CN113584468B - 一种预处理剂及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预处理剂及其制备方法与应用，所述预处理剂是由溶质与去离子水按照一定比例混合稀释而成的溶液，所述溶质包括以下重量百分比的组分：氟硅酸钠20～60％、氟化镍15～40％、硫酸镁10～30％、植酸8～20％和润湿剂3～15％。本发明的预处理剂适合于辊涂工艺，在含镁四元合金热镀层表面形成连续均匀的预处理层，满足大型彩涂生产线快速预处理工艺的要求；预处理剂在含镁四元合金热镀层表面形成预膜耐蚀性优良；预处理剂在含镁四元合金热镀层表面形成预膜具有优良附着力；预处理剂不含Cr⁶⁺剧毒物质，涂覆后勿需漂洗，属于绿色环保。

Description

一种预处理剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及含镁四元合金热镀层彩板预处理技术领域，具体涉及一种预处理剂及其制备方法与应用。

背景技术

2000年至今，全球生产冷轧板带的主要钢铁企业有的为了增强热镀锌板的耐腐蚀性、降低成本，有的为了与不锈钢等高耐蚀性产品展开竞争，相继研发并生产了一种含镁四元(Mg-Al-Zn-Si)合金热镀层板，含镁四元合金热镀层的耐蚀性是同等重量热镀锌层的3倍以上，在开发出含镁四元合金热镀层产品的基础上，研制并生产出含镁四元合金热镀层为基板的彩涂产品，并推向市场。带钢清洗后要依钢基类型的不同进行不同的预处理。目前，彩涂预处理常采用三种方法：浸入法、喷淋法、辊涂法。辊涂法是利用辊涂装置将预处理液涂敷于带钢表面，涂敷后直接烘干，勿需用水冲洗，故又叫“无漂洗法”或“就地干燥法”。此法成份稳定，涂敷质量好，污染小，能节约水和溶剂，现已逐步得到更多厂家的采用。预处理的目的是为了提高彩色涂层钢板的附着力和耐腐蚀性能。除了节省处理污染和解决环保方面的费用外，卷涂带钢的成本低主要表现在设备要求和基建投资等方面。这意味着，为了提高竞争能力，卷涂线应在高速下运转，这样才能在尽可能短的时间内生产数量最多的卷涂带钢，即预处理时间应比工业中一般所用的预处理时间短得多，目前一般大型彩色涂层生产线(产量为20万吨/年以上，机组速度90～150m/min)预处理时间不超过20秒，这样对预处理工序提出了更高的要求。目前市场上针对含镁四元合金热镀层彩板前处理用专用预处理剂还未开发，而普通预处理剂在含镁四元合金热镀层高速彩涂生产线上使用时附着力、耐蚀性差，严重影响了含镁四元合金热镀层彩涂板产品质量。因此，急需开发出一种快速高效含镁四元合金热镀层彩板前处理用专用预处理剂，以满足彩板专用预处理的需要。

通过对国内外的文献资源进行检索，共查到与本研究项目相关文献15篇。

陈振常等发明的一种镀锌钢板辊涂表面处理方法(申请号：CN200910131789.3)，公开了一种适用于烤漆生产线的镀锌钢板辊涂表面处理方法，其中表面处理剂选择无铬钝化药剂；钢板线速度为60～80m/min；钝化涂装辊材质选用邵氏硬度为40～50的聚氨酯；涂装辊采用立式逆向的方式钝化涂装，涂装辊的辊速为所述钢板线速度的60～75％。本发明由于使用无铬钝化药剂作为表面处理剂，并优选相关工艺条件，因此既可保证环保性，又能保证物理性能达到要求。但该发明是一种无铬钝化剂，该钝化剂只适应速度为60～80m/min烤漆生产线，该无铬钝化剂用于镀锌钢板，难以适应含镁四元合金热镀层钢板表面处理，且无铬钝化剂的组份也未涉及。张千峰等发明的镀锌板彩涂预处理用水性表面处理剂(申请号：CN201110030304.9)公开了一种镀锌板彩涂预处理用水性表面处理剂，属于彩涂镀锌板的表面处理技术领域。本发明所提供的镀锌板彩涂预处理用水性表面处理剂组分及质量百分比如下：水性树脂，20～60％；有机硅烷，1～5％；无机缓蚀剂，0.5～2.5％，封闭剂，0.5～3％；促进剂，1～3％，去离子水，余量。本发明将无机缓蚀剂、纳米粒子、有机硅烷和水性树脂有机地结合形成复合钝化膜，不仅改善钝化膜与镀锌层的结合力，且提高镀锌板表面处理后的涂装性能。作为封闭剂的纳米二氧化硅经改性后能均匀地分布在钝化膜中，提高膜层的致密性，从而提高其耐腐蚀性能。本发明水性表面处理剂中不含任何价态的铬，是一种环保型表面处理剂，本发明预处理工艺简单，能够满足彩涂工艺的需求。但该发明无铬钝化剂用于镀锌钢板，且组份中加入了纳米粒子、水性树脂等，生产成本高，难以适应含镁四元合金热镀层钢板表面处理。

因此，国内外研究人员一直致力于开发出一种快速高效辊涂预处理剂，以满足大型含镁四元合金热镀层彩板生产线快速预处理的需要。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是：本发明的目的在于提供一种预处理剂及其制备方法与应用。本发明提供了一种新的辊涂处理剂配方，应用这种新的辊涂预处理剂生产的彩板具有优良的附着力及耐蚀性能，且不含Cr⁶⁺剧毒物质，属于绿色环保型产品。

为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：

一方面，本发明提供一种预处理剂，所述预处理剂是由溶质与去离子水按照一定比例混合稀释而成的溶液，所述溶质包括以下重量百分比的组分：氟硅酸钠20～60％、氟化镍15～40％、硫酸镁10～30％、植酸8～20％和润湿剂3～15％。

优选的是，所述预处理剂不含Cr⁶⁺。

优选的是，所述溶质与去离子水按重量比1:(8～10)混合稀释。

优选的是，所述润湿剂为聚乙烯醇。

进一步优选的是，所述聚乙烯醇聚合度为1400。

另一方面，本发明提供一种预处理剂的制备方法，包括如下步骤：

1)按重量百分比分别称取：氟硅酸钠、氟化镍、硫酸镁、植酸、润湿剂和去离子水，备用；

2)在室温条件下，将称取的无机物氟硅酸钠、氟化镍、硫酸镁溶解于部分去离子水中制成含有氟硅酸盐和硫酸盐的溶液，然后边搅拌边缓慢加入有机物植酸和润湿剂，最后加入余量去离子水混合，搅拌10～15min后，即获得稳定性好的预处理剂。

又一方面，本发明还提供一种所述预处理剂在含镁四元合金热镀层彩板前处理中的应用。

优选的是，所述预处理剂的应用方法为：在室温下采用辊涂的方式，将预处理剂均匀涂覆到含镁四元合金热镀层钢板的表面，然后进行烘干处理，在含镁四元合金热镀层钢板表面形成连续均匀的预处理层。

进一步优选的是，在烘干温度为60～90℃下，烘干5～20s；机组速度为90～150m/min。

进一步优选的是，预处理层厚度为1～2μm。

本发明预处理剂各组分的机理及作用如下：

氟硅酸钠：主要成膜物质，主要提高转化处理膜的附着力和耐蚀性。氟硅酸钠含量低于20％，转化处理膜达不到耐蚀性要求，氟硅酸钠含量高于60％，转化处理膜的附着力下降。

氟化镍：主要用作成膜促进剂及成膜物质。在预处理液中起着加速成膜和增厚作用，主要提高转化处理膜的附着力和冲压加工性能。氟化镍含量低于15％，难以形成连续的转化膜，冲压加工性能效果差；氟化镍含量高于40％，形成转化膜过厚(超过2μm)，且形成的转化膜不均匀，导致彩板的附着力下降。

硫酸镁：主要用作成膜催化剂，还用作pH值调节剂。硫酸镁含量低于10％，形成连续转化膜的时间超过20秒，难以满足大型彩涂生产线快速预处理的要求；硫酸镁含量高于30％，难以形成致密的转化膜层，导致涂层的附着力下降。

植酸：主要起金属螯合作用，可提高转化膜的附着力和耐蚀性，植酸易溶于水，分子量660.4，分子式C₅H₁₈O₂₄P₆，植酸分子中含有能同金属配位的24个氧原子，12个羟基和6个磷酸基。植酸是一种极罕见的金属螯合剂，当与金属络合时，易形成多个螯合环形成的络合物在广泛的pH值范围内皆具有极强的稳定性，植酸在金属表面同金属络合时，易形成一层致密的单分子有机保护膜，能有效地阻止O₂等进入金属表面，从而抑制金属的腐蚀，同时由于膜层与有机涂料具有相近的化学性质，并含有羟基和磷酸基等活性基团，能与有机涂料发生化学作用，提高转化膜与涂料的附着力。植酸含量低于8％，达不到金属螯合的效果，含量高于20％，不仅增加生产成本，并且金属螯合效果增加也不明显。

润湿剂(聚乙烯醇，聚合度1400)：主要起润湿、分散作用，能降低表面张力，提高预处理液在钢板表面的润湿、覆盖能力，满足高速有机涂层钢板生产线快速工艺要求。润湿剂含量低于3％，降低表面张力不明显，含量高于15％，导致预处理液中泡沫增加，影响预处理膜的均匀性，且成本增加。

与现有技术相比，本发明的一种预处理剂具有以下优点：

(1)本预处理剂适合于辊涂工艺，在含镁四元合金热镀层表面形成连续均匀的预处理层，满足大型彩涂生产线快速预处理工艺的要求。

(2)本预处理剂在含镁四元合金热镀层表面形成预膜耐蚀性优良。

(3)本预处理剂在含镁四元合金热镀层表面形成预膜具有优良附着力。

(4)本预处理剂不含Cr⁶⁺剧毒物质，涂覆后勿需漂洗，属于绿色环保型产品。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是不能理解为对本专利的限制。

下述实施例中所述试验方法或测试方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制备。

预处理剂生产过程如下：

1)按重量百分比分别称取：氟硅酸钠、氟化镍、硫酸镁、植酸、润湿剂和去离子水，备用；

2)在室温条件下，首先将称取的无机物氟硅酸钠、氟化镍、硫酸镁溶解于部分去离子水中制成含有氟硅酸盐和硫酸盐的溶液，然后边搅拌边缓慢加入有机物植酸、润湿剂(聚乙烯醇，聚合度1400)，最后按溶质与去离子水重量比1:(8～10)的比例加入余量去离子水混合，搅拌10～15min后，即获得稳定性好的预处理剂。

实施例1：按重量百分比取氟硅酸钠60％、氟化镍15％、硫酸镁10％、植酸10％、润湿剂(聚乙烯醇，聚合度1400)5％，按上述生产过程生产出预处理剂。在机速组度为130m/min，用辊涂方式将预处理剂均匀涂覆到带钢表面，然后进行烘干，烘干温度为70℃，烘干时间为10秒，预处理层厚度为1.5μm，中性盐雾试验96小时，预处理层表面无锈蚀。涂覆涂料后涂层附着力优良：T弯值为2T，反向冲击功10J。

实施例2：按重量百分比取氟硅酸钠20％、氟化镍30％、硫酸镁20％、植酸20％、润湿剂(聚乙烯醇，聚合度1400)10％，按上述生产过程生产出预处理剂。在机速组度为150m/min，用辊涂方式将预处理剂均匀涂覆到带钢表面，然后进行烘干，烘干温度为90℃，烘干时间为5秒，预处理层厚度为1.5μm，中性盐雾试验96小时，预处理层表面无锈蚀。涂覆涂料后涂层附着力优良：T弯值为1T，反向冲击功11J。

实施例3：按重量百分比取氟硅酸钠25％、氟化镍40％、硫酸镁12％、植酸8％、润湿剂(聚乙烯醇，聚合度1400)15％，按上述生产过程生产出预处理剂。在机速组度为90m/min，用辊涂方式将预处理剂均匀涂覆到带钢表面，然后进行烘干，烘干温度为60℃，烘干时间为20秒，预处理层厚度为2.0μm，中性盐雾试验96小时，预处理层表面无锈蚀。涂覆涂料后涂层附着力优良：T弯值为1T，反向冲击功11J。

实施例4：按重量百分比取氟硅酸钠30％、氟化镍20％、硫酸镁30％、植酸10％、润湿剂(聚乙烯醇，聚合度1400)10％，按上述生产过程生产出预处理剂。在机速组度为110m/min，用辊涂方式将预处理剂均匀涂覆到带钢表面，然后进行烘干，烘干温度为80℃，烘干时间为12秒，预处理层厚度为1.5μm，中性盐雾试验96小时，预处理层表面无锈蚀。涂覆涂料后涂层附着力优良：T弯值为2T，反向冲击功10J。

实施例5：按重量百分比取氟硅酸钠50％、氟化镍20％、硫酸镁17％、植酸10％、润湿剂(聚乙烯醇，聚合度1400)3％，按上述生产过程生产出预处理剂。在机速组度为130m/min，用辊涂方式将预处理剂均匀涂覆到带钢表面，然后进行烘干，烘干温度为85℃，烘干时间为8秒，预处理层厚度为1.5μm，中性盐雾试验96小时，预处理层表面无锈蚀。涂覆涂料后涂层附着力优良：T弯值为0T，反向冲击功12J。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种预处理剂，其特征在于：所述预处理剂是由溶质与去离子水按照一定比例混合稀释而成的溶液，所述溶质包括以下重量百分比的组分：氟硅酸钠20～60％、氟化镍15～40％、硫酸镁10～30％、植酸8～20％和润湿剂3～15％；

所述润湿剂为聚乙烯醇，所述聚乙烯醇聚合度为1400。

2.根据权利要求1所述的预处理剂，其特征在于：所述预处理剂不含Cr⁶⁺。

3.根据权利要求1所述的预处理剂，其特征在于：所述溶质与去离子水按重量比1:(8～10)混合稀释。

4.一种如权利要求1～3任一项所述预处理剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)按重量百分比分别称取：氟硅酸钠、氟化镍、硫酸镁、植酸、润湿剂和去离子水，备用；

2)在室温条件下，将称取的无机物氟硅酸钠、氟化镍、硫酸镁溶解于部分去离子水中制成含有氟硅酸盐和硫酸盐的溶液，然后边搅拌边缓慢加入有机物植酸和润湿剂，最后加入余量去离子水混合，搅拌10～15min后，即获得预处理剂。

5.一种如权利要求1～3任一项所述预处理剂在含镁四元合金热镀层彩板前处理中的应用。

6.根据权利要求5所述的预处理剂在含镁四元合金热镀层彩板前处理中的应用，其特征在于，所述预处理剂的应用方法为：在室温下采用辊涂的方式，将预处理剂均匀涂覆到含镁四元合金热镀层钢板的表面，然后进行烘干处理，在含镁四元合金热镀层钢板表面形成连续均匀的预处理层。

7.根据权利要求6所述的预处理剂在含镁四元合金热镀层彩板前处理中的应用，其特征在于：在烘干温度为60～90℃下，烘干5～20s；机组速度为90～150m/min。

8.根据权利要求6所述的预处理剂在含镁四元合金热镀层彩板前处理中的应用，其特征在于：预处理层厚度为1～2μm。