以下,对本发明的实施方式加以说明。
<化学转化处理剂>
本发明是一种利用化学转化处理剂对金属结构物加以处理,从而形 成化学转化皮膜的化学转化处理方法,所述化学转化处理剂包含锆、氟、 含有氨基的烷氧基硅烷、含有羟基的烷氧基硅烷。
[锆成分]
所述化学转化处理剂中包含的锆是形成化学转化皮膜的成分。通过 在金属结构物上形成含有锆的化学转化皮膜,可以提高基材的耐蚀性或 者
耐磨性。
利用本发明中所使用的包含锆的化学转化处理剂对金属结构物进 行表面处理时,构成金属结构物的金属发生溶解反应,在化学转化处理 剂中溶出的
金属离子夺去ZrF6 2-中的氟,而且界面的pH值上升,由此生 成锆的氢氧化物或者氧化物。而后,一般认为所述锆的氢氧化物或者氧 化物会在金属结构物的表面析出。本发明中所使用的化学转化处理剂为 反应型化学转化处理剂,因此也可以用在具有复杂形状的金属结构物的 浸渍处理中。而且,因为通过化学反应可以获得在金属结构物上牢固附 着的化学转化皮膜,所以也可以在处理后进行
水洗。
锆的供给源并没有特别限制,例如可以是:K2ZrF6等
碱金属氟锆酸 盐、(NH4)2ZrF6等氟锆酸盐、H2ZrF6等可溶性氟锆酸盐、氟化锆、氧化锆、
硝酸氧锆、碳酸锆等。
[锆的含量]
本发明中所使用的化学转化处理剂中所包含的锆的含量按金属换 算处于100ppm以上、700ppm以下的范围内。如果含量小于100ppm, 则在金属结构物上无法获得充分的皮膜量,另一方面,如果含量超过 700ppm,也得不到更好的效果,不利于经济方面。此含量按金属换算 更优选200ppm以上、550ppm以下。
[氟成分]
本发明中所使用的化学转化处理剂中所包含的氟用作金属结构物 的蚀刻剂以及锆的络合剂。氟的供给源并没有特别限制,例如可以是:
氢氟酸、氟化铵、氟
硼酸、
氟化氢铵、氟化钠、氟化氢钠等氟化物。此 外,也可以将络合氟化物作为供给源,例如可以是六氟
硅酸盐,具体来 说可以是:氟硅酸、氟硅酸锌、氟硅酸锰、氟硅酸镁、氟硅酸镍、氟硅 酸铁、氟硅酸
钙等。
[氟成分的含量]
本发明中所使用的化学转化处理剂中所包含的氟的含量,以氟相对 于锆的摩尔比计,处于3.5以上、7.0以下的范围内。如果氟相对于锆 的摩尔比小于3.5,则出现溶液不稳定、产生沉淀的情形;另一方面, 如果超过7.0,则会由于以锆氟络合物的形态实现稳定化,且出现蚀刻
力降低、无法充分形成皮膜而成为问题。所述摩尔比更优选3.8以上、 7.0以下。
[含有氨基的烷氧基硅烷]
本发明中所使用的化学转化处理剂中所包含的含有氨基的烷氧基 硅烷是如下化合物:分子中具有至少一个烷基链,至少其中的一个烷基 链具有至少一个氨基,并且键结在硅的剩余键上的官能团为烷氧基。含 有氨基的烷氧基硅烷对化学转化皮膜与其后形成的涂膜两者产生作用, 因此可以提高化学转化皮膜与涂膜的附着性。
所述提高附着性的效果是由如下方式产生的:烷氧基
水解生成的硅 醇以共价键的方式,
吸附在金属结构物的表面及锆皮膜的表面。
此外,一般认为化学转化皮膜中包含的含有氨基的烷氧基硅烷,不 仅与金属结构物形成化学键,还与其后形成的涂膜形成化学键,所以具 有提高相互之间的附着性的作用。
含有氨基的烷氧基硅烷并没有特别限制,例如可以是:N-2(氨乙 基)3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-2(氨乙基)3-氨丙基三甲氧基硅烷、 N-2(氨乙基)3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙 基三乙氧基硅烷、3-三乙氧基硅烷基-N-(1,3-二甲基-亚丁基)丙胺、N- 苯基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、N,N-双[3-(三甲氧基硅烷基)丙基]乙二 胺、3-氨丙基三氯硅烷等众所周知的烷氧基硅烷等。此外,也可以直接 使用市售的含有氨基的烷氧基硅烷,例如有:KBM-602、KBM-603、KBE -603、KBM-903、KBE-9103、KBM-573(信越化学工业公司制造), XS1003(Chisso公司制造)等。所述含有氨基的烷氧基硅烷中,优选 N-2(氨乙基)3-氨丙基三乙氧基硅烷(APS-L)、N-2(氨乙基)3-氨丙基 三甲氧基硅烷(APS-L)、3-氨丙基三乙氧基硅烷(APS-S)、3-氨丙基 三甲氧基硅烷。
[含有氨基的烷氧基硅烷的含量]
本发明中所使用的化学转化处理剂中包含的含有氨基的烷氧基硅 烷的含量,以固体成分浓度计,优选处于50ppm以上、500ppm以下 的范围内。如果含量小于50ppm,则会出现无法获得充分的涂膜附着 性的情形。另一方面,即使含量超过500ppm也得不到更好的效果,不 利于经济方面。所述含量以固体成分浓度计,更优选处于100ppm以上、 300ppm以下的范围,进一步优选处于150ppm以上、250ppm以下的 范围。
[含有羟基的烷氧基硅烷]
本发明中所使用的化学转化处理剂中包含的含有羟基的烷氧基硅 烷是如下化合物:分子中具有至少一个烷基链,至少其中的一个烷基链 具有至少一个羟基,并且键结在硅的剩余键上的官能团为烷氧基。含有 羟基的烷氧基硅烷对化学转化皮膜与其后形成的涂膜两者产生作用,因 此可以提高化学转化皮膜与涂膜的附着性。
所述提高附着性的效果是由如下方式产生的:烷氧基水解生成的硅 醇以共价键的方式,吸附在金属结构物的表面及锆皮膜的表面。
此外,一般认为化学转化皮膜中包含的含有羟基的烷氧基硅烷,不 仅与金属结构物形成化学键,还与其后形成的涂膜形成化学键,所以具 有提高相互之间的附着性的作用。含有羟基的烷氧基硅烷对于由阳离子
电沉积涂料形成的涂膜,尤其能够发挥提高附着性的效果。
另外,本发明中所使用的化学转化处理剂中包含的含有羟基的烷氧 基硅烷优选含有氮(例如氨基或者酰胺基等)。
此外,本发明中所使用的化学转化处理剂中包含的含有羟基的烷氧 基硅烷可以由下述通式(1)表示。
[化2]
(式中R1表示碳数为1~4的烷基,可以相同也可以不同。R2表示 碳数为1~6的亚烷基。Y表示葡糖酰胺基或者由式R3R4N-表示的氨基。 R3表示碳数为1~6的羟烷基或者碳数为1~6的烷基。R4表示碳数为1~ 6的羟烷基。)
含有羟基的烷氧基硅烷并没有特别限制,例如可以是:双(2-羟乙 基)-3-氨丙基三乙氧基硅烷、N-(羟乙基)-N-甲基氨丙基三甲氧基硅烷 以及N-(3-三乙氧基硅烷基丙基)葡糖酰胺等。
[含有羟基的烷氧基硅烷的含量]
本发明中所使用的化学转化处理剂中包含的含有羟基的烷氧基硅 烷的含量,以固体成分浓度计,优选处于10ppm以上、100ppm以下 的范围内。如果含量小于10ppm,则有无法获得充分的涂膜附着性的 情形。另一方面,如果含量超过100ppm,也得不到更好的效果,不利 于经济方面。所述含量以固体成分浓度计,更优选处于20ppm以上、 80ppm以下的范围,进一步优选处于40ppm以上、60ppm以下的范围。
[化学转化处理剂的pH值]
本发明中所使用的化学转化处理剂的pH值优选2.8以上、4.5以 下。如果pH值小于2.8,则会出现蚀刻过度、无法形成足够的皮膜, 或者形成的皮膜不均匀,给涂装外观带来不良影响。另一方面,如果超 过4.5,则蚀刻不充分,无法获得良好的皮膜。所述pH值更优选处于 2.8以上、4.2以下的范围,进一步优选处于2.8以上、3.7以下的范 围。
另外,可以使用硝酸、
硫酸等酸性化合物以及氢氧化钠、氢氧化
钾、 氨等碱性化合物来调整化学转化处理剂的pH值。
[附着性以及耐蚀性赋予剂]
本发明中所使用的化学转化处理剂优选进一步含有如下附着性以 及耐蚀性赋予剂,所述附着性以及耐蚀性赋予剂是选自由铁离子、镁离 子、锌离子、钙离子、铝离子、镓离子、铟离子以及
铜离子所组成的群 组中的至少一种离子。在本发明中,可以通过含有附着性以及耐蚀性赋 予剂,而获得具有更好的附着性以及耐蚀性的化学转化皮膜。
[附着性以及耐蚀性赋予剂的含量]
在本发明中所使用的化学转化处理剂中任意添加的附着性以及耐 蚀性赋予剂的含量,优选处于1ppm以上、5000ppm以下的范围内。 如果调配量小于1ppm,则无法获得充分的附着性以及耐蚀性赋予效果, 故不优选。另一方面,如果含量超过5000ppm,也得不到更好的效果, 不利于经济方面,此外,还会有涂装后的附着性降低的情形。更优选 25ppm以上、1000ppm以下的范围。
[其他成分]
本发明中所使用的化学转化处理剂除含有上述成分外,视需要也可 以并用任意成分。可以使用的成分例如有
二氧化硅等。通过添加此类成 分,可以提高涂装后的耐蚀性。
此外,化学转化处理剂优选基本上不含磷酸根离子的化学转化处理 剂。实质上不含磷酸根离子的意思是,所含的磷酸根离子不足以作为化 学转化处理剂中的成分发挥作用。通过使用实质上不含磷酸根离子的化 学转化处理剂,可以不使用实际上造成环境负担的磷,而且可以防止产 生在使用磷酸锌类处理剂时所产生的磷酸铁、磷酸锌等之类的沉淀物。
<化学转化处理方法>
本发明的化学转化处理方法并没有特别限制,可以通过如下方式进 行:以通常的处理条件,使化学转化处理剂与金属结构物的表面相
接触。 例如可以是:浸渍法、
喷涂法、辊涂法等。
[化学转化处理条件]
化学转化处理时的处理
温度优选处于20℃以上、70℃以下的范围 内。如果是20℃以下,则可能无法形成足够的皮膜,而且有在夏季时 必须调整温度等不便之处,即使把温度设为70℃以上,也没有特别的 效果,只是不利于经济方面而已。所述处理温度更优选处于30℃以上、 50℃以下的范围。
化学转化处理的化学转化时间优选处于5秒以上、1100秒以下的 范围内。如果是5秒以下,则有得不到足够皮膜量的问题;如果是1100 秒以上,则即使皮膜量进一步增加也得不到相应的效果,所以是无意义 的。所述化学转化时间更优选处于30秒以上、120秒以下的范围。
与一直以来实际应用的利用磷酸锌类化学转化处理剂所进行的处 理相比较,本发明的化学转化处理方法可以不进行表面调整处理。因此, 能够通过更少的工序进行金属结构物的化学转化处理。
[金属结构物]
本发明的化学转化处理方法中所使用的金属结构物并没有特别限 制,例如可以是钢板、铝板等。钢板包括冷轧钢板或者热轧钢板以及软 钢板或者高强度钢板中的任一种钢板,并没有特别限制,例如可以是: 铁类基材、铝类基材以及锌类基材等。铁类基材是指包含铁以及/或者 铁的
合金的基材,铝基材是指包含铝以及/或者铝的合金的基材,锌类 基材是指包含锌以及/或者锌的合金的基材。
特别是在本发明中,对于一直被视为课题的例如热冲压后的镀铝钢 板等,也可以充分确保锆石皮膜量,对于镀铝钢板等金属结构物也可以 获得充分的涂装附着性。
此外,本发明的化学转化处理方法也可以同时应用于包含铁类基 材、铝类基材以及锌类基材等多种金属基材的金属结构物。汽车车体或 者汽车零件等是由铁、锌、铝等各种金属结构物构成的,而根据本发明 的化学转化处理方法,一次性就可以对所述汽车车体或者汽车零件等进 行良好的化学转化处理。
用作本发明的金属结构物的铁类基材并没有特别限制,例如可以 是:冷轧钢板、热轧钢板等。此外,铝类基材也没有特别限制,例如可 以是:5000系
铝合金,6000系铝合金,铝类的
电镀、热浸镀、蒸镀等 的镀铝钢板等。此外,对于锌类基材也没有特别限制,例如可以是:镀 锌钢板、镀锌-镍钢板、镀锌-铁钢板、镀锌-铬钢板、镀锌-铝钢板、镀 锌-
钛钢板、镀锌-镁钢板、镀锌-锰钢板等锌类的电镀、热浸镀、蒸镀 钢板等镀锌或者锌系合金的钢板等。高强度钢板根据强度或者制法的不 同有各种等级,例如有:JSC440J、440P、440W、590R、590T、590Y、 780T、780Y、980Y、1180Y等。
[化学转化皮膜的平均皮膜量]
利用本发明的化学转化处理方法获得的化学转化皮膜的平均皮膜 量,以化学转化处理剂中包含的金属的总量计,优选处于0.1mg/m2以 上、500mg/m2以下的范围内。如果小于0.1mg/m2,则有得不到均匀的 化学转化皮膜,且得不到良好的附着性的情形,因此不优选。另一方面, 如果平均皮膜量超过500mg/m2,也得不到更好的效果,不利于经济方 面。所述平均皮膜量更优选5mg/m2以上、150mg/m2以下的范围。
特别是在本发明的化学转化处理方法中,对于一直被视为课题的例 如热冲压后的镀铝钢板等,也可以充分确保锆石皮膜量,对于镀铝钢板 等金属结构物也可以获得充分的涂装附着性。因此,当对于包含包括镀 铝钢板等的多种金属基材的金属结构物同时实施化学转化处理时,也可 以获得充分的涂装附着性。根据本发明的化学转化处理方法,对于例如 镀铝钢板,也可以确保化学转化皮膜的平均皮膜量为10mg/m2以上。
[其后形成的涂膜]
在利用本发明的化学转化处理方法形成化学转化皮膜后,作为在化 学转化皮膜上形成的涂膜,例如可以是由阳离子电沉积涂料、
溶剂涂料、 水性涂料、
粉末涂料等一直以来众所周知的涂料所形成的涂膜。
所述涂料中,优选使用阳离子电沉积涂料来形成其后的涂膜。这是 因为阳离子电沉积涂料包含如下
树脂,所述树脂具有与氨基以及羟基具 有
反应性或者相容性的官能团,因此通过化学转化处理剂中包含的含有 氨基的烷氧基硅烷以及含有羟基的烷氧基硅烷的作用,可以进一步提高 电沉积涂膜与化学转化皮膜的附着性。阳离子电沉积涂料并没有特别限 制,例如可以是:包含胺化
环氧树脂、胺化
丙烯酸树脂、锍化环氧树脂 等的众所周知的阳离子电沉积涂料。
[金属结构物的前期处理]
对于本发明的金属结构物,优选在实施上述化学转化处理前,对金 属结构物表面进行
脱脂处理后进行水洗处理。脱脂处理是为了除去附着 在金属结构物表面上的油分或者污垢所进行的处理,利用无磷、无氮脱 脂清洗液等脱脂剂,通常在30℃~55℃进行数分钟左右的浸渍处理。 根据需要,也可以在脱脂处理前进行预脱脂处理。此外,脱脂处理后的 水洗处理是为了用水清洗脱脂剂,使用大量的水洗用水进行至少一次以 上的喷射处理。
[化学转化处理构件的后期处理]
利用本发明的化学转化处理方法而形成了化学转化皮膜的化学转 化处理构件,优选于其后实施的形成涂膜之前进行水洗处理。为了不给 其后的各种涂装后的附着性、耐蚀性等带来不良影响,应至少实施一次 以上的化学转化处理后的水洗处理。此时,适合用精制水实施最后的水 洗。所述化学转化处理后的水洗处理可以是喷射水洗或者浸渍水洗中的 任何方法,也可以将此等方法组合以进行水洗。在化学转化处理后实施 水洗处理后,视需要按照众所周知的方法进行干燥,然后通过各种涂装 来形成涂膜。
[
实施例]
接着,列举实施例以及比较例对本发明加以更具体的说明,但本发 明并非仅限于这些实施例。另外,在没有特别说明的情况下,调配量表 示
质量份。
<实施例1>
准备市售的冷轧钢板(SPCC-SD,Nippon Testpanel公司制造, 70mm×150mm×0.8mm)、镀锌钢板(GA,Nippon Testpanel公司制 造,70mm×150mm×0.8mm)、6K21汽车用铝板(AL,神户制钢公司 制造,70mm×150mm×0.8mm)、高强度钢板(JSC590R,新日本制铁 公司制造,70mm×150mm×0.8mm)、高强度钢板(JSC780T,新日本 制铁公司制造,70mm×150mm×0.8mm)以及高强度钢板(JSC1180Y, 新日本制铁公司制造,70mm×150mm×2.3mm),作为金属结构物。
[化学转化处理前的金属结构物的前期处理]
[脱脂处理]
具体来说,在含有作为碱性脱脂处理剂“Surf Cleaner SD250(商 品名)”(Nippon Paint公司制造)的“A剂”1.5质量%以及“B剂” 0.9质量%的水溶液中浸渍上述金属结构物,在43℃进行2分钟脱脂处 理。
[脱脂处理后的水洗处理]
进行脱脂处理后,在水洗槽中浸渍清洗后,使用
自来水进行约30 秒钟的喷射清洗。
[化学转化处理]
使用硝酸锆(日本轻金属公司制造)作为锆,使用氟化氢(和光纯 药公司制造)作为氟,使用“KBM-603(商品名)”(N-2(氨乙基)3-氨 丙基三甲氧基硅烷:信越化学工业公司制造)作为含有氨基的烷氧基硅 烷,使用“SIB1140.0(商品名)”(双(2-羟乙基)-3-氨丙基三乙氧基硅 烷,GELEST公司制造)作为含有羟基的烷氧基硅烷,制备各成分浓度 如下所述的化学转化处理剂:锆浓度为500ppm,氟浓度为420ppm, 作为固体成分的含有氨基的烷氧基硅烷浓度为200ppm,作为固体成分 的含有羟基的烷氧基硅烷浓度为50ppm。使用氢氧化钠水溶液将所述 化学转化处理剂的pH值调整为2.8。将化学转化处理剂的温度调整为 40℃,然后对金属结构物进行60秒钟的浸渍处理。
[化学转化处理后的水洗处理]
使用自来水,对实施了化学转化处理后的各个金属结构物实施30 秒钟的喷射处理。然后,使用离子交换水进行10秒钟的喷射处理。
[电沉积涂装]
对化学转化处理后实施了水洗处理的处于潮湿状态的各个金属结 构物,涂布阳离子电沉积涂料“POWERNICS150grey(商品名)”(Nippon Paint公司制造),形成电沉积涂膜。然后,对各个金属结构物进行水 洗后,以170℃加热25分钟进行
烧结以形成电沉积涂膜。所形成的电 沉积涂膜的烧结干燥后的膜厚为25μm。
[中涂涂装]
在电沉积涂膜上喷涂中涂涂料“Orga P-5A N-2.0(商品名)” (Nippon Paint公司制造),以140℃的温度烧结20分钟,由此形成中 涂涂膜。所形成的中涂涂膜的烧结干燥后的膜厚为35μm。
[表面涂装]
在中涂涂膜上喷涂表面涂料“Superlac M-95HB YR-511P(商品 名)”(Nippon Paint公司制造),以140℃的温度烧结20分钟,由此形 成表面涂膜。所形成的表面涂膜的
烘焙干燥后的膜厚为15μm。以上 述方式形成试验板。将所得试验板的测定结果示于表1。
<实施例2>
使用“SIT8189.0(商品名)”(N-(3-三乙氧基硅烷基丙基)葡糖酰 胺,GELEST公司制造),代替实施例1中使用的双(2-羟乙基)-3-氨丙 基三乙氧基硅烷来作为含有羟基的烷氧基硅烷,除此以外,按与实施例 1相同的步骤获得试验板。将所得试验板的测定结果示于表1。
<比较例1>
除了没有在化学转化处理剂中添加含有羟基的烷氧基硅烷以外,按 与实施例1相同的步骤获得试验板。将所得试验板的测定结果示于表1。
<试验>
[二次附着性试验(SDT)]
在实施例1~2以及比较例1中所得的试验板上,切出两条深达基 材的纵向平行的切口,然后放在5质量百分比的NaCl水溶液中,在55 ℃浸渍240小时。接着,进行水洗以及
风干后,将
胶带“CT405A-24 (商品名)”(Nichiban公司制造)粘在切口部,然后快速剥离胶带。 测定剥离的胶带上所附着涂料的最大宽度的大小。将结果示于表1。
[表1]
SPC GA AL 590R 780T 1180Y 实施例1 0 0.4 0 0 0 0.8 实施例2 0 0.4 0 0 0 0.8 比较例1 0 0.5 0 0 0 1.8
(单位全部为mm)
[循环
腐蚀试验(CCT)]
在实施例1~2以及比较例1中所得的试验板(AL除外)上,切出 深达基材的纵向平行的切口,然后在保持为35℃、湿度95%的盐雾试验 器中,连续2小时喷射保温在35℃的5%的NaCl水溶液。接着,在60 ℃、湿度20~30%的条件下干燥4小时后,在50℃、湿度95%以上的湿 润条件下保持2小时。在24小时内重复3次上述操作,将其作为1个 循环,进行50个循环。50个循环后,测定切口部的单侧最大膨胀宽度。 将结果示于表2。
[表2]
SPC GA 590R 780T 1180Y 实施例1 0.8 0.5 1.2 2.5 3.0 实施例2 0.8 0.5 1.2 2.4 2.8 比较例1 1.0 0.7 1.6 2.8 3.8
(单位全部为mm)
如表1所示,当金属结构物为SPC、AL、590R、780T时,在实施例 1以及实施例2中,并没有发现涂料的剥离。此外,当金属结构物为GA、 1180Y时,实施例1以及实施例2中的涂料剥离都明显少于比较例1。 因此可以知道,根据本发明,对任何金属结构物进行化学转化处理,都 可以获得相对充分的基材覆盖性以及涂膜附着性。
如表2所示,不论金属结构物为哪一种,实施例1以及实施例2 与比较例1相比,腐蚀都明显得到控制。因此可以知道,根据本发明, 对任何金属结构物进行化学转化处理,都可以获得相对充分的耐蚀性。
依据本发明所获得的化学转化处理构件,在任何金属结构物表面上 都具有充分的基材覆盖性、涂膜附着性以及耐蚀性,因此优选使用于涂 装处理在化学转化处理之后实施的化学转化处理领域,例如涂装前的汽 车车体、双轮车车体等车辆外板、各种零件容器外表面、卷材涂装等。