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用免冲洗磷酸锌涂层处理表面的方法
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用免冲洗磷酸锌涂层处理表面的方法
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和正胶业工厂
发表于 2022-12-29 11:26:49
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用免冲洗磷酸锌涂层处理表面的方法.pdf
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2022-12-29 11:25 上传
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发明背景
本发明涉及一种用于在表面形成磷酸锌涂层的水性组合物。当形成表面时,需要进行耐腐蚀处理,并且可能还需要在密封和/或涂漆之前进行预处理。在密封和/或涂漆之前预处理表面的磷酸锌涂层溶液在本领域中是公知的。磷酸锌涂层隔离腐蚀部位。磷酸锌的形态为密封和/或涂漆溶液提供了物理锚定位置,这些溶液可以在后续处理中应用于表面。多年来,磷酸锌涂层已成功用于提高油漆和其他饰面对表面的附着力,并通过这些饰面实现卓越的耐腐蚀性。
与磷酸锌涂层溶液的应用相关的缺点包括在其应用中需要额外的工艺步骤。额外的工艺步骤包括在施加磷酸锌溶液后冲洗和加热表面。漂洗和加热或烘烤过程可能需要相当长的时间。与这些过程相关的成本包括水漂洗的成本、漂洗过程后产生的废物的处理、加热过程中使用的设备和气体和排气系统,以及用于漂洗和烘烤或干燥的处理时间。
现有技术包括用于减少与磷化工艺相关的额外步骤以及与这些工艺相关的成本的解决方案和方法。例如,美国专利。Sugama 等人的美国专利 4,659,395 提供了一种不需要后续漂洗的磷化锌溶液的涂敷工艺。然而,Sugama 等人的现有技术。确实需要一个烘干过程来干燥被处理表面上的锌磷化溶液。烘烤或固化表面所需的其他冗长加热过程非常耗时。在表面以连续工艺生产的情况下,这是特别不希望的,其中板以高达每分钟 300 英尺(或什至更高)的速度连续涂漆,并且必须在生产后立即卷绕成卷以储存。在这种动态处理模式下,表面必须在生产时和卷成卷之前进行处理。由此可见,尽管现有技术如Sugama等人的技术有所进步,但既不需要漂洗过程,也不需要延长烘干过程的磷酸锌镀液仍然是本领域所缺乏的。
美国专利申请序列号 美国专利 09/275,586 是本申请的母体并由本申请的受让人所有,涉及聚乙烯醇以及氧化锌、磷酸和盐在水溶液中的用途。尽管该组合物具有优势,但已发现,在某些情况下,聚乙烯醇的存在往往会引起起泡、溶解度问题,并导致涂层太粘。
本发明的目的是提供一种磷酸锌涂层溶液,该溶液能够通过有效地预处理表面而提供所需的附着力和耐腐蚀性,而不需要任何额外的处理操作来冲洗或烘烤处理过的表面。
发明内容
为实现这些和其他目的,并鉴于其目的,本发明提供了一种用于在表面上形成磷酸锌涂层的组合物和方法。本发明还提供一种制备用于预处理表面的磷酸锌溶液的方法。磷酸锌溶液是包含水、锌源、磷酸、多元化合物、盐和任选的氧化剂的水溶液。该溶液可以通过混合水、锌源、磷酸、多羟基化合物、盐和任选的氧化剂来形成。在该溶液中,至少一些锌源和至少一些磷酸反应形成磷酸二氢锌。一旦形成,磷酸二氢锌与表面形成络合物,以提高后续涂膜的附着力。据信,至少一些多元化合物和至少一些磷酸在干燥时反应形成多元磷酸酯。
形成磷酸盐涂层的方法包括在工艺条件下使表面与本发明的溶液接触,从而在表面上形成磷酸锌涂层。根据本发明的处理表面的工艺顺序,包括清洁表面、漂洗表面、任选地活化表面、用本发明的磷酸锌溶液处理表面、机械去除表面多余的溶液,可选地密封和涂漆表面。可以通过任何合适的方法将本发明的溶液施加到表面。本发明的显着优点是在施加磷酸盐溶液后不需要像大多数磷酸盐预涂漆预处理那样进行漂洗,
应当理解,前面的一般描述和下面的详细描述都是示例性的,而不是对本发明的限制。
发明详述
美国专利申请序列的全部披露。2000 年 9 月 8 日提交的美国专利号 09/657,847 通过引用明确并入本文。
本发明的方法和组合物提供了一种用于在表面沉积磷酸锌涂层的溶液,该溶液用作预处理以提高随后施加的装饰涂层如油漆或其他密封剂的附着力,并且还提高了表面的耐腐蚀性。表面。本发明可用于多种表面,包括但不限于铁或锌铁钢表面和铝表面。
溶液的组成/形成方法
本发明的组合物是包含水、锌源、磷酸、多元化合物和盐的水溶液。在优选实施例中使用去离子水。锌源可以是磷酸二氢锌或可以与磷酸反应形成与表面络合的磷酸二氢锌。在表面上干燥后,据信至少一些多元/化合物和至少一些磷酸反应形成多元磷酸酯。无论如何,最终涂层的酸度因多羟基化合物的加入而降低。
水溶液可以通过混合以下成分来制备:水(优选去离子水);锌源;磷酸;多元化合物;和盐。锌源可以是氧化锌,其中至少一些氧化锌在混合时与至少一些磷酸反应生成磷酸二氢锌。在一个优选的实施方案中,该溶液可以通过另外混合氧化剂如过氧化氢来形成。
尽管上述溶液是根据混合在一起形成溶液的成分来描述的,但是可以使用任何用于形成含有上述多元化合物和盐等添加剂的磷酸二氢锌水溶液的方法。本发明不限于通过混合氧化锌和磷酸来形成二氢锌溶液。
如本文所用,术语“锌源”是指提供用于本发明的磷酸锌涂料组合物的锌阳离子的任何化合物。用于此类涂层的众所周知的锌源是氧化锌。When zinc oxide is selected as the zinc source, it is believed that zinc oxide reacts with phosphoric acid to form zinc dihydrogen phosphate. 或者,磷酸二氢锌本身可用作锌源。也可以通过溶解在磷酸中来使用元素锌。
如本文所用,术语“多元化合物”是指包括两个或更多个羟基的任何直链、支链、同环或非氧杂环有机化合物。优选地,多羟基化合物倾向于与磷酸进行一些反应以形成多羟基磷酸酯,可溶于或可分散于水中,并且不会引起过度起泡,但不会导致涂层变得太粘。适用于本发明的示例性线性多羟基化合物包括甘油、双甘油、葡糖酸或甘露醇。适用于本发明的示例性支链多元化合物包括季戊四醇和新戊二醇。示例性同环多羟基化合物(即,适用于本发明的环结构中仅含碳的化合物包括二羟基环己烷或三羟基环己烷。适用于本发明的示例性非氧杂环多羟基化合物(即,含有碳和至少一个其他原子但环结构中不包括氧的化合物)包括吡咯。优选地,多元化合物是支链的,更优选地,它是季戊四醇。任选地,根据本发明选择的多元化合物可以不包括聚乙烯醇。优选地,多元化合物是支链的,更优选地,它是季戊四醇。任选地,根据本发明选择的多元化合物可以不包括聚乙烯醇。优选地,多元化合物是支链的,更优选地,它是季戊四醇。任选地,根据本发明选择的多元化合物可以不包括聚乙烯醇。
可以使用许多通常用于磷酸锌涂料组合物中的已知盐。这些盐包括硝酸镍、硝酸亚锡、硝酸钙和硝酸铁等。在优选的实施方案中,盐是硝酸钴六水合物。
在优选的实施方案中,使用氧化剂。当施加磷酸锌涂层的方法允许相对较短的接触时间,例如约2秒或更短时,氧化剂是有利的。这些众所周知的方法包括喷涂刮板、辊涂、浸渍刮板和溢流刮板。在这些方法中,通常需要氧化剂来加速反应。另一方面,当使用的方法允许更长的接触时间,例如5-15秒到1分钟或更长时,通常不需要氧化剂,尽管仍然可以使用。在这些情况下,反应接近完成需要更多时间。这些众所周知的方法包括雾化浸渍和流涂。示例性的氧化剂包括过氧化氢、过氧化叔丁基、亚硝酸盐、肟、羟胺和硝酸盐。最好,氧化剂还可以最大限度地减少氢气的形成。例如,过氧化氢会消耗电子,从而最大限度地减少氢的形成。
本发明的磷酸锌溶液的组分可以单独添加或以任意组合预混合,并且可以在添加之前或之后溶解在水中。在优选的实施方式中,本发明的磷酸二氢锌溶液可以通过混合上述成分而形成。据信添加顺序在制备本发明涵盖的各种磷酸二氢锌溶液中并不重要。这些组分可以以任何已知的形式添加。含水组合物通常通过分散在水中的氧化锌与磷酸的反应制备,如下面将讨论的。该反应是放热的,需要时间冷却并完全溶解。
氧化锌与磷酸在水溶液中的混合可以在添加其他组分的同时或之前进行。在另一个实施例中,可以使用磷酸二氢锌的预混溶液。可以看出,混合顺序和程序对本发明而言并不关键。例如,在一个优选的实施方案中,多元化合物可以在表面处理之前直接加入到磷酸二氢锌溶液中。在替代实施例中,可以在表面处理时将单独形成的多元化合物溶液添加到磷酸二氢锌溶液中。
各种工艺条件和参数会影响在表面形成涂层的预处理量(通常以每平方米的克数衡量涂层重量)。这些参数包括预处理溶液成分的浓度、处理温度、接触时间、浴液的酸度、浴液的应用方法以及被镀的特性。通常,涂层重量随着以下因素的增加而增加: 预处理溶液中某些成分浓度的增加;增加处理温度;以及接触时间的增加。选择这些参数以获得给定的涂层重量是本领域技术人员众所周知的。
下面给出了这些参数范围的一些例子。然而,由于这些参数的相互关系,应该注意这些范围是示例性的并且单个参数受其他参数的影响。例如,如果使用较高的处理温度,则可以减少接触时间以便使用较低的处理温度和较长的接触时间的工艺实现相同的涂层重量。总而言之,应用工艺参数的设置方式应能使表面的涂层具有所需的重量、足够的质量和均匀性。尽管所需的涂层重量会因被涂、所用油漆或装饰涂层以及应用条件(例如,外部与内部)而异,
磷酸锌溶液的应用可以在很宽的温度范围内进行。浴的温度可在约室温范围内或可升高,例如在约140°F至160°F之间,尽管没有理由相信超出该范围的温度会阻止组合物具有理想的效果。一般而言,温度的微小变化不需要显着改变处理时间或反应物的浓度。在决定温度时,必须权衡温度升高带来的更高涂层重量或生产率的好处与对浴槽加热的成本。
用本发明的磷酸锌组合物处理表面的时间只要足够长以确保表面完全润湿即可,可以长达三十分钟。上面提到了一些不同的应用方法。除了包括氧化剂之外,用于仅允许短接触时间的那些方法中的组合物还优选具有相对高的浓度以弥补短接触时间。在决定接触时间时,必须权衡由于接触时间增加而导致的更高涂层重量的好处与由于接触时间较长而导致的生产量降低的成本。
磷酸锌浴可具有适合工艺条件并与设备兼容的任何合适的pH,如本领域所熟知的。
从上面可以看出,各种成分的浓度取决于许多因素,因此很难确定任何特定的浓度范围。尽管如此,以下提供的是可能合适的各种成分的重量百分比范围:
为形成混合物而加入的水的重量百分比可以在约8.0至98.0%的范围内,优选在约10.0至20.0%之间;
加入以形成混合物的氧化锌的重量百分比可在约1.0至20.0%的范围内,优选在约12.0至18.0%之间;
加入以形成混合物的磷酸的重量百分比可在约1.5%至60.0%的范围内,优选在约35.0%至60.0%之间;
加入形成混合物的多羟基化合物的重量百分比可以在约0.01%至1.0%的范围内,优选在约0.25%至0.5%之间;
加入以形成混合物的盐的重量百分比可在约0.1%至6.0%的范围内,优选在约1.0%至3.0%之间(超过10%的盐倾向于产生疏松的涂层,导致粘合失败);和,
为形成混合物而添加的氧化剂的重量百分比可以在约0%至20.0%的范围内,优选在约5.0%至20.0%之间。(氧化剂不包括在所有实施例中。)
可以理解,混合形成本发明的成分的相对重量百分比并不重要。由与示例性实施例中不同的重量百分比的组分混合在一起形成的溶液仍然可以包括在本发明的范围内。根据某些情况下的优选组合物,选择氧化锌和多羟基化合物的量,使得它们一起比磷酸化学计量过量。
表面处理方法
将本发明用作丁基胶的表面预处理方法最好描述如下。表面可以使用本领域可用的任何常规手段进行初始清洁。例如,碱水型清洁剂的使用很常见。然后漂洗清洁过的基板以去除来自清洁步骤的残留物和污染物。根据优选实施例,然后可以活化该清洁和漂洗的表面。在优选实施例中,激活可以包括通过轻轻研磨清洁的表面实现的机械激活。在替代实施例中,活化可以使用工业中标准的含磷酸钛的胶体溶液来完成。
然后将活化的表面与本发明的磷酸锌水溶液接触。本发明的表面接触方法可包括喷涂刮涂、浸涂刮涂、溢流刮涂、直接辊涂或反向辊涂。但是,将本发明的溶液应用于表面的方法并不局限于上述具体方法。例如,可以通过将表面简单地浸入含有溶液的浴中来进行表面处理。将本发明的溶液引入待处理的表面上,然后在除去过量溶液之前使表面与大部分溶液反应的任何应用方法都是合适的。进一步,
当磷酸二氢锌溶液与表面发生反应时,会在表面生成一层涂层。在一些示例性实施例中可以是结晶的该涂层通过为膜或密封剂提供锚定位点来改进随后施加的膜或密封剂的粘附。该涂层还提高了表面的耐腐蚀性。在这个应用过程之后,多余的未反应的溶液和多余的涂层可以通过刮板、用“气枪”吹干表面的方式机械去除,或者通过使用其他机械手段从表面去除多余的溶液。
在预处理和机械去除操作之后,表面不需要漂洗或长时间烘烤,而只需要干燥。本发明的显着优点在于磷酸二氢锌溶液的组成。由于溶液的组成,在施加磷化溶液后表面不需要任何专门的漂洗或烘烤操作。
磷酸二氢锌Zn(H2个采购订单4个)2个在溶液中与表面反应并在被处理的表面上形成涂层。在该处理过程完成并且在表面上形成涂层之后,一些过量的酸性磷化溶液在现有技术工艺中保留在表面上。表面上的酸性条件是不希望的,并且会在随后的涂层和涂漆操作中引起问题。因此,使用传统的锌磷化工艺需要用水冲洗来去除过量的酸。由于常规溶液中的酸和其他成分过量,因此需要进行此漂洗步骤。在 Sugama 等人的现有技术的情况下,不需要漂洗,但必须通过烘烤驱动表面与过量酸之间的反应来从表面去除过量酸。
在本发明中,过量的酸度可能在干燥时通过与优选过量存在于保留在表面上的湿膜中的多羟基化合物反应而被消耗掉。这种干燥的涂层不需要像传统系统那样漂洗,也不需要像 Sugama 等人那样烘烤。在根据本发明机械去除溶液并干燥基材后,酸基本消耗掉。
可以是聚合的或分子的多羟基化合物淬灭表面上的干燥涂层中残留的酸。据推测,酸通过与多元化合物反应形成多元磷酸酯而被淬灭。据信,多羟基化合物的可用羟基与酸中的氢反应形成水和多羟基磷酸酯。例如,季戊四醇 (PAE) 和磷酸之间的以下反应可能是说明性的:
H3个采购订单4个+PAE←→H2个O↑+PAE-磷酸酯
无论如何,通过向溶液中加入多羟基化合物降低了表面上的过量酸度。涂层的游离酸度被淬灭。不需要冲洗。由于酸度被淬灭,干燥的、带涂层的表面处于可以涂漆或进一步涂上可选的附加腐蚀抑制溶液的状态,例如目前在工业中使用的,或者可以涂上另一种密封剂。然后可以干燥附加涂层并涂漆表面。使用本发明获得的最终涂漆表面包括工业中通常需要的特性。具体而言,该最终产品具有所需的油漆附着力和耐腐蚀性。从而实现了工业化生产的实用工艺。
例子
包括以下示例以更清楚地说明本发明的总体性质。该示例是本发明的示例性而非限制性的。
用本发明的磷酸锌组合物处理两个测试条和两个线圈。更具体地,测试条和线圈是G-90热浸镀锌钢。在所有四种情况下,测试条和线圈样品首先通过碱性清洁、刷洗和水中漂洗进行清洁。然后,组成如表1个通过直接辊涂将其应用于每个样品。然后将测试条和线圈热风干燥并涂上铬酸盐底漆和聚酯面漆。
表一
示例配方 I 重量百分比
去离子水 35.7
氧化锌 10.5
磷酸 42.0
硝酸钴六水合物 1.2
双氧水 9.4
季戊四醇 1.2
为了进行比较,标准的原位干燥铬板经过相同的清洁、漂洗、干燥和涂漆步骤。标准铬组合物是含有分散的二氧化硅、铬酸和磷酸的水溶液。
所有六个样品都经过中性盐雾测试,这是本领域众所周知的,涉及将涂漆样品暴露于雾化盐雾(5% 盐)。样品首先用“X”评分,然后分析掉漆情况。划线评级从“X”开始对样品的腐蚀程度进行评级。现场评级对整个表面起泡引起的腐蚀进行评级,10 分是最好的评级,1 分是最差的。“最大”等级表示腐蚀最严重的点,“平均”等级是划线长度或区域表面积的平均值。所有六个样品的结果显示在下表II中。
表二
测试 测试 标准 标准
收视率 条#1 条#2 线圈 #1 线圈 #2 第 1 部分 第 2 部分
最大划线失败率: 10 10 10 10 7 7
平均抄写失败率: 10 10 10 10 8.5 9
最大现场故障率: 10 10 10 10 10 10
平均现场故障率: 10 10 10 10 10 10
100% 湿度: 出色的 出色的 出色的 出色的 未测试 未测试
从以上可以看出,经本发明的磷酸锌组合物处理的样品在中性盐雾试验中表现优异。还应注意的是,对本发明处理的四个样品进行了 100% 湿度测试,包括将面板暴露在 105° F 和 100% 湿度的环境中,所有这些都显示出优异的结果。
尽管在此参考某些具体实施例和示例进行了图示和描述,但是本发明并不旨在限于所示的细节。例如,可以使用施加磷化溶液或将其从表面去除的其他方法。可以使用除机械手段以外的手段从表面物理去除溶液和/或产物水。构成溶液的各种组分的浓度也可以变化并且仍然在本发明的范围内。清洁、漂洗、激活、密封和涂漆过程也可以与上面详述的那些不同,但仍然在本发明的范围内。所呈现的细节不旨在限制本发明的范围。
文章来源:freepatentsonline.com,如有版权,联系管理员删除
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