[发明专利]一种环保型金属表面处理剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属表面处理剂技术领域，特别涉及对钢铁、镀锌钢铁、锌及锌合金和铝及铝合金在涂装前进行表面处理的处理剂及其制备方法。

背景技术

根据国标GB/T6807-2001《钢铁工件涂装前磷化处理技术》及《航空行业标准》HB/25080-1996中的相关规定，金属涂装前表面处理的标准方法是以磷酸盐为基础的方法，通常称为磷化处理，即在待涂装金属表面生成一层磷酸盐结晶的防护性膜。金属表面涂装后可获得良好的防护效果。磷化技术作为现今涂装前金属表面处理普遍采用的方法，其进一步改进的空间已很小；由于磷化剂中含有大量的磷和氮，现有磷化技术不可避免地会给环境带来严重的污染，会造成水体的富营养化，对河流、湖泊的生态系统造成威胁；磷化剂中含有的重金属会给人体造成永久性伤害；同时传统磷化工艺需加温使用，造成能源消耗并产生大量淤渣。所以急需新的环保型金属表面处理剂以取代现有磷化工艺的产品。

近年来，国内外对传统磷化处理的替代工艺研究很多，主要集中在对环保、无害、低温、低渣的工艺及配方进行研究，其中对硅烷系列的成膜剂工艺报道较多；但由于作为主要成膜组份的硅烷偶联剂的水溶性、水解的可控性等问题难以解决，其成膜层的膜重、致密性及涂装后综合性能指标不理想，至今未见有成熟工艺的报道。

中国专利申请号200510127048.X提出的硅烷偶联剂类成膜剂，由含水和/或醇作为溶剂的含硅粘结剂溶液组成，其二氧化硅组分的重量百分比浓度是8-25％，包含通过烷氧基硅烷水解缩聚反应而得到的具有重均分子量为1000-10000的烷氧基硅烷低聚物醇溶液的金属表面处理剂，能长期抑制白锈的出现。但由于该硅烷偶联技术由醇类作溶剂并需要控制硅烷的水解而较难实现工业应用，且所形成的超薄有机膜经验证在涂装后500h耐腐蚀测试性能已较差，故该金属表面处理剂尚难以替代传统的磷化处理剂。

中国专利申请号200710066786.7公开的一种用于金属表面预处理的以硅烷偶联剂为主要成分的金属表面处理剂，在注入100份去离子水的容器中，搅拌速度为每分钟2000～2200转，先后加入第一增强剂、稳定剂、第二增强剂、硅烷偶联剂和分散剂，获得用于金属涂装前的硅烷偶联预膜剂。但该硅烷偶联技术形成的超薄有机膜经验证在涂装后500h耐腐蚀测试性能较差，故该金属表面处理剂也难以替代传统的磷化处理剂。

中国专利申请号200810020748.2提出的一种处理剂，包括硅烷偶联剂(SA)、水分散性二氧化硅、氟化合物、乙酸和水，通过表面调整剂、辅助成膜剂等主要成份筛选和复配，以最终形成硅烷被膜。但通过对其实例的验证发现，氟化锆、氟化钛的组份无法形成膜层，难以与硅烷膜形成复合膜；该处理剂存在膜层单一，耐腐蚀测试性能较差，难以达到磷化剂替代效果。

发明内容

本发明目的是提供一种用于金属表面涂装前处理的环保型金属表面处理剂及其制备方法，以替代传统磷化剂，克服现有硅烷技术膜层单一、耐蚀性差等缺陷。

本发明的环保型金属表面处理剂，其特征在于按质量百分比含有以下组份：

0.01～10.0％的成膜剂，选自纳米级TiO₂、ZrO₂和/或SiO₂；

0.01～10.0％的分散剂，选自聚丙烯酸、丙烯酸和/或马来酸-丙烯酸共聚物；

0.01～10.0％的偶联剂，选自硅氧烷共聚齐聚物、钛交联剂和/或铝锆交联剂溶液；

0.1～15.0％的水溶性的Si或IV族元素的含F络合物，选自H₂TiF₆、H₂ZrF₆、H₂HfF₆和/或H₂SiF₆、和/或它们的盐类；

0.01～2.0％的作为稳定剂的酸，选自H₂SO₄、HF、HCl、HNO₃、柠檬酸和/或酒石酸；

再加入余量的水混合而成。