CN101289741B - 用于电镀锌钢板表面处理的无铬钝化液及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于电镀锌钢板表面处理的无铬钝化液及其使用方法，该无铬钝化液的成分质量百分比为：γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，0.2～20；聚乙烯醇，0.01～1.0；碳酸锆铵，0.1～3.0；溶剂为水，余量。使用方法为：在清洁的电镀锌钢板表面涂覆上述钝化液，然后烘烤成膜，膜层厚度为0.2～2.0g/m2。经过本发明工艺处理，电镀锌钢板的耐蚀性能显著提高，与铬酸盐彩色钝化相当；另外，经过本发明工艺处理，电镀锌钢板的涂装性能也显著提高。

Description

用于电镀锌钢板表面处理的无铬钝化液及其使用方法
技术领域
本发明涉及电镀锌钢板的钝化工艺，具体是指一种用于电镀锌钢板表面处理的无铬钝化液及其使用方法。
背景技术
电镀锌是提高钢板抗腐蚀能力的有效方法，但在潮湿的环境中，镀锌层容易发生腐蚀，在镀层表面形成白色疏松的腐蚀产物，并将白亮的镀层变成灰暗无光，影响外观。目前使用最广泛的提高镀锌层耐蚀性的方法是六价铬钝化，也就是铬酸盐钝化，该钝化方法工艺简单、成本低、抗蚀性能好。
众所周知，六价铬是严重污染环境的物质，长期接触将导致铬溃疡、糜烂性鼻炎、鼻中隔穿孔等。特别值得注意的是，近年来通过大量的研究证实其具有高致癌性。电镀锌钢板使用六价铬对产品进行铬酸盐处理，具有三个方面的危害：第一是生产过程工人与六价铬近距离接触，严重影响工人的身体健康；第二是生产过程中有大量含有六价铬的废液排出，严重危害环境；第三是形成的铬酸盐钝化膜中还含有大量的六价铬，在使用过程中能够释放出来，对使用者和环境都有不利影响。
近年来，人们对环境污染的问题日益重视。电镀锌钢板生产中的六价铬污染问题已经提到议事日程上来，发达国家早些年就已经制定了禁止在电镀锌钢板生产中使用六价铬的时间表，而我国政府对电镀锌钢板生产中六价铬排放限制更加严格，特别是最近，电镀锌钢板的使用厂家开始排斥铬酸盐钝化的电镀锌钢板。在这一背景下，开发出一种性能优良的适用于电镀锌钢板的无铬钝化液是十分必要和紧迫的。
现有镀锌层的无铬钝化技术主要包括钼酸盐钝化、稀土钝化、硅酸盐钝化、钛酸盐钝化和有机物钝化、硅烷偶联剂钝化、锆酸盐钝化等。
其中，钼酸盐钝化主要是采用了Mo6+的八面配为体聚合成多算或杂多酸离子形成络合物，在镀锌层上构成钝化膜，可以得到耐蚀性与铬酸盐相当的钝化膜。在镀锌层上采用稀土盐溶液浸泡的方式目前研究较少，需要在一定的条件下，镀锌板的稀土盐转化膜的耐蚀性才略高于铬酸盐钝化膜。以硅烷偶联剂和钛盐钝化为钝化剂的主要使用者代表公司分别有日本帕卡濑精公司和德国汉高公司，且其产品目前已经在相关厂家进行了应用，使用以上两种药剂的镀锌板的耐蚀性能在24小时盐雾试验中可以达到7级以上。
锆酸盐钝化主要包括以下几种：
1.在铝板上采用四丙醇锆为主要成分的钝化剂，其他成分为四乙基邻位硅酸盐、甘油丙三醇三甲氧基硅烷等，具有较好的耐蚀性能。
2.Tomlinson发明了一种酸性钝化液，该酸性钝化液可提高金属(如铁、铝、镁合金等)的表面抗蚀性能及与漆膜的结合力，主要用于铝板的钝化保护。
3.Choy发明了一种钝化液，主要成分为Zr(OC4H9)4和Y(O2C4H15)3的混合物，该混合物应用于碳化硅和硅机体的表面防护。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于电镀锌钢板的无铬钝化液及其使用方法，其组分简单，产品环保，可以取代有毒的铬酸盐钝化工艺；而且，钝化液稳定性好，可长期储存；另外，得到的钝化膜均匀致密，结合力良好，硬度高，具有良好的保护性能；使得该电镀锌钢板具有良好的涂装性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是，
用于电镀锌钢板表面处理的无铬钝化液，其成分质量百分比为：
γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，0.2～20；
聚乙烯醇，0.01～1.0；
碳酸锆铵，0.1～3.0；
水为溶剂，余量。
进一步，聚乙烯醇的型号选用为17-88，醇解度为87％～89％。
其中，
γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(简称GPS)，其所形成的钝化膜可以大大提高金属和漆膜之间的结合力，一方面该有机物分子中的SiOH基团和金属表面的MeOH基团(Me为金属)形成氢键而快速附着于金属表面，形成钝化膜；另一方面，该有机物分子中的SiOH基团之间可以发生缩水反应，构成钝化膜的骨架。
碳酸锆铵，由于具有的锆羟基(Zr-OH)活性很高，能与羟基形成氢键，同时还可以与GPS中的SiOH基团反应，因此有利于钝化层内膜层内部的交联，对提高膜层的耐蚀性具有良好的作用。
聚乙烯醇，可以进一步加强基团之间的交联促进其表面性能的提高。
本发明的钝化液无色透明，稳定性好，可长期储存。
在清洁的电镀锌钢板表面涂覆上述钝化液，然后烘烤成膜，烘烤温度为100℃～250℃，膜层烘烤时间为20秒～3600秒。
又，本发明涂覆方法采用辊涂、浸涂、喷淋或刷涂。
本发明钝化膜厚度为0.2～2.0g/m2。
采用上述方法得到的膜层具有良好的耐蚀性，同时烘烤温度较低，便于节约能源；涂覆方法多样，适应性强，具有通用性；膜厚范围较大，便于工业生产实际需要，降低成本。
本发明的有益效果：
1)本发明的钝化液由γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，聚乙烯醇，碳酸锆铵和水等无毒的物质组成，钝化液中不含铬，钝化膜中也不含铬，在生产过程中和产品使用过程中对人和环境都是无害的。
2)本发明的钝化液是无色透明的，电镀锌钢板钝化处理后颜色改变不明显；本发明的钝化液的稳定性好，可长期储存。
3)在本发明的钝化液中，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的水解产物易于在电镀锌钢板表面形成高致密度和高结合力的钝化膜；聚乙烯醇可以提高钝化液的粘度，从而提高钝化膜的均匀性；碳酸锆铵的添加使得钝化膜的致密性，结合力及硬度显著提高。采用本发明所述工艺钝化电镀锌钢板得到的钝化膜均匀致密，结合力良好，硬度高，具有良好的保护性能，其性能与有毒的铬酸盐彩色钝化工艺所得膜层相当。采用本发明所述工艺钝化的电镀锌钢板中性盐雾试验120小时无白锈。
4)采用本发明所述工艺钝化后的电镀锌钢板在210℃条件下，除氢2小时，耐蚀性变化不大，而铬酸盐钝化的镀锌板耐蚀性显著下降。
5)采用所述工艺钝化电镀锌钢板得到的钝化膜中含有大量的环氧基团，使得该电镀锌钢板具有良好的涂装性能。
具体实施方式
本发明实施例参见表1：
表1    单位：质量百分比
实施例   γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(％)   聚乙烯醇(％)   碳酸锆铵(％) 水
  1   20   1.0   3.0   余量
  2   15   0.9   2.5   余量
  3   10   0.8   2.0   余量
  4   5   0.5   0.75   余量
  5   2.5   0.6   0.5   余量
6 1 0.2 0.3   余量
7 0.5 0.05 0.2   余量
8 0.2 0.01 0.1   余量
本发明实施的钝化液使用方法为：钢板电镀锌20g/m2后，立即用自来水冲洗干净，并用冷风吹干；然后采用辊涂的方法将钝化液均匀的涂覆到电镀锌钢板表面；在200℃条件下，烘烤5分钟；自然冷却；所得钝化膜厚度为0.2～2.0g/m2。
本发明实施中的性能数据如下表2所示，其中24小时盐雾试验7级即为符合标准：
表2
  喷雾时间   形貌记录   腐蚀程度
  24   无白锈   无
48 无白锈 无
  72  无白锈   无
  96  无白锈   无
  120  无白锈   无
  144  无白锈   无
  168  边缘有少量的白锈   轻度
  192  边缘和中央有少量的白锈，3％   严重
通过上表可以看出，本发明中镀锌板的盐雾试验时间非常理想。

Claims (3)

1.用于电镀锌钢板表面处理的无铬钝化液，其成分质量百分比为：
γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，0.2～20；
聚乙烯醇，0.01～1.0；
碳酸锆铵，0.1～3.0；
溶剂为水，余量；
其中，聚乙烯醇的型号为17-88，醇解度为87％～89％。
2.一种如权利要求1所述的用于电镀锌钢板表面处理的无铬钝化液的使用方法，其特征是：在清洁的电镀锌钢板表面涂覆上述无铬钝化液，然后烘烤成钝化膜，烘烤温度为100℃～250℃，膜层烘烤时间为20秒～3600秒。
3.如权利要求2所述的用于电镀锌钢板表面处理的无铬钝化液的使用方法，其特征是：涂覆方法采用辊涂、浸涂、喷淋或刷涂。
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