专利名称：一种金属表面硅烷化处理剂及其表面硅烷化处理的工艺方法
技术领域：
本发明涉及一种在金属表面硅烷化处理剂及用其在金属表面硅烷化处理的工艺方法。
背景技术：
自1869年英国人Charles Ross获得磷化处理工艺专利，经过一个多世纪的发展， 磷化处理在涂装前处理、润滑、防锈等行业得到了广泛应用。特别是在涂装前处理行业，磷化处理是最常用的预处理方法之一。磷化处理是金属在酸性磷酸盐溶液中反应后在其表面形成磷酸盐保护膜的过程。由于磷化处理生成的磷化膜与基体结合牢固，且具有微孔结构，吸附性能良好，所以可大大提高涂装质量。另外，磷化膜还有良好的润滑性，绝缘性和耐蚀性，因而广泛应用于汽车、机械制造、航空航天和家用电器等产品的制造领域。磷化处理有诸多优点，但也存在很多其自身无法克服的弊端磷化处理工艺是以磷酸、锌、锰、镍为主要原料，造成重金属、磷、亚硝酸盐等严重环境污染，并且在处理过程中都或多或少会产生沉渣及有害气体，影响生产的正常进行，排放的废水COD及重金属如不进行环保处理就会危害环境；另外，磷化处理大部分需在加温的条件下进行，能耗较大，工艺复杂，操作也不方便。随着社会的发展与进步，人们对金属涂装预处理产品的要求也愈来愈高，不仅希望它自身性能优良，更希望它能满足日益增长的环保需要、人体健康要求及资源节约要求。传统磷化处理的这些弊端就严重制约着它的进一步发展与应用。所以，人们期望能开发出一种新的处理工艺，它能在保持传统磷化处理工艺优点的同时，又能做到工艺简单、绿色环保，综合成本低，迫切需要一种环保型的涂装前处理工艺代替传统的磷化工艺。
发明内容
本发明的目的是提供一种在金属表面硅烷化处理剂，这种溶液可以共线处理冷轧钢、锌、铁、铝和铝合金，用于代替或部分代替传统锌系磷化和铁系磷化的无磷处理金属表面的方法，不用改造现有前处理生产设备即可投入使用。本发明的另一目的是提供一种在金属表面硅烷化处理的工艺方法，这种溶液不需要加温，不含磷、无沉渣产生、不含重金属、节能、管理简便，能为金属基材与聚酯型、环氧型、丙烯酸型等多种涂料结合提供优越的附着力。本发明的在金属表面硅烷化处理剂包括有机硅烷、有机酸、醇、促进剂和去离子水，其中有机硅烷为选自以下三类中的至少一类一或多种脲基硅烷、一或多种乙烯基硅烷或一或多种多甲硅烷基硅烷；促进剂选用丙基氧化锆、异丙氧化钛、三级-丁氧化钛乙基硅酸盐的一种或多种；有机酸选自乙酸、草酸、甲酸或丙酸中至少一种；醇选自乙醇、甲醇、异丙醇、异丁醇的一种或多种。在上述金属表面硅烷化处理剂中，所述组分的重量比为机硅烷0. 1 10%、有机酸1 7%、醇5 15%、促进剂0. 05 6%，其余为去离子水。
前述的金属表面硅烷化处理剂，所述组分的重量比为一或多种脲基硅烷1 3%、一或多种多甲硅烷基硅烷0. 2 0. 6%、一或多种乙烯基硅烷2 4%、丙基氧化锆 0. 1 1%、异丙氧化钛0. 1 1%、乙酸2 4%、乙醇8 10%，其余为去离子水。上述的金属表面硅烷化处理剂，所述组分中脲基硅烷为r-脲基丙三乙氧基硅烷， 多甲硅烷基硅烷为双_(三甲氧基甲硅烷基)乙烷，乙烯基硅烷为乙烯基三乙氧基硅烷。前述金属表面硅烷化处理剂，所述一或多种脲基硅烷通式为
权利要求
1.一种金属表面硅烷化处理剂，其特征在于所述处理剂包括有机硅烷、有机酸、醇、促进剂和去离子水，其中有机硅烷选自以下三类中的至少一类一或多种脲基硅烷、一或多种乙烯基硅烷或一或多种多甲硅烷基硅烷；促进剂选用丙基氧化锆、异丙氧化钛、三级一丁氧化钛乙基硅酸盐的一种或多种；有机酸选自乙酸、草酸、甲酸或丙酸中至少一种；醇选自乙醇、甲醇、异丙醇、异丁醇的一种或多种。
2.根据权利要求书1所述的金属表面硅烷化处理剂，其特征是所述组分的重量比为 机硅烷0. 1 10%、有机酸1 7%、醇5 15%、促进剂0. 05 6%，其余为去离子水。
3.根据权利要求书2所述的金属表面硅烷化处理剂，其特征是所述组分的重量比为 一或多种脲基硅烷1 3%、一或多种多甲硅烷基硅烷0. 2 0. 6%、一或多种乙烯基硅烷2 4% 、丙基氧化锆0. 1 1% 、异丙氧化钛0. 1 1%、乙酸2 4%、乙醇8 10%，其余为去离子水。
4.根据权利要求书3所述的金属表面硅烷化处理剂，其特征是在于脲基硅烷为r-脲基丙三乙氧基硅烷，多甲硅烷基硅烷为双-(三甲氧基甲硅烷基)乙烷，乙烯基硅烷为乙烯基三乙氧基硅烷。
5.根据权利要求书1-3所述的任一金属表面硅烷化处理剂，其特征在于所述一或多种脲基硅烷通式为式中R选自C1^Cm烷基，R1选自C1^Cm烷基，R2选自C1^Cm烷基； 所述一或多种多甲硅烷基硅烷通式为式中Z选自C1^C6亚烷基、C2 C6亚烯基、被至少一个氨基取代的C1^C6亚烷基、被至少一个氨基取代的C2 C6亚烯基、亚芳基或烷基亚芳基，R3选自氢、C1 Cm烷基或C2 C24酰基，且R3相同或不同；11为2或3; 所述一或多种乙烯基硅烷通式为式中R选自C1^Cm烷基，R4选自C1^Cm烷基。
6.根据权利要求书5所述的金属表面硅烷化处理剂，其特征在于所述一或多种脲基硅烷通式中R选自C2 C4烷基，R1选自C3 C6烷基；所述一或多种多甲硅烷基硅烷通式中R3 选自C3 C4酰基；所述一或多种乙烯基硅烷通式中R选自C2 C4烷基，R4选自C2 C6烷基。
7.权利要求1-3任一所述处理剂用于金属表面硅烷化处理的工艺方法，先将金属基体经脱脂水洗后可直接进入权利要求1-3所述的任一硅烷溶液中处理，处理后金属基体表面可得到一层涂层，然后可根据工艺需求进行水洗或不水洗到下一道工艺一烘干，烘干后可进行粉末喷涂等工序，在处理过程的工艺参数为工作温度0 室温；PH值4. 5 5. 5 ； 电导率1000 5500μ s/cm ；处理时间5 150秒 。
8.根据权利要求书7所述的金属表面硅烷化处理的工艺方法，其特征在于所述金属为冷轧钢、热镀锌板、电镀锌板、铝、铝合金、锌合金或者锌铝合金。
9.根据权利要求书1的方法中的硅烷化处理剂，其特征是所述去离子水电导率在 30 μ s/cm 以下。
全文摘要
本发明涉及一种在金属表面硅烷化处理剂及用其在金属表面硅烷化处理的工艺方法，特别是用于代替或部分代替传统锌系磷化和铁系磷化的无磷处理金属表面的方法。所述金属表面硅烷化处理剂包括机硅烷、有机酸、醇、促进剂和去离子水，混合的硅烷醇溶液在金属基体上产生表面保护膜，使用本发明的表面硅烷化处理剂进行处理不需要加温，不含磷、无沉渣产生、不含重金属、节能、管理简便，能为金属基材与聚酯型、环氧型、丙烯酸型等多种涂料结合提供优越的附着力，本发明特别适用于冷轧钢、锌、铁、铝和铝合金表面进行无磷环保的转化膜处理。
文档编号C09D183/07GK102181228SQ20111009496
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月15日 优先权日2011年4月15日
发明者龚向光 申请人:龚向光