石墨烯金属表面处理剂、制备方法及应用技术

本发明专利技术提供一种石墨烯金属表面处理剂，以重量百分比计，由以下原料制成：0.003‑0.030%纳米石墨烯﹑2‑10%氟锆酸﹑2‑10%柠檬酸﹑0.5‑2.0%乙二胺四乙酸二钠，余量为水。该石墨烯金属表面处理剂适用于金属表面前处理，能在金属表面生成厚度为纳米级的石墨烯纳米复合膜，具有较高的膜层、涂层结合力及耐腐蚀性能，适用于汽车﹑航天航空﹑军工﹑家电﹑工程机械等行业金属件的前处理生产线。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属表面处理剂领域，更具体的说，涉及一种石墨烯金属表面处理剂、制备方法及应用。
技术介绍
近年来，随着纳米科技的不断发展，已有较多现有技术将纳米石墨烯用于多种涂料或油漆，但在金属表面前处理领域，尚少见用纳米石墨烯制备高性能复合转化膜的研究或应用。CN201510425050.9公开了一种环保通用型金属表面前处理液及使用方法，其组分及重量百分数为：多官能团烷基磷酸酯0.5-1.5%，氧化锌2-5%，钼酸钠0.5-1%，酒石酸1-5%，金属表面氧化剂1-3%，氧化石墨烯0.1-0.5%，柠檬酸1-2%，余量为水。本专利技术中高效金属表面氧化剂的加入改善了原有产品中钝化层的质量，使化学转化膜的耐腐蚀性能大为提高；氧化石墨烯的加入有效提高了有机吸附层的活性官能团的数目，提高了与外层有机涂层的交联程度，有效的提高了漆膜附着力。CN201510422597.3提供了一种无磷含氧化石墨烯金属表面前处理液及使用方法，其组分及重量百分数为：氟硅酸1-2%，钼酸钠0.2%-1%，硝酸钠1%-2%，金属表面氧化剂0.6%-1.2%，乙二胺四乙酸二钠1%-2%，酒石酸0.8%-1.5%，氧化石墨烯0.1-0.3%，余量为水。本产品中氧化石墨烯的加入可以有效地提高转化膜的漆膜附着力。以上两个现有技术中，前处理液直接用于金属表面处理，未经稀释，浓度较高，加上石墨烯的含量较高，成本高，并且成膜质量一般，漆膜附着力和耐蚀性尚需改进。以上两个现有技术中，都含有国家明令禁止的重金属化合物钼酸钠，不符合国家环保节能政策。
技术实现思路
本专利技术目的之一在于提供一种石墨烯金属表面处理剂，以重量百分比计，由以下原料制成：0.003-0.030%纳米石墨烯﹑2-10%氟锆酸﹑2-10%柠檬酸﹑0.5-2.0%乙二胺四乙酸二钠，余量为水。所述纳米石墨烯的片层直径为0.2～5微米，厚度≤15nm。本专利技术的石墨烯金属表面处理剂，优选含0.005-0.020%纳米石墨烯，更优选含0.005-0.0 15%石墨烯。本专利技术的石墨烯金属表面处理剂，优选含4-8%氟锆酸，优选含3-6%柠檬酸，优选含0.8-1.2%乙二胺四乙酸二钠。本专利技术的石墨烯金属表面处理剂，其中所述石墨烯优选石墨烯纳米片，所述纳米石墨烯的片层直径为0.5～2微米。本专利技术目的之二在于提供所述石墨烯金属表面处理剂的制备方法，包括以下步骤：（1）反应釜中加入所需量的水，升温至90-100℃，然后加入纳米石墨烯，常压下搅拌8-10小时；（2）再加入氟锆酸并搅拌反应1-2小时，常压下搅拌8-10小时；（3）再加入柠檬酸并搅拌反应0.5-1小时；（4）最后加入乙二胺四乙酸二钠，在压力100KPa±10KPa下搅拌8-10小时制得本专利技术石墨烯金属表面处理剂。本专利技术目的之三在于提供所述石墨烯金属表面处理剂在制备高性能石墨烯纳米复合转化膜中的使用方法，包括以下步骤：A、用所述石墨烯金属表面处理剂与水按1:（10-20）质量比例进行配槽，槽液使用过程中维持PH值3.8-5.5；槽液PH值小于3.8则加少量碱性调整剂如氢氧化钠或其水溶液调整，槽液PH值大于5.5，则加入适量所述石墨烯金属表面处理剂调整；B、常温下将已除油除锈并洗至中性的金属，如冷轧板，放入槽液中处理3-10分钟，取出，水洗干净后烘干，即可在金属表面形成石墨烯纳米复合转化膜。利用本专利技术石墨烯金属表面处理剂，所制备的高性能石墨烯纳米复合转化膜的优点包括：1﹑石墨烯纳米复合膜层颜色美观，很多应用中不需要再进行涂装而完全取代传统磷化+油漆工艺；2﹑石墨烯纳米复合膜的耐蚀性能非常优良，很多应用中无需进一步涂装而节约油漆成本及人工成本；3﹑石墨烯纳米复合膜也可以进行涂装，且涂装后的耐蚀性﹑耐水性是磷化﹑陶化等老工艺的数倍或数十倍；4﹑石墨烯纳米复合膜上油漆的附着力或240h湿热性试验后的二次附着力都为0级。本专利技术石墨烯金属表面处理剂适用于金属表面前处理，能在金属表面生成厚度为纳米级的石墨烯纳米复合膜，具有较高的膜层、涂层结合力及耐腐蚀性能，适用于汽车﹑航天航空﹑军工﹑家电﹑工程机械等行业金属件的前处理生产线，在较多应用中可取代传统磷化膜﹑有机硅烷转化膜及锆系纳米转化膜，可较大程度地提高膜层、涂层结合力及耐腐蚀性能。本专利技术的石墨烯纳米复合膜与磷化膜﹑有机硅烷转化膜及锆系纳米转化膜综合性能对比情况，如表1所列。表1 本专利技术石墨烯纳米复合膜与其它防护膜的综合性能对比具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限定本专利技术的范围。表2为实施例1-8的投料配比，表3为实施例9-16的投料配比，各实施例的配料量都是100kg。表2实施例1-8的投料配比，kg表3实施例9-16的投料配比，kg本专利技术实施例石墨烯纳米处理剂的生产方法为：在反应釜中加入水，升温至95℃，然后加入石墨烯，常压下搅拌9小时；加入氟锆酸，常压下搅拌1.5小时；加入柠檬酸，常压下搅拌1小时；加入乙二胺四乙酸二钠，在压力100KPa±10KPa下搅拌9小时，即得石墨烯纳米处理剂。对比例1同实施例1，区别在于没有加纳米石墨烯。对比例2配制含石墨烯的前处理液，组分包括：1,6-己二醇磷酸酯1.5%，氧化锌2.5%，钼酸钠1%，酒石酸4%，金属表面氧化剂3%，氧化石墨烯 0.5%，柠檬酸1%，余量为水。所用氧化石墨烯片层直径0.5～1微米，厚度约15nm。对比例3配制含石墨烯的前处理液，组分包括：氟硅酸2%，钼酸钠 0.8%，硝酸钠 1.6%，氯酸钠0.6%，乙二胺四乙酸二钠 1.7%，酒石酸 1.5%，氧化石墨烯0.2%，余量为水。所用氧化石墨烯片层直径0.5～1微米，厚度约15nm。将实施例1-16所制备石墨烯金属表面处理剂、对比例1所制备处理剂，用所制得的石墨烯纳米处理剂与水按1:20进行配槽，测试PH值在3.8-5.5之间，用碱性调整剂进行调整PH值；若PH值大于5.5，加入石墨烯纳米处理剂，使得PH值在规定范围之内。调试完毕，常温下将已除油除锈干净的冷轧板放入槽液中处理5分钟后取出，水洗干净后烘干。即可在冷轧板试片表面形成石墨烯纳米复合膜。分别进行涂层附着力、涂装前耐蚀性、涂装后耐蚀性、水煮试验、丝状腐蚀试验，处理结果见表4。取对比例2-3的处理液各300ml，不经稀释，直接用于试片表面处理，分别连续处理200片，处理时间3分钟，温度为常温，处理后取出，水洗干净后烘干，即完成表面处理。处理后测试内容与实施例相同。表 4膜层颜色膜厚膜重涂层附着力涂装前耐蚀性涂装后耐蚀性水煮试验丝状腐蚀试验实施例1亮黑色76nm73mg/m20级48h1200h20h1200h实施例2亮黑色53nm55mg/m20级24h1008h10h1008h实施例3亮黑色68nm66mg/m20级24h1008h10h1008h实施例4亮黑色79nm74mg/m20级48h1200h20h1200h实施例5亮黑色83nm81mg/m20级72h2400h30h2400h实施例6亮黑色91nm88mg/m20级96h3600h50h3600h实施例7亮黑色86nm88mg/m20级72h2400h30h2400h实施例8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯金属表面处理剂，其特征在于以重量百分比计，由以下原料制成：0.003‑0.030%纳米石墨烯﹑2‑10%氟锆酸﹑2‑10%柠檬酸﹑0.5‑2.0%乙二胺四乙酸二钠，余量为水。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯金属表面处理剂，其特征在于以重量百分比计，由以下原料制成：0.003-0.030%纳米石墨烯﹑2-10%氟锆酸﹑2-10%柠檬酸﹑0.5-2.0%乙二胺四乙酸二钠，余量为水。2.根据权利要求1所述的石墨烯金属表面处理剂，其特征在于所述纳米石墨烯的片层直径为0.2～5微米，厚度小于等于15nm。3.根据权利要求1所述的石墨烯金属表面处理剂，其特征在于所述纳米石墨烯含量为0.005-0.020%。4.根据权利要求1所述的石墨烯金属表面处理剂，其特征在于所述纳米石墨烯含量为0.005-0.015%。5.根据权利要求1所述的石墨烯金属表面处理剂，其特征在于所述氟锆酸含量为4-8%。6.根据权利要求1所述的石墨烯金属表面处理剂，其特征在于所述柠檬酸含量为3-6%。7.根据权利要求1所述的石墨烯金属表面处理剂，其特征在于所述乙二胺四乙酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂成方，桂林，刘春花，
申请(专利权)人：湖南金裕环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43