专利名称:磷酸盐处理溶液和工艺的制作方法
大家都知道，除非预先经过处理，刚刚镀锌的钢材表面很难满意地涂漆。对比较小的物件的预处理方法大家都已了解，但当物件是象桥构件那样大时，处理就特别困难。因为在预处理前很难使表面彻底清洗，并且在预处理后和涂漆前难以而且也不希望对物件表面进行彻底的冲洗。
多年以来，磷酸盐水溶液已应用于锌和铁表面的预处理，但是它对于大的结构件，特别是当这些结构件未清洗干净时，其湿润效果并不好。磷酸锌溶液已广泛应用于对小物件的预处理，但是在处理后必须再进行彻底清洗。此外，已有一种不需要在处理后接着冲洗的磷酸锌溶液，但是这种溶液通常只有当应用于非常干净表面时才能获得令人满意的结果。
美国书3，346，426描述了应用一种包含锌、磷酸、乙醇酸和2，4-二硝基苯磺酸钠的处理溶液，涂擦后能在钢或镀锌的表面上形成磷酸盐涂层。这种方法在工业上的应用似乎还未成功，工业上对大的镀锌结构件最广泛使用的预处理方法是T-清洗工艺。应用这种工艺时，将金属结构件在磷酸和碳酸铜在一种混合溶剂的溶液中进行处理。
这种处理溶液，比较容易用刷涂办法施用于大的结构件上，并且很容易看到已刷涂过的部位。同刚刚镀锌的表面相比，应用这种混合溶液，能改进涂漆层的粘结力，但是粘结力还不完全令人满意。而且对比使用传统的磷酸锌溶液并接着进行冲洗的工艺，其抗腐蚀性能会比较差。
依据此发明所提出的一种处理液，其中包含0.5-5组分锌;1-20组分磷酸;0.01-0.5组分选用钴或镍的添加剂，和一种有效含量的不起皮的加速剂，所有组分以重量计。这种处理液可做成浓缩剂，并用适量的溶剂冲稀成操作溶液。操作溶液中含有足够的溶剂，使溶液组成按重量计达到100组分。这种溶剂可仅是水或是水和有机溶剂的混合物，溶剂的标准重量组分达20。这种操作溶液也可以含有表面活性剂，一般其重量组分达0.5。因此一种适用的操作溶液含有0.5-5%锌，1-20%磷酸(100%)，0-0.5%钴或镍或它们的混合剂，0.02-0.5%表面活性剂，一种有效量的加速剂和剩余数量的水。
不起皮的加速剂必须能避免油漆层大量起皮，该油漆层是覆盖在干燥过而未冲洗的磷酸盐涂层上，而磷酸盐溶液中包含有效数量的加速剂。油漆层起皮一般与可使水可溶性离子残余物留在涂层中的加速剂有关，因此加速剂最好不采用如氯酸钠或硝酸钠一类高离子性化合物。过氧化物可以作为非起皮化合物，但因稳定性问题所以最好不采用。而推荐用有机化合物作为加速剂。
所推荐的加速剂是硝基胍。而其数量至少需0.02重量组分(操作溶液中浓度为0.02%)，因为过低含量是无效的。然而通常其用量没有必要高于1.5组分，因此一般是占0.1-0.5重量组分。
其他合适的加速是磺基水杨酸(或它的盐)和硝基芳香化合物。硝基芳香化合物最好是一种硝基苯磺酸盐类，而常用硝基苯磺酸钠，或其游离酸。适用量是0.2-1.5组分，如用量太少，处理后的油漆层附着力会减弱，如果用量太多，油漆极易起皮。推荐用量是0.5-1.2%。
除了磷酸根阴离子及三种指名的加速剂或其它非起皮而通常是有机加速剂离子外，溶液中最好没有其它阴离子。而且最好基本上没有象碱金属或铵这种水溶性的阳离子，但如果硝基芳香化合物是钠盐的话，其引入的数量则还是可接受的。最好只考虑添加锌、钴和/或镍阳离子。
处理溶液可含有多羟基羧酸，例如酒石酸，其一般用量在操作溶液内重量组分达1%，一般处理溶液中是不再含其他添加剂的。
如锌含量太低，处理溶液不能提供良好的防腐蚀性，而如果含量太高，会使溶液稳定性降低，并增加涂漆层起皮的倾向，锌的用量最好是1-4%。
如果钴和/或镍用量太低，就不能有效地提高抗腐蚀能力，而用量太多会和基体金属形成一种腐蚀电解池，结果会增加腐蚀。钴和镍总用量一般按重量计为0.05-0.4%。虽然两种金属可单独使用，但最好混合使用，而且一般两种金属用量大约相同。
若磷酸量太低，就会减弱和基底金属反应，因而磷酸盐涂层附着力及涂层后的涂漆层的附着力也减弱，并可能会降低溶液的稳定性。若磷酸用量太高，金属表面腐蚀会过于严重。磷酸用量按重量计最好是4-15%。
虽然加入表面活性剂并不是必须的，但一般也是需要的，特别当处理的表面不是很干净时就需加入活性剂。表面活性剂用量高达0.5%，它能大大改善溶液在金属表面的浸润性而不会影响磷酸盐生成反应，但当用量高于0.5%，则不会对浸润作用有进一步改善，通常用量按重量计是0.05%-0.3%。
有机溶剂并非必须，但它可使处理液便于使用，并能改进浸润性。一般来说若想提供令人满意的改进，溶剂的最小用量通常低于20%，因为较高含量一般不会改进溶液使用性质，反而会在一定程度上减少溶液稳定性，以至为保持溶液稳定性，不得不增加磷酸的用量，这会使被处理表面产生过量酸腐蚀。
如果溶液中含有表面活性剂，最好是应用一种非离子型的表面活性剂。因为阳离子和两性的表面活性剂会吸附在金属表面上并会阻止磷酸盐薄膜生成。
如果溶液中有溶剂，对使用者来说，溶剂必须无毒性的，并且必须能生成生成一种稳定溶液。强亲水剂象甲醇一般是不宜采用的，因为它们易使磷酸锌从溶液沉淀出来。因此这种溶剂最好是中等极性溶剂，如许多杂环溶剂都可采用，其条件为它们不应是毒性的。推荐的溶剂是N-甲基-2-吡咯烷酮。
不含有表面活性剂和溶剂的操作水溶液的使用可能会很困难，因此一般来说这种处理溶液可以只含有表面活性剂或只含有溶剂，但最好同时含有溶剂和表面活性剂。
根据本发明的一种工艺，包括将这种操作溶液涂覆于锌或铁表面，及使其在表面干燥的过程。被处理的表面一般是经镀锌的桥或起重机钢结构件外表面。操作时可用擦拭法，而最好将溶液涂刷在表面上。处理的表面最好基本上不含污物和油渍，但也不必象在传统的磷酸锌工艺中所要求的那样非常干净。一般是在室温下操作，并因为通常所处理的是外部结构，因此实际的操作温度一般是3-30℃。
涂层干燥后，用传统方法进行涂覆油漆。
例1本发明的溶液是用下述成份配制的锌 3.0%磷酸 12.0%硝基苯磺酸钠 1.0%表面活性剂 0.1%N-甲基-2-吡咯烷酮 5.0%钴 0.15%镍 0.15%水 加至100%镀锌板在室温下用上述溶液进行处理，然后让它干燥，再涂上一种氯化橡胶漆。这些试板按ASTM B117要求进行喷盐水测试，可观察到其良好的抗腐蚀性和涂漆层粘结力。
制备了几种用于比较的溶液并以同一种方式使用。其中一种溶液除不含硝基苯磺酸盐外，其他组成相同;另一种溶液除了没有钴和镍外，其他组成相同;另一种溶液中，除了添加乙醇酸外有相同的组成(如美国专利3，346，426所述)。在其它溶液中不用钴和镍而换上其他过渡金属。所有这些溶液的应用和举例的溶液的应用相比结果都会差些。
例2，将例1所示的溶液中，用硝基胍代替硝基苯磺酸钠，并重复其工艺过程。硝基胍的用量可以是0.1%。虽然应用例1所示工艺时，涂漆层起皮并不严重，但应用例2工艺，则可消除起皮现象。
权利要求
1.在锌或铁表面生成保护涂层用的磷酸盐处理溶液，它包含0.5-5组分锌，1-20组分磷酸，0.01-0.5组分选用钴或镍的添加剂，及一定有效数量非起皮的加速剂，全部组分按重量计。
2.根据权利要求
1的处理溶液，其中加速剂可用硝基胍，磺基水杨酸或其盐类，或是可溶性的硝基芳香化合物。
3.根据权利要求
2的处理溶液，其中包含0.02-1.5组分硝基胍。
4.根据权利要求
2的处理溶液，其中包含0.2-1.5组分硝基苯磺酸钠或其游离酸。
5.根据上述任一权利要求
的处理溶液，基本上不含有其它阴离子或阳离子。
6.根据上述任一权利要求
的处理溶液，其中含有重量组分达1的多羟基羧酸。
7.根据上述任一权利要求
的处理溶液，其中含有表面活性剂和/或重量组分达20的有机溶剂。
8.根据上述任一权利要求
的处理溶液，其中含有1-4组分锌，0.05-4组分钴和或镍，4-15组分磷酸，0.05-0.3组分表面活性剂及0-20组分溶剂。
9.根据上述任一权利要求
的处理溶液，其中包括N-甲基-2吡咯烷酮为溶剂。
10.根据上述任一权利要求
的处理溶液，将其用水稀释，并配制成重量组分达100的操作溶液。
11.根据权利要求
1的处理溶液剂，基本上可按本要求组成，而可参照各例证说明。
12.在锌或铁表面生成一种保护涂层方法，包括应用根据权利要求
10的溶液，将溶液涂于物件表面，并使之在表面上干燥。
13.根据权利要求
12的一种工艺，其中所指的表面是指经镀锌的钢质外部结构件表面。
专利摘要
应用磷酸盐处理方法，对锌或钢材表面，尤其是对桥梁、起重机等外部结构件表面进行保护处理。处理溶液中含有0.5-5组分锌，1-20组分磷酸，0.01-0.5组分钴和/或镍，和有效量的加速剂如硝基胍，磺基水杨酸或硝基苯磺酸钠。
文档编号C23CGK85101826SQ85101826
公开日1987年3月25日 申请日期1985年4月1日
发明者G·L·希金斯, L·帕森斯 申请人:比利尼化学服务有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan