[发明专利]一种水性金属表面纳米处理剂及制备方法

说明书

本发明公开一种水性金属表面纳米处理剂及制备方法，每升该处理剂包括1‑100mLA类水性硅树脂、1‑100mLB类水性硅树脂、3‑50mg水分散性纳米粒子、0‑100mg水性树脂以及0‑10mg稀土盐；其中，A类水性硅树脂包含至少一种含环氧基官能团的水性树脂和一种含非亲水性官能团的水性硅树脂；B类水性硅树脂包含至少一种含氨基官能团的水性硅树脂和一种含非亲水性官能团的水性硅树脂。本方案中，含非亲水性官能团的水性硅树脂、含氨基官能团的水性硅树脂和含环氧基官能团的水性树脂以及水分散性纳米粒子一起使用，能够在金属表面形成高致密又牢固的硅氧烷聚合物涂层，并可以在一定程度上延长金属的使用寿命。

技术领域

本发明涉及金属表面处理剂技术领域，尤其是一种水性金属表面纳米处理剂及制备方法。

背景技术

所有的材料尤其是金属，都存在着腐蚀与防护的问题。为提高零件的防腐性能，延长使用寿命，大多数工业应用的金属及镀层金属(如铁、锌、铝、锡、铅、镁等及其合金)在使用前必须进行表面处理。其中最常用最有效的表面处理方法是在金属材料表面进行化学转化膜、电化学氧化以及金属表面涂覆等工艺，从而在金属表面形成一层致密的保护膜或涂层，以达到增强材料的耐腐蚀性。

在金属材料涂装前进行表面处理，还可以使涂料最大限度的发挥其保护和装饰效果。大部分金属(如钢铁、镁铝合金等)在表面清洁之后用磷酸盐处理，在金属表面形成一层不溶性保护膜，这就是磷化膜，也叫转化型涂膜，一般可以增强涂料对金属表面的附着力，提高涂料的防腐性能。但磷化膜是多孔型膜，虽然有利于涂料的渗透而增加附着力，但在增强防腐性方面不如钝化膜。钝化膜是用铬酸盐或铬酐(Cr2O3)氧化，在金属表面生成一层致密的钝化薄膜，可以进一步提高涂料的附着力和防腐蚀性能。

通常为保护钢铁和铝合金不受外界的腐蚀，采用转化型底层、底漆层和面漆层的涂料体系进行保护，而传统的转化型底层就是铬钝化层。由于铬酸钝化成本低廉，使用简单，而且钝化后所得到的膜层耐蚀性极好，可满足多种要求，因而在航空、电子和其它工业部门得到了广泛的应用，一直受到人们重视而沿用至今。但钝化液中含有的六价铬酸盐属于极毒且致癌性物质。钝化处理过程中产生的气雾及生产中的废水排放对生物体及环境都有严重危害。

针对上述的技术问题，近年来已经提出了大量替代铬酸盐钝化工艺的表面处理的新方法，特别是低毒性的无铬替代工艺。例如：

1、美国专利US5108793介绍用无机硅酸盐的碱性溶液对钢板表面进行涂布，然后再用有机官能性硅烷对这层硅酸盐涂层进行处理的技术。

2、美国专利US5292549提出了用低毒性的有机官能性硅烷和交联剂的水溶液对金属板进行淋洗后置于200℃以下的温度进行硬化，从而得到能对金属板材起到短暂防腐作用的硅烷膜。但是，在对金属进行磷化和上涂料之前要将处理过的金属板用碱液淋洗以除去这层硅烷膜。

3、美国专利US5750197描述了一种先后用两种处理溶液分别对金属表面进行防腐蚀处理的技术。第一种溶液主要包含了多硅烷基官能性硅烷交联剂，第二种溶液则优选的是一种有机官能性硅烷。这种两步法尤其适用于将要涂漆的金属。

上述方法中的金属表面处理剂毒性低，但是水解后的硅烷偶联剂单独作用只能给金属表面提供短暂的防锈能力，一旦硅烷膜遭到破坏，涂层便不能再阻止金属表面的腐蚀的形成。

因此，出现了一些新技术，例如：

日本专利JP2001-316845A公布了一种用于钢材或涂层钢材表面的金属表面处理剂。该处理剂除了硅烷偶联剂之外，还添加了水分散性SiO2、锆化合物或钛化合物、磷酸根离子、含硫代羰基的化合物来增强处理剂的耐腐蚀能力，为了增强加工部件的粘合性，该发明中还添加了丙烯酸类树脂。