润滑型水性金属表面处理剂及使用其的金属表面处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种表面处理剂及表面处理方法，特别涉及一种润滑型水性金属表面 处理剂及使用其的金属表面处理方法。
【背景技术】
[0002] 已知的使用在金属材料表面处理中的金属表面处理剂大都含有铬成分，然而，其 所产生的六价铬已被证实会对环境造成严重污染，并对人体增加致癌风险，故近年来已被 管制或禁用；而使用三价铬仍有氧化成六价铬的疑虑，故其亦逐渐被减用。为了取代含铬处 理剂，目前已有提出水性无三价铬及六价铬组成的金属表面处理剂，但是，经上述处理剂表 面处理后的金属材料(例如：镀锌钢板）应用在家电及办公家具设备(例如：冰箱拉门、桌柜 抽屉、推拉门板滑轨材料等）上时，因不具备润滑特性，容易造成使用者在操作滑轨拉门时 的不顺畅，而在滑轨材料上涂覆润滑油则不符合现今高品质产品的需求。此外，在金属材料 上使用通常含有机树脂的耐指纹水性涂料，虽可降低动摩擦系数及提升润滑性，却仍无法 承受使用者长期抽拉的动作，以致仍会发生接触面磨耗及润滑性劣化的结果。
[0003]已知的无铬化金属表面处理剂及其金属表面处理方法如下列在先技术专利文献 分析。
[0004] 1.TW201229311
[0005]做法：一种水性金属表面处理剂包含有机钒化合物及含磷的无机酸，其中，该有机 钒化合物中的钒离子氧化数非为+5。经表面处理的金属材料表面上形成无6价铬或3价铬 的保护膜，该保护膜与金属材料表面间具备良好的附着性，且该保护膜亦具备较佳的耐蚀 性及耐高温性质。
[0006]缺点：上述经表面处理的金属材料在碱洗脱脂处理后，经耐蚀性测试24小时后， 发现100%白锈生成的问题，显见上述的处理剂未具备耐碱洗性质。此外，上述的处理剂因 不具润滑特性，经滑轨用途测试后会造成皮膜及金属材料表面损伤，以致无法符合产品的 需求。
[0007] 2.TW200536932
[0008]做法：一种镀锌类钢板上先经化成预处理(磷酸盐/铬酸盐/无铬）后，再将润滑 性水性聚氨酯树脂组合物披覆于经化成预处理的镀锌类钢板上，并通过调整树脂结构以限 定拉伸破坏强度、拉伸力破坏伸长率及玻璃化转变温度（Tg)，进而赋予涂膜性能。
[0009]缺点：上述制程属于2C2B(二道涂装、二道烘烤)方式，受限于生产线设备及作业、 维护繁琐，上述制程已被现今1C1B(-道涂装、一道烘烤)的主流制程取代，故适用性因此受 限，且若将上述的发明物单独经1C1B处理后，则无法赋予涂膜耐蚀性及耐碱洗性等功能。
[0010] 基于上述分析，有必要提供一种创新且具进步性的润滑型水性金属表面处理剂及 金属表面处理方法，以解决上述已知缺陷。
【发明内容】
[0011] 本发明提供一种润滑型水性金属表面处理剂，其包括水性无铬组合物、水溶性或 水分散性有机树脂以及蜡添加物。该水性无铬组合物包括水溶性锆化合物、硅化合物、含氟 化合物、磷酸化合物及金属化合物。该硅化合物的含量相对于该水溶性锆化合物的质量比 介于0.2至1.2之间。该含氟化合物具有至少一个以上氟离子基团，该含氟化合物的含量 相对于该水溶性锆化合物的质量比介于〇. 08至0. 5之间。该磷酸化合物的含量相对于该 水溶性锆化合物的质量比介于0. 1至0. 5之间。该金属化合物的含量相对于该水溶性锆化 合物的质量比介于〇. 05至0. 4之间。该有机树脂固体成分相对于整体固体成分之比介于 0. 01至0. 9之间。该蜡添加物固体成分相对于整体固体成分之比介于0. 005至0. 03之间。
[0012] 本发明还提供一种金属表面处理方法，该方法为将上述的润滑型水性金属表面处 理剂设置于金属本体的表面。
[0013] 本发明的润滑型水性金属表面处理剂及金属表面处理方法可于金属本体的表面 形成保护膜，该保护膜可使金属本体的表面具有良好的耐蚀性、耐碱洗性、润滑性及耐磨耗 性，且本发明的润滑型水性金属表面处理剂为无铬处理剂，因此，不会对环境造成污染，符 合环保要求。
【具体实施方式】
[0014] 本发明的润滑型水性金属表面处理剂包括水性无铬组合物、水溶性或水分散性有 机树脂以及蜡添加物。
[0015] 该水性无铬组合物包括水溶性锆化合物、硅化合物、含氟化合物、磷酸化合物及金 属化合物。
[0016] 该水溶性锆化合物（A)可选自硝酸锆、硝酸氧锆、硫酸锆、醋酸锆、氟锆酸、碳酸锆 铵、碳酸锆钠、碳酸锆钾及它们的彼此组合中的其中一种。
[0017] 该硅化合物（B)可选自水分散性微粒二氧化硅、硅烷偶合剂、表面改性具有反应 官能基的微粒二氧化硅及它们的彼此组合中的其中一种。
[0018] 在本实施方案中，该水分散性微粒二氧化硅为胶态二氧化硅或粉末二氧化硅，且 二氧化硅粒子的平均粒径小于100纳米。
[0019]该硅烷偶合剂可选自氛基丙基二甲氧基硅烷、氛基丙基二乙氧基硅烷、 环氧丙烷基丙基二甲氧基硅烷、环氧丙烷基丙基二乙氧基硅烷、N_(0 -氛基乙 基）_Y_氛基丙基甲基二乙氧基硅烷、N_(@_氛基乙基）_Y_氛基丙基二甲氧基硅烷、N_ ( 0 _氛基乙基）_Y_氛基丙基二乙氧基硅烷、Y_环氧丙烷基丙基甲基二乙氧基硅烷及 它们的彼此组合中的其中一种。在本实施方案中，该硅烷偶合剂在水解缩合后，将形成二维 或三维Si-0-Si交联结构；同时，Si-0键亦与金属表面形成Si-〇-M(M表示金属）的化学键 结，使该润滑型水性金属表面处理剂与金属表面之间具有良好的附着性，且让所形成的保 护膜的整体结构更为致密。
[0020] 该表面改性具有反应官能基的微粒二氧化硅可通过该水分散性微粒二氧化硅及 该硅烷偶合剂交互反应而成。该具有反应官能基的微粒二氧化硅除可提升保护膜交联致密 性外，亦可通过微粒二氧化硅本身的硬度提高保护膜的耐磨耗性。
[0021] 优选地，该硅化合物（B)的含量相对于该水溶性锆化合物（A)的质量比（B/A)介 于0.2至1.2之间。当质量比（B/A)小于0.2时，虽然仍会于金属材料表面上形成保护膜， 但该保护膜的耐蚀性、耐碱洗性及耐磨耗性并不佳；当质量比（B/A)大于1. 2时，该润滑型 水性金属表面处理剂的成本会提高，但该保护膜的性质并未有明显改善，且膜的干燥性亦 会变得不佳。
[0022] 该含氟化合物（C)具有至少一个以上氟离子基团，在本实施方案中，该含氟化合 物可选自氟化锆铵、氟化锆钾、氟锆酸、氟钛酸铵、氟钛酸、氟硅酸、氢氟酸及氟化氢铵中的 其中一种。优选地，该含氟化合物（C)的含量相对于该水溶性锆化合物（A)的质量比（C/A) 介于0. 08至0. 5之间。当质量比（C/A)小于0. 08时，所形成的保护膜的耐碱洗性不佳；当 质量比（C/A)大于0.5时，其所形成的保护膜的性质并未有明显改善，且其过量副产物亦不 利于保护膜的干燥性及耐蚀性。
[0023] 该磷酸化合物（D)可选自下列物质中的一种：磷酸；磷酸二氢盐、磷酸一氢盐、磷 酸盐；三聚磷酸；缩合磷酸盐，如三聚磷酸盐、偏磷酸盐；1-羟基甲烷-1，1-二膦酸、1-羟基 乙烧 _1，1_二勝酸、1_羟基丙烷_1，1_二勝酸、氨基二亚甲基勝酸、2-勝酸丁烧-1，2, 4-二 羧酸；以及前述盐类的组合。优选地，该磷酸化合物0)的含量相对于该水溶性锆化合物 (A)的质量比（D