[发明专利]一种金属表面前处理用硅烷陶化剂及其制备方法和使用方法

说明书

本发明公开了一种金属表面前处理用硅烷陶化剂，该金属表面前处理用硅烷陶化剂由以下重量百分比的原料构成：1‑2％的硅烷偶联剂、5‑10％的含锆化合物、0.2‑1％的络合剂、0.1‑1％的纳米化合物、1‑5％的含氟酸、2‑8％的氧化剂、1‑5％的pH调整剂以及余量的水；该硅烷陶化剂其具备完全水性体系、无挥发性有毒化学品且可以有效提高有机涂层对各种底材的结合力的特点。

技术领域

本发明涉及家用电器、汽车、电子、航空及大型装备等技术领域，具体 涉及一种金属表面前处理用硅烷陶化剂及其制备方法和使用方法。

背景技术

目前现有的金属表面涂装前处理方法主要是磷化以及铬化处理，虽然这 些方法非常有效，但以上两种处理方法均存在较大缺陷：环境兼容性差和 使用成本高。环境危害：磷化含锌、锰、镍等重金属离子并且含有大量的磷， 而且在生产使用过程使用亚硝酸盐做促进剂，是严重的致癌物质。铬化处理 本身就含有严重毒性的铬(Ⅵ)，由于有关重金属危险性法规的颁布含铬 (Ⅵ)的处理方法在很多领域中将会被禁用(欧盟已于2007年7月完全禁止铬(Ⅵ)在金属表面处理中的使用)。使用成本高：磷化处理过程中 会产生大量磷化渣，需要一套除渣装置与之配套使用，要经常检查喷嘴和管 道是否堵塞，要停工清理沉渣等等。并且磷化使用温度大多为30-50℃， 此还需要辅助加热设备及热源对磷化槽进行加热。同时磷化及铬化工艺排放 的污水需要高成本的处理才能达到排放标准。

目前在金属涂装表面前处理的工艺流程，主要是磷化以及铬化处理，传 统的磷化工艺由于含有磷、镍、锰、铬等重金属离子，并且含有大量的磷， 而且在生产使用过程使用亚硝酸盐做促进剂，是严重的致癌物质。磷化剂工 艺中产生的磷化渣比较多，对生产及环境都有较大影响。

硅烷偶联剂被称为工业味精，应用十分广泛。硅烷偶联剂含有两种不同 化学官能团，其基本分子式为：R′(CH2)nSi(OR)3，其中R是可水解基团，R′ 是有机官能团。硅烷在水溶液中通常以水解的形式存在：—Si(OR)3+H2O→ —Si(OH)3+3ROH，硅烷水解后通过其SiOH基团与金属表面的MeOH基 团(Me：表示金属)的缩水反应而快速吸附于金属表面，SiOH+MeOH＝SiOMe +H2O。一方面硅烷在金属界面上形成Si—O—Me共价键；另一方面，剩余 的硅烷分子通过SiOH基团之间的缩聚反应,以及与含锆化合物中生成的 O-Zr-O进行交联反应，同时利用其它原材料对膜层缺陷的填补，使其在金属 表面形成一层致密的无机-有机硅烷陶化杂化膜层。

因此，有鉴于此，对于如何寻找到一种完全水性体系，无挥发性有毒化 学品，并且可以提高有机涂层对各种底材的结合力的硅烷陶化剂来满足市场 需求就显得非常重要。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种金属表面前处 理用硅烷陶化剂及其制备方法和使用方法，该硅烷陶化剂其具备完全水性体 系、无挥发性有毒化学品且可以有效提高有机涂层对各种底材的结合力的特 点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种金属表面前处理用硅烷陶化剂，所述金属表面前处理用硅烷陶化剂 由以下重量百分比的原料构成：1-2％的硅烷偶联剂、5-10％的含锆化合物、 0.2-1％的络合剂、0.1-1％的纳米化合物、1-5％的含氟酸、2-8％的氧化剂、1-5％ 的pH调整剂以及余量的水。

进一步，所述三氮唑衍生物为对乙基三氮唑三联苯、甲基苯丙三氮唑、 5-羧基苯并三氮唑、苯丙三氮唑、1-羟基苯并三氮唑和氯甲基苯并三氮唑中 的一种或多种。

进一步，所述锆化物为醋酸锆、氧氯化锆、硝酸锆、碱式碳酸锆和硝酸 氧锆中的一种或多种。

进一步，所述络合剂为羟基乙酸、EDTA-3Na、酒石酸、柠檬酸铵和乳酸 中的一种或多种。

进一步，所述纳米化合物为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、 纳米氧化钙和纳米氧化铝中的一种或多种。