[发明专利]高分散性碱性镀锌添加剂

说明书

技术领域

本发明属于电镀技术领域，涉及一种镀锌电解液，尤其涉及一种高分散性碱性镀锌添加剂。 

背景技术

镀锌电解液可以分为碱性和酸性两大类，国内外常用的有无氰碱性镀锌、氰化物镀锌、铵盐镀锌、氯化物镀锌、硫酸盐镀锌等。酸性镀锌由于光亮度好、效率高、光亮电流密度范围宽广，在电镀大平板件和滚镀方面具有优势；氰化镀锌具有比较高的综合性能，但因毒性较大，环保性能差，仅在特殊行业尚有应用。碱性无氰镀锌，因镀液的毒性比较小、废水比较容易处理，同时相比酸性镀锌的分散能力更优且无腐蚀性，操作体系及镀液的运行成本亦是较低，特别是考虑到废水处理的后期费用，这使得碱性无氰毒性在倡导环保和节能的社会越来越引起人们的关注。 

但相比其他体系，碱性无氰镀锌还存在一些性能方面的不足：如与酸性镀液相比，其析氰反应，效率比较低，另外光亮度和平整性比较差；相比氰化物镀锌，光亮密度范围比较差，镀层脆且阳极引起钝化，前处理比较严格等。因此，碱性无氰镀锌添加剂的选择就十分关键。碱性无氰镀锌添加剂不是单一物质，是几种物质的复配物。根据添加剂中各组分的不同作用，可分为载体光亮剂、主光亮剂、辅助光亮剂、净化剂等。 

载体光亮剂又称为极化型光亮剂，其主要作用是使镀层结晶细致，有的载体还可以改善低端光亮度，这些添加剂在工件表面吸附后提高了阴极过电位，阻滞金属离子的放电和晶面生长；一般由一种或几种胺、醇胺、氮杂环等含氮杂环化合物与环氧氯丙烷等其他卤代有机化合物合成生产大分子有机物，常用的参与合成的胺类有二甲胺、乙二胺、二甲氨基丙胺、乙醇胺、二乙醇胺、咪唑、吡啶等。 

主光亮剂在电极上进行电化学还原，使镀层细致且光亮，对镀层的物理性能有显著影响，普遍采用的是芳香醇类（茴香醛、香草醛或其与亚硫酸氢钠的加成物）以及氯苄与含氮杂环化合物（主要是烟酸型有机物）的反应物。 

辅助光亮剂分别用于提高镀液分散能力和深度能力、提高镀层整平性以及降低载体光亮剂的吸附强度以利于氢气的析出而降低镀层的脆性。 

净化剂以减少配槽时镀液中的少量杂质，特别是原材料中杂质的影响，使镀层清亮，无雾状，使用较为普遍的是EDTA、硅酸钠、酒石酸钾钠等。 

虽然目前已经有许多跨国公司将其高性能的碱性无氰镀锌技术和产品带入中国，但是受到昂贵的价格以及苛刻的工艺材料条件限制，该先进技术在国内的实际应用受到限制。目前在国内，碱性无氰镀锌大部分添加剂仍然是70年代开发的DPE- 、DE等为代表的传统型添加剂，这些添加剂作为载体光亮剂使用时存在有以下问题：一是低电流密度去光亮区狭窄，使得使用受局限，不太适合滚镀；二是分散能力差，造成浪费资源，特别不适合复杂工件；三是深镀能力差，亦是导致资源浪费，不适合滚镀；四是镀层脆性高，二次加工性能差。在汽车行业，对镀锌层的技术要求越来越高，尤其是D310和D530等高端中重卡车上，上述传统的镀锌工艺由于脆性、深度能力等不够，导致螺栓、垫片、管件内壁等部件经常出腐蚀、清脆等质量问题，且工艺耐高温性能比较差，生产效率非常低。 

基于上述现状，针对碱性无氰镀锌添加剂的研究，尤其是国内，未曾间断。如在第200310112330.1号专利中公开的碱性无氰锌酸盐镀锌光亮剂及其组合物光亮剂，是由至少一种含氮杂环化合物0.5-5.0mol，和至少一种羟基胺0.5-4.0mol，和至少一种含酰基或硫酰基的二叔胺0.5-5.0mol，与4.0-10.0mol环氧卤丙烷和/或甘油卤代醇随机共聚反应生成的共聚聚合物；其制备方法为：将上述配方的含氮杂环化合物、羟基胺、含酰基或硫酰基的二叔胺以及适量的水，加热升温，边搅拌边加入环氧卤丙烷和/或甘油卤代醇，温度控制在回流温度以下，时间在0.5-2小时，然后升温至回流温度，保温4-10小时。该技术应用于碱性无氰镀锌工艺中，虽然提高了使用电流密度范围，但分散能力、脆性、深度能力等问题依然未能得到解决。 

在第201010299325.6号专利中公开的一种用于配制镀锌光亮剂的合成主光亮剂，配方组分为：水杨醛59~61%，甲醛24~26%，2.4-二氯苯甲醛14~16%，将配方组分按比例配置，加入反应釜中混合搅拌均匀，再按350~400ml/L的比例加入含量50%的碱液，调节pH值至6.3~6.7，加温至75~85℃，保温3~4个小时，然后降至室温，用滤布进行过滤，再将过滤后的沉淀物料加入甩干机中进行甩干，然后加入烘干机中进行干燥得成品。使用时与高温载体配制成复配光亮剂，用于钾盐镀锌。该方案主要涉及的是主光亮剂，仅解决镀层物理性能问题，未涉及到其他性能的提高。