[发明专利]一种环保的冷轧钢表面涂装前处理剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属表面处理领域，具体是一种冷轧钢涂装前处理技术，用于取代传统磷化处理技术，其适用于使用冷轧钢产品的各种工业领域，例如汽车、家电涂装等。 

背景技术

金属材料受周围介质的作用而损坏，称为金属腐蚀。金属的锈蚀是最常见的腐蚀形态。腐蚀时，在金属的界面上发生了化学或电化学多相反应，使金属转入氧化(离子)状态。这会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能，破坏金属构件的几何形状，增加零件间的磨损，恶化电学和光学等物理性能，缩短设备的使用寿命，甚至造成火灾、爆炸等灾难性事故。 

在金属表面上施用覆盖层保护是防止金属腐蚀的最普通而重要的方法。覆盖层的作用在于使金属制品与周围介质隔离开来，以防止或减少腐蚀。除了防腐蚀外，覆盖层还有一定的装饰性或者功能性。目前涂料涂层被广泛的应用于汽车、家电、建筑物等外表面防护上。涂料涂层在使用的介质中一般非常稳定，形成的漆膜完整无孔，不透介质，有一定的机械强度，适当的弹性。但是进行涂料涂层涂装过程中，由于涂料涂层属于有机涂层，与金属的结合力差，需要在涂装前对金属表面进行前处理，以使得金属表面与有机涂层之间存在很强的结合力。 

传统的金属表面前处理方法主要有磷化处理、铬化钝化处理。但传统的表面处理技术面临着巨大的环境压力。因为磷是所有的生物生长所需的重要物质；磷能够引起水中藻类疯长，它还会导致湖中细菌大量繁殖。磷也是鱼类甚至湖泊的杀手。大量增殖的细菌消耗了水中的氧气，使依赖氧气生存的鱼类死亡，随后细菌也会因缺氧而死亡，最终是湖泊老化、死亡。磷还可对热带地区的海滨水域造成与上述情况相似的水体富营养化的威胁。铬化处理法中铬钝化后含有危害较大的铬，不适应国家对涂装行业的环保要求，已经被国家相关法律禁止使用。同时在生产处理过程中应节约资源，以尽量少的化学物质消耗量和常温不加热处理。使人们清醒的认识到采用无磷、无氮、无铬、无镍、无渣、常温处理及无须使用亚硝酸盐促进剂处理工艺的重要性。人们越来越多的把研究的终点放在了能够替代传统表面处理工艺的技术上。 

目前新型的金属表面前处理技术主要有钛、锆盐转化膜技术，丹宁酸盐转化膜技术，高锰酸盐、钼酸盐转化膜、铈盐转化膜技术等。 

硅烷化金属表面处理技术作为一种新型的技术，克服了传统金属表面处理技术：磷化、铬化处理中的能耗大、污染大等自身无法克服的缺点，近些年来已经得到了广泛的发展，在工业应用领域得到了实际的应用。 

硅烷是一类硅基的有机/无机杂化物，其基本分子式为：Y(CH₂) nSi(OR)₃。其中OR是可水解的基团，Y是有机官能团。OR基团在水解促进剂的作用下，水解生成Si-OH基团，与金属表面金属离子水合化物脱水缩合，形成Si-O-Me键，同时Si-OH键自身发生脱水缩合形成空间三维网络结构。Y官能团与有机涂层相结合，发生相应化学反应。硅烷通过分子桥的作用，在无机界与有机界之间搭起桥梁，进而提高涂层在金属表面的结合力。 

目前所知的其他磷化代替工艺的研究还有：合肥华清金属表面处理有限责任公司的刘万青、饶丹发明的以硅烷偶联剂为主要成分的金属表面处理剂；日本株式会社放电精密加工研究所远藤康彦、酒井富男发明的无铬金属表面处理剂；日本油漆株式会社岛仓俊明等人发明的非铬酸盐金属表面处理剂。 

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种节能环保型金属表面处理剂，它能在冷轧钢金属表面形成一层三维空间网络状无机/有机杂化复合膜，该膜有极强的致密性及极强的与金属、涂层相结合能力。 

一种环保的冷轧钢表面涂装前处理剂的制备方法，包括如下步骤： 

（1）按重量份数计，取10-40份1,2-二（三甲氧基硅基）乙烷加入500-700份去离子水中混合，再依次加入1-2份促进剂和5-15份稳定剂，搅拌12-24h后，再加入50-80份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，继续搅拌6-12小时，制备得到混合物A；

（2）将15-25份锆化物加入500-700份去离子水中混合，搅拌，再加入铝化合物并调节PH值为3-4，即可制得混合物B；

（3）将上述制得的混合物B在搅拌状态下加入步骤（1）所述的混合物A，然后通过酸控制混合后的PH值为4-6，即可制得所述处理剂。

所述促进剂为醋酸、硝酸、双氧水、钼酸盐或铈盐。 

所述稳定剂为乙醇、甲醇、丙三醇、正丙醇、异丙醇、甲基丁炔醇和己炔醇中的任意一种或以上。 

所述锆化物为氟锆酸钾、氟锆酸钠、氟锆酸铵、氟锆酸或氧氯化锆。