備而成:
[0027]成膜劑A:5_6g,
[0028]成膜劑B:15_18g,
[0029] 成膜助劑:3_5g,
[0030]防銹劑:l_2g,
[0031] 金屬離子螯合劑:l_2g,
[0032] 胺緩沖劑:l_2g,
[0033] 表面活性劑:0? 1-lg,
[0034]加溶劑至1000mL。
[0035] 在其中一些實(shí)施例中,所述成膜劑A為氟硼酸、氟鋯酸、氟鈦酸或氟硅酸中的至少 一種。
[0036] 在其中一些實(shí)施例中,所述成膜劑B中氨丙基三乙氧基硅烷(Y-APS)和 Y-(2, 3_環(huán)氧丙氧)丙基二甲氧基硅烷(y-GPS)的質(zhì)量比為1:L2_2。
[0037] 在其中一些實(shí)施例中,所述成膜助劑為氟化鈉。
[0038] 在其中一些實(shí)施例中,所述防銹劑為硼酸或硼酸鈉。
[0039] 在其中一些實(shí)施例中,所述金屬離子螯合劑為酒石酸或草酸。
[0040] 在其中一些實(shí)施例中,所述胺緩沖劑為三乙醇胺或二乙醇胺。
[0041] 在其中一些實(shí)施例中,所述表面活性劑為十二烷基硫酸鈉或辛烷基苯酚聚氧乙烯 醚-10 (0P-10)。
[0042] 在其中一些實(shí)施例中,所述溶劑為去離子水、乙醇、異丙醇或正丁醇中的至少一 種。
[0043] 本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種上述用于金屬表面預(yù)處理的復(fù)合處理劑的制 備方法,包括如下步驟:
[0044] (1)將成膜劑A溶于適量溶劑中,用乙酸調(diào)整pH為4-5,再加入成膜劑B,得溶液 A;
[0045] (2)分別將成膜助劑、防銹劑、金屬離子螯合劑、胺緩沖劑和表面活性劑溶于適量 的溶劑中,得溶液B;
[0046] (3)將步驟(2)所制得的溶液B加入步驟(1)所制得的溶液A中,用溶劑定容至 lOOOmL,用乙酸調(diào)整pH為3-5,即可。
[0047]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種上述復(fù)合處理劑在金屬表面預(yù)處理中的應(yīng)用, 將待處理的金屬浸泡于復(fù)合處理劑中30-360S后,水沖洗,壓縮空氣吹干,并于110-130°C 烘干50-70min,即可;
[0048] 或?qū)?fù)合處理劑噴淋于待處理金屬表面,噴淋30-360S后,水沖洗,壓縮空氣吹 干,并于110_130°C烘干50-70min,即可。
[0049] 本發(fā)明的原理如下:
[0050] 成膜劑A是一種以氟硅酸、氟鋯酸、氟硼酸、氟鈦酸、氟鋯酸鉀或氟鋯酸鈉中的至 少一種為基礎(chǔ)的納米技術(shù),它能在清潔的金屬表面形成一層納米涂層,處理劑中的氟硅酸、 氟鋯酸、氟硼酸、氟鈦酸、氟鋯酸鉀或氟鋯酸鈉等能與金屬表面的氧化物反應(yīng)形成復(fù)合產(chǎn) 物,經(jīng)干燥后,該產(chǎn)物在金屬表面沉積形成致密結(jié)構(gòu)的納米陶瓷化學(xué)轉(zhuǎn)化膜,能顯著提高 金屬涂層的耐腐蝕性能;成膜劑B是硅烷成膜技術(shù),硅烷基本分子式為Y-Si-(OR) 3,其中 0R是可水解的基團(tuán),水解產(chǎn)生硅醇,與金屬表面羥基進(jìn)行化學(xué)鍵結(jié)合。金屬工件經(jīng)硅烷處 理后,在界面形成結(jié)合力很強(qiáng)的Si-0-Me共價(jià)鍵(其中Me=金屬),Si-0-Me鍵能很強(qiáng),t匕 Si-0-Si鍵能還強(qiáng),同時(shí)Y基團(tuán)是有機(jī)官能團(tuán),可以與有機(jī)涂層進(jìn)行連接,因此與后續(xù)的有 機(jī)涂層具有良好的附著力;成膜助劑用于穩(wěn)定氟離子,有利于復(fù)合產(chǎn)物的形成;防銹劑是 為了增加膜層的耐腐蝕性能;金屬離子螯合劑為了使復(fù)合處理劑中游離金屬離子進(jìn)行螯 合,形成分子量更大的化合物,易于成膜;胺緩沖劑是穩(wěn)定復(fù)合處理劑的酸堿度;表面活性 劑是利用其潤(rùn)濕作用,降低復(fù)合處理劑與金屬表面的界面張力,使復(fù)合處理劑更容易與金 屬表面接觸,有利于涂層的形成。適當(dāng)比例的硅/鈦/鋯/硼含氟化合物成膜劑A和環(huán)氧 基硅烷成膜劑B,可以改善單一硅烷膜與基體結(jié)合力不佳,膜層致密度不大的缺點(diǎn),通過(guò)成 膜劑A中的硅、鋯、硼、鈦等元素的加入,改善成膜劑B涂層的致密度,減少膜層中的裂紋,提 高涂層的耐蝕性能;同時(shí)配合適宜的成膜助劑、防銹劑、金屬離子螯合劑、胺緩沖劑和表面 活性劑,使得制得的復(fù)合處理劑具有優(yōu)良的性能。
[0051] 本發(fā)明所述一種用于金屬表面預(yù)處理的復(fù)合處理劑及其制備方法和應(yīng)用具有以 下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0052] ( 1)本發(fā)明所述復(fù)合處理劑將成膜劑A硅/鈦/鋯/硼的含氟化合物與成膜劑 B(Y-APS)和/或(Y-GPS)復(fù)合,并通過(guò)調(diào)整成膜劑A硅/鈦/鋯/硼的含氟化合物與成 膜劑B(y-APS)和/或(Y-GPS)的比例,及其與成膜助劑、防銹劑、金屬離子螯合劑、胺緩 沖劑和表面活性劑的比例,所制得的復(fù)合處理劑能夠形成與金屬結(jié)合性良好、耐腐蝕性強(qiáng)、 無(wú)空洞、裂陷、致密均勻的涂層。
[0053] (2)本發(fā)明所述復(fù)合處理劑的制備方法簡(jiǎn)單易操作,環(huán)保,制備過(guò)程中不產(chǎn)生磷酸 鹽、鎳、錳、鉻等污染離子,無(wú)沉淀廢渣。
[0054] (3)本發(fā)明所述復(fù)合處理劑在金屬表面預(yù)處理的應(yīng)用中,所述預(yù)處理方法適合于 鍍鋅鋼板、鋁及鋁合金等材料的預(yù)處理,成膜過(guò)程可在同一槽液中生產(chǎn),省去了金屬表面復(fù) 雜的前處理過(guò)程,簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝,且成本低廉。
【具體實(shí)施方式】
[0055] 以下將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0056] 實(shí)施例1
[0057] -種用于金屬表面預(yù)處理的復(fù)合處理劑,所述復(fù)合處理劑由下述重量的原料制備 而成:
[0058] 成膜劑A--氟鋯酸:5g,
[0059] 成膜劑B--Y_氨丙基三乙氧基硅烷U-APS) :5g,