一种常温四合一漆前处理剂的制作方法
【专利摘要】一种常温四合一漆前处理剂系由磷酸、氧化锌、钼酸钠、间硝基苯甲酸、单宁酸、水杨酸、乙醇、十二烷基苯磺酸钠和水配制而成。这种处理剂基本无毒；常温下同时具有快速脱脂、去锈、磷化、钝化等功能，能在钢铁表面形成细结晶和高耐蚀性的磷化钝化膜。这种膜薄而致密，呈灰色，耐蚀性极佳，可取代一道红丹底漆。用作油漆底层，既简化工艺流程，又降低生产成本。
【专利说明】—种常温四合一漆前处理剂
【技术领域】
[0001]本发明涉及化学领域，特别是涉及到一种常温四合一漆前处理剂的配方及其配制方法。【背景技术】
[0002]随着表面技术处理的长足进步，钢铁漆前处理剂的研究正朝着无毒、常温下能快速在钢铁表面上形成细结晶和高耐蚀性的磷化钝化膜的方向发展。随着国内外研究队伍日益壮大，漆前处理剂的新品种不断涌现。一种能同时完成脱脂、去锈、磷化、钝化的四合一漆前处理剂受到了人们注意和重视。
[0003]现有的四合一漆前处理剂仍然存在着种种问题需要继续改进和进一步提高。诸如:李信洲研制的四合一磷化液，不仅制备工艺复杂；而且配方中使用环保严格控制的铬盐；处理过程需要加热，消耗能源；磷化后须经水洗，再用三乙醇胺:水=I: 2的溶液封闭，综合生产成本较高【李信洲，四合一磷化工艺介绍，材料保护1985(1):33】。又如:一种能同时完成脱脂、去锈、磷化的多功能磷化液是由氧化锌10_15g/L、硝酸10-20g/L、磷酸40-50g/L、去污剂3-5g/L、硝酸铁0.4-0.5g/L和掊酸1-1.5g/L配制而成的水溶液【发明专利SU673663】。这种处理剂不仅剂量大，掊酸贵，综合生产高；而且处理温度高达90_95°C，消耗大量能源。凡此种种，皆不符合漆前处理剂的发展总趋势的要求。为此，发明人研制了一种性能更为优异的常温四合一漆前处理剂，以期取而代之。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种基本无毒；常温下同时具有快速脱脂、去锈、磷化、钝化等功能，且能在钢铁表面形成细结晶和高耐蚀性的磷化钝化膜的常温四合一漆前处理剂。
[0005]为实现本发明之目的所采取的技术路线和作用原理如下:
[0006]技术路线:
[0007]本发明以本人先前研制的“常温高效除锈化锈处理剂”的配方为基础，这种处理剂是由磷酸、氧化锌、钥酸钠、间硝基苯甲酸、单宁酸、水杨酸、乙醇和水配制而成的，经过酸度筛选、除油剂的筛选，衍化成常温四合一漆前处理剂。
[0008](I)酸度筛选:若酸度太高，钢铁一直处于溶解状态，成膜速度慢，甚至不能成膜；若酸度太低，又影响到除锈速度。处理剂的酸度主要是由磷酸提供的，实验表明:磷酸的合适用量为300-350g/kg。
[0009](2)除油剂的筛选:为使处理剂具备除油去污功能，作者从多种表面活性剂:诸如0P-10、AE0-9、6501和十二烷基苯磺酸钠等，挑选出十二烷基苯磺酸钠作为除油去污剂。实验表明:它的合适用量为4-8g/kg。
[0010]常温四合一漆前处理剂的化学组成如下:
[0011]憐酸(85%) 300 ~350g/kg 氧化锋(> 99% ) 0.5 ~1.5g/kg[0012]钥酸钠(≥99% )0.5~1.5g/kg 间硝基苯甲酸(≥99% )0.05~0.15g/kg
[0013]单宁酸(≥98% )0.2 ~0.8g/kg 水杨酸(≥ 99.5% ) 0.15 ~0.35g/kg
[0014]乙醇(95% ) 40~80g/kg十二烷基苯磺酸钠(> 99% ) 4~8g/kg
[0015]水余量
[0016]常温四合一漆前处理剂的作用机理:
[0017](I)除油:借助处理剂中的十二烷基苯磺酸钠和乙醇的协同作用把油除去。十二烷基苯磺酸钠是一种非常出色的阴离子型表面活性剂。其分子中存在着亲油基和亲水基，对油层具有优良的浸润、渗透、乳化、分散作用。特别是它分子中存在的磺酸根，对油污中的二价重金属离子具有强烈的络合作用，因此它的渗透去污能力特别显著。
[0018]乙醇是一种优秀的溶剂，可以溶解多种化学物质；同时它也是一种表面活性剂，这是由于其分子中存在着亲油基和亲水基。乙醇表面张力很小，穿透能力强，容易渗入油层底部把油层剥离下来并把它乳化；乙醇还是一种常用的消泡剂(表面张力很小)，可以有效地消除十二烷基苯磺酸钠产生的气泡，使处理剂能正常工作。
[0019](2)除锈:借助处理剂中高浓度的磷酸与铁锈反应，生成Fe (H2PO4) JPFe (H2PO4)3,从而把锈除去。该反应由于处理剂中的单宁酸和水杨酸对Fe2+的络合作用而加速，即
[0020]Fe203+6H3P04 — 2Fe (H2PO4) 3+3H20...........................①
[0021 ] Fe304+8H3P04 — 2Fe (H2PO4) 3+Fe (H2PO4) 2+4HH20............②
[0022]Fe0+2H3P04 — Fe (H2PO4) 2+H20.................................③
[0023](3)磷化:由于处理剂中阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠被吸附在钢铁表面上，在钢铁-溶液界面处形成低酸度的溶液层，随着磷酸对基体铁的腐蚀溶解，酸度下降，PH值上升，一代磷酸盐向着生成正磷酸盐的方向移动。即
[0024]Fe+2H3P04 — Fe (H2PO4) 2+Η2 ?....................................④
[0025]
2Fe(H2P04)2-^2FeP04|+2H3P04+ H20.....................⑤
[0026]Ζη0+Η3Ρ04 — Zn (H2PO4) 2+H20.................................⑥
[0027]3Zn (H2PO4) 2 — Zn3 (PO4) 2 I +4H3P04..............................⑦
[0028]同时，一代磷酸盐可与基体铁反应，即
[0029]
FeH-Fe(H2PO4)2-? 2FeP044+2H20...........................⑧
[0030]
Fe+Zn(H2P04)2-1QV ZnFe(HPO4)2I+ H20.....................⑨
[0031]生成的不溶性FeP04、Zn3 (PO4)2与ZnFe (HPO4)2覆盖在钢铁表面上形成磷化膜。
[0032]众所周知，处理剂中加入适量的氧化剂，可以大大加速磷化反应的进程，作者选用低毒的钥酸钠和间硝基苯甲酸以取代以往常用的极毒的重铬酸钾和亚硝酸钠，避免处理剂污染人类赖以生存的环境，无机氧化剂钥酸钠和有机氧化剂间硝基苯甲酸的配合使用，使其氧化性更加稳定、持久，大大加速⑤、⑧、⑨反应的进行，从而提高了成膜速度。
[0033](4)钝化:处理剂中的溶解氧和氧化剂钥酸钠及间硝基苯甲酸的协同作用可将钢铁表面的Fe2+氧化成不溶性的Y-Fe203。钥酸根在氧化反应过程中自身被还原为Mo02。钥酸根具有两个杂化原子氧，也可与Fe2+络合，形成不溶性的[Fe-MoO4]。Y -Fe203> MoO2和[Fe-MoO4]覆盖在钢铁表面上，使其钝化。间硝基苯甲酸在氧化反应过程中自身被还原为间氨基苯甲酸，由于其分子中带有-COOH活性基团，可与Fe2+形成间氨基苯甲酸铁，参与成膜，使钢铁表面钝化。这个过程与磷化反应是同时进行的。
[0034]处理剂中的单宁酸和水杨酸，由于乙醇的存在，在高浓度的磷酸溶液中仍然保持溶解状态。它们的分子中都具有多个杂化原子，可与Fe2+络合，生成不溶性的单宁酸铁和水杨酸铁沉积在钢铁表面上，使钢铁表面钝化，使磷化钝化膜更加致密耐蚀。
[0035]常温四合一漆前处理剂的制备方法:
[0036]根据配制的重量，计算出各组份的用量。
[0037](1)在配制槽中加入适量水，并加入计算量的磷酸；称取计算量的氧化锌放入另一容器，用适量水调成浆状，然后加入配制槽中，搅拌至全溶；再称取计算量的钥酸钠加入配制槽中，搅拌至全溶。
[0038](2)称取计算量的十二烷基苯磺酸钠，用适量水溶解后加入配制槽中。
[0039](3)称取计算量的单宁酸、水杨酸和间硝基苯甲酸放入另一容器，加入计算量的乙醇，搅拌至全溶，倾入配制槽中，补足计算量的水，搅拌均匀即可。
[0040]常温四合一漆前处理剂的技术指标:
[0041]处理剂外观为淡棕色透明液，？!1值< 1，总酸度为640~660点，游离酸度为310~330点，比重(250C )为1.116g/cm3，处理温度:常温，处理时间:一般情况为10~20分钟，干燥时间:表干10~20分钟，实干2~24小时 。
[0042]常温四合一漆前处理剂性能指标:
[0043]磷化钝化膜呈灰色，结晶细密；膜厚2-4 μ m ;抗CuSO4试验(G.B.)≥4分钟；3%NaCl溶液浸泡试验(G.B.) ^ I小时；室内挂片:无锈期达I年。与涂膜的配合试验:附着力(G.B.):1级；耐冲击(G.B.):50kg.αη通过；盐雾试验(G.B.) ^ 24小时；3%盐水浸泡试验:1200小时，10%微泡。
[0044]常温四合一漆前处理剂使用方法:
[0045](I)处理方式:浸泡或喷淋皆宜。
[0046](2)处理温度:常温。
[0047](3)处理时间:一般情况10~20分钟。
[0048](4)干燥时间:工件处理后不再水洗，用气枪把工件上残余液赶走，放在通风处晾干，表干:10~20分钟，实干:2~24小时。
[0049](5)溶液调整:处理剂处理一段时间后，有效组份会有消耗。若处理速度减缓，经酸度分析补充适量新鲜处理剂，其性能便可恢复。若溶液太脏，须经过滤和酸度分析，补充新鲜处理剂，便可以继续使用。
[0050]常温四合一漆前处理剂主要特点:
[0051](I)工艺简单，与常规磷化工艺相比，可节约厂房与专用设备总投资的十分之九。
[0052](2)常温使用，节约能源。
[0053](3)磷化钝化膜薄而致密，耐蚀性特佳，可取代一道红丹底漆，节约成本。
[0054](4)提高成品率，使用本产品处理工件，不会造成焊缝的过腐蚀。
[0055](5)本产品基本无毒,没有污染和排废问题。【具体实施方式】
[0056]实施例1:厦门市红星消防器材厂使用本产品浸泡式处理消防筒，效果甚好。厂方的使用报告认为，本产品具有如下优点:(I)工艺简单，可节约占地面4/5，减少专用设备的投资。(2)磷化钝化膜性能优异，可省去一道红丹底漆，降低生产成本。(3)提高产品的成品率，使用本产品处理工件不会造成焊缝的过腐蚀。(4)常温使用，节约能源。(5)本产品没有污染和排废问题。[0057]实施例2:厦门市郊区鹭方电器修理厂为澳大利亚厂商加工灯具，月加工量平均3万件，使用本产品浸泡式进行喷塑前的表面处理。厂方认为:使用效果令人满意，并获得了外商的好评。
【权利要求】
1.一种常温四合一漆前处理剂是由磷酸、氧化锌、钥酸钠、间硝基苯甲酸、单宁酸、水杨酸、乙醇、十二烷基苯磺酸钠和水配制而成的，其特征在于各组份的含量(按重量计)分别为: 憐酸(85% ) 300 ~350g/kg 氧化锋(≥ 99% ) 0.5 ~1.5g/kg 钥酸钠(≥ 99% ) 0.5 ~1.5g/kg 间硝基苯甲酸(> 99% ) 0.05 ~0.15g/kg 单宁酸(≥ 98% )0.2 ~0.8g/kg 水杨酸(≥ 99.5%) 0.15 ~0.35g/kg 乙醇(95% ) 40~80g/kg十二烷基苯磺酸钠 (≥99% ) 4~8g/kg 水余量。
2.—种权利要求1的常温四合一漆前处理剂的制备方法，其特征在于:根据配制的重量，计算出各组份的用量。(I)在配制槽中加入适量水，并加入计算量的磷酸；称取计算量的氧化锌放入另一容器，加入适量水，调成浆状，然后加入配制槽中，搅拌至全溶；再称取计算量的钥酸钠，加入配制槽中，搅拌至全溶；(2)称取计算量的十二烷基苯磺酸钠，放入另一容器，用适量水溶解后，加入配制槽中；(3)称取计算量的单宁酸、水杨酸、间硝基苯甲酸，放入另一容器，加入计算量的乙醇，搅拌至全溶，再加入配制槽中，补足计算量的水，搅匀即可。
3.如权利要求1和2所述的一种常温四合一漆前处理剂的技术指标，其特征在于:外观为淡棕色透明液，PH值< 1，总酸度610~660点，游离酸度为310~330点，比重(25°C )为1.116g/cm3，处理温度:常温，处理时间:一般情况为10~20分钟，干燥时间:表干10~20分钟，实干2~24小时。
【文档编号】C23C22/42GK103510082SQ201210201622
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月19日 优先权日:2012年6月19日
【发明者】郭良生, 郭洵 申请人:郭良生, 郭洵