專利名稱：應用于防腐木材的碳鋼螺絲表面處理方法及結構，烤漆涂料配方的制作方法
技術領域：
本發明是關于一種碳鋼螺絲表面處理方法及結構，特別是關于一種用以形成均勻，致密覆蓋保護層，膜厚降低，耐蝕性提升的碳鋼螺絲表面處理方法及結構，烤漆涂料配方。
背景技術：
木材為了能抵抗戶外風吹日曬蠹蛀蟲咬，需經過防腐處理，早期最常見的就是使用鉻化砷酸銅(chromated copper arsenate，CCA)來作木材的防腐處理。但歐美國家已發現CCA對人類健康及環境潛藏的危害，尤其是兒童在使用這些游樂設施后，容易經由手、口途徑食入鉻化砷酸銅而造成潛藏的傷害。因此各國開始在某些地方如公共游樂場等禁止使用鉻化砷酸銅處理過的木材。取而代之的防腐木材是一種含有高成份的銅離子處理液(ACQ)經高壓將之滲透入木材纖維中，此種處理液較過去所謂CCA木材有高出近四倍的銅離子，對直接接觸的五金螺絲扣件腐蝕性也較過去嚴重，往往造成建筑物崩塌及人員傷害。螺絲扣件應用于ACQ防腐木材，減少腐蝕的方法有如下多種1、采用耐蝕性的合金材質螺絲扣件(Corrosion-resistant alloys)；2、螺絲上披覆一致密的涂裝層(Impermeable covering)；3、熱浸鋅(非機械鍍鋅)(Hot-Dip Galvanic coating)。
一般應用于木材建筑物上的螺絲材質包括鐵及非鐵或合金螺絲系列。其中，非鐵或合金螺絲的價格不僅成本高昂、機械強度不足等，使應用層面受限。而鐵材經滲碳熱處理后形成的合金碳鋼材質，能達到一定機械強度等性能，因此以碳鋼為主的螺絲扣件，克服上述問題，可以說是業界的最佳選擇。使用于防腐木材的碳鋼螺絲扣件，其表面處理通常經過電解鍍鋅后經鉻酸的表面鈍化再以有機涂裝方式作最后的保護，除美觀外，亦可減少攻入木材時對螺絲表層的破壞，唯對防腐木材的耐蝕程度無法令人達到滿意的程度。另外，鉻酸的鈍化處理造成六價鉻皮膜對環境的影響亦不可忽視。

發明內容
本發明的主要目的為了克服上述的缺點提供一種具光滑度高，用以形成均勻，致密覆蓋保護層，膜厚降低，耐蝕性提升的碳鋼螺絲表面處理方法及結構，烤漆涂料配方為達到上述目的的碳鋼螺絲表面處理方法及結構，烤漆涂料配方，該烤漆涂料配方包括鋅金屬、鎳金屬、鋁金屬、分子量2000至10000的聚乙二醇(Polyethylene Glycol，PEG)為黏著劑、硅氧烷化合物、含氟的界面活性劑、數種腐蝕抑制劑以及混合型添加劑；其中該數種腐蝕抑制劑為丁二酸酐(succinic anhydride)、正丁基胺(n-Butylamine)、正辛基胺(n-Octylamine)、正癸基胺(n-Decylamine)、正十二基胺(n-Dodecylamine)等的混合物；而該硅氧烷化合物為CxHyOz·mSiO2·nH2O；鋅金屬、鎳金屬、鋁金屬、分子量2000至10000的聚乙二醇(Polyethylene Glycol，PEG)為黏著劑按比例形成的強化耐蝕程度處理劑。
本發明碳鋼螺絲表面處理方法，包括下列步驟1)去除該碳鋼螺絲表面的雜質；2)電解電鍍7～8微米的鋅金屬層于該碳鋼螺絲表面；3)于60℃～80℃處理該碳鋼螺絲與數種腐蝕抑制劑4)加入硅氧烷化合物與含氟的界面活性劑混合物，經120℃～150℃烘烤，形成硅氧化合物薄膜于該碳鋼螺絲表層；及5)浸入烤漆涂料配方，經170～180℃烘烤，該烤漆涂料配方如上所述。
本發明碳鋼螺絲表面處理后的結構，包括有一碳鋼螺絲；及經一烤漆涂料配方處理該碳鋼螺絲表層，使該碳鋼螺絲表層產生一保護層，其中該烤漆涂料配方如上所述。


圖1為以AWPA E-1294進行90天測試圖；圖2為進行90天測試另一實驗例圖；圖3為傳統技術以AWPA E-12 94進行90天測試圖。
具體實施例方式
較佳實施例本發明碳鋼螺絲處理用的烤漆涂料配方包括有a、鋅金屬濃度為5至10克/升，顆粒為25～75微米；b、鎳金屬濃度為0.2至0.5克/升，顆粒為100～200微米；c、鋁金屬顆粒的濃度為10至20克/升，顆粒為15～25微米；d、相對于聚乙二醇的含氟的界面活性劑濃度為0.2％e、數種腐蝕抑制劑為丁二酸酐(succinic anhydride)、正丁基胺(n-Butylamine)、正辛基胺(n-Octylamine)、正癸基胺(n-Decylamine)、正十二基胺(n-Dodecylamine)等混合物；f、分子量2000～10000的聚乙二醇濃度為30至50克/升；以及g、混合型添加劑濃度為10ppm至60ppm。
其中該含氟的界面活性劑為3M(Minnesota Mining and Manufacturing Co.)公司所生產的產品，其編號為FC-4430。
其中該混合型添加劑為苯并三唑衍生物(Benzotriazole Derivative)。該苯并三唑衍生物的結構式為 其中R1、R2、R3與R4是選自氫與碳數1至4的烷基所組的族群。
該苯并三唑衍生物包括苯并三唑(Benzotriazole)、4-甲基-苯并三(4-methyl-benzotriazole)、5-甲基-苯并三唑(5-methyl-benzotriazole)、4，7-二甲基-苯并三唑(4，7-dimethyl-benzotriazole)、5，6-二甲基-苯并三唑(5，6-dimethyl-benzotriazole)等。
本發明碳鋼螺絲表面處理方法，包括下列步驟1)將該碳鋼螺絲表面清洗干燥后去除雜質；2)于60℃～80℃處理該碳鋼螺絲與數種腐蝕抑制劑；3)加入硅氧烷化合物與含氟的界面活性劑混合物，經120℃～150℃烘烤，形成硅氧化合物薄膜于該碳鋼螺絲表層；及4)浸入一烤漆涂料配方，經170～180℃烘烤，該烤漆涂料配方如前所述。
其中該分子量2000至10000的聚乙二醇作黏著劑。
其中該鋅金屬、鎳金屬、鋁金屬的顆粒表面經硅氧烷(Silane)改質，使其容易均勻分散于該聚乙二醇中。
其中該含氟的界面活性劑能有效降低硅氧烷的表面張力并具平整的功效。
其中該數種腐蝕抑制劑的使用是于碳鋼螺絲去除表面雜質后或經鍍鋅處理后，該數種腐蝕抑制劑的混合物與該碳鋼螺絲高溫共浴后離心烘干，形成無六價鉻處理的碳鋼螺絲或碳鋼鍍鋅螺絲。
其中該混合型添加劑有抑制混合性黏著劑被破壞，并保持一定物性的功能。
其中該步驟1)后可于該碳鋼螺絲表面電解電鍍7～8微米的鋅金屬層。
較佳地，該烤漆涂料配方包括a、鋅金屬濃度為5克/升；b、鎳金屬濃度為0.2克/升；c、鋁金屬顆粒的濃度為10克/升；d、相對于聚乙二醇的含氟的界面活性劑濃度為0.2％；e、數種腐蝕抑制劑為丁二酸酐(succinic anhydride)、正丁基胺(n-Butylamine)、正辛基胺(n-Octylamine)、正癸基胺(n-Decylamine)、正十二基胺(n-Dodecylamine)等混合物；f、分子量2000～10000的聚乙二醇濃度為30克/升；以及g、混合型添加劑濃度為50ppm。
本發明碳鋼螺絲表面處理結構，包括有一碳鋼螺絲；及經一烤漆涂料配方處理該碳鋼螺絲表層，使該碳鋼螺絲表層產生一保護層，其中該烤漆涂料配方如前所述。
本發明舉出應用于防腐木材的碳鋼螺絲的表面處理的實施例，并且和傳統碳鋼螺絲表面處理作比較例。
實驗例一步驟一首先將該碳鋼螺絲表面先經機械法去除銹斑或雜質，該機械法包括以機器清洗與干燥。
步驟二將該碳鋼螺絲與該數種腐蝕抑制劑高溫共浴，形成無六價鉻處理的碳鋼螺絲。該高溫共浴的溫度是在60℃～80℃。
步驟三加入該硅氧烷化合物與該含氟的界面活性劑混合物，經120～150℃烘烤，形成一種光滑度高的硅氧化合物薄膜于該碳鋼螺絲表層。
步驟四將該碳鋼螺絲以前述的烤漆涂料配方，經170～180℃烘烤，使該碳鋼螺絲的表層形成一保護層。該烤漆涂料配方包括有鋅金屬顆粒的濃度為5克/升、鎳金屬顆粒的濃度為0.2克/升、鋁金屬顆粒的濃度為10克/升、相對于該聚乙二醇的含氟的界面活性劑濃度為0.2％、分子量2000～10000的聚乙二醇濃度為30克/升、混合型添加劑濃度為50ppm。檢驗該碳鋼螺絲以AWPAE-1294進行90天測試，結果如圖1。該碳鋼螺絲實驗前后重量損失低于0.2％。
實驗例二步驟一首先將該碳鋼螺絲表面先經機械法去除銹斑或雜質，該機械法包括以機器清洗與干燥。
步驟二于該碳鋼螺絲表面電解電鍍7～8微米的鋅金屬層。
步驟三將該碳鋼螺絲與該數種腐蝕抑制劑高溫共浴，形成無六價鉻處理的鍍鋅碳鋼螺絲。該高溫共浴的溫度是在60℃～80℃。
步驟四加入該硅氧烷化合物與該含氟的界面活性劑混合物，經120～150℃烘烤，形成一種光滑度高的硅氧化合物薄膜于該碳鋼螺絲表層。
步驟五將該碳鋼螺絲以前述的烤漆涂料配方，經170～180℃烘烤，使該碳鋼螺絲的表層形成一保護層。該烤漆涂料配方包括有鋅金屬顆粒的濃度為5克/升、鎳金屬顆粒的濃度為0.2克/升、鋁金屬顆粒的濃度為10克/升、相對于該聚乙二醇的含氟的界面活性劑濃度為0.2％、分子量2000～10000的聚乙二醇濃度為30克/升、混合型添加劑濃度為50ppm。檢驗該碳鋼螺絲以AWPA E-1294進行90天測試，結果如圖二。該碳鋼螺絲實驗前后重量損失低于0.1％。
實驗比較例(傳統技術)步驟一碳鋼螺絲表面先經機械法，除去銹斑或雜質，以電解電鍍7～8微米的鋅金屬。
步驟二以六價鉻處理的鍍鋅碳鋼螺絲。
步驟三以下述配方，經170～180℃烘烤后形成表面鈍化的保護層。該配方為鋅金屬顆粒的濃度為5克/升、鋁金屬顆粒的濃度為10克/升、聚乙二醇(PEG 2000～10000)濃度為30克/升。檢驗該螺絲以AWPA E-12 94進行90天測試，結果如圖3。該螺絲實驗前后重量損失高于1％。
由上可知，本發明應用于防腐木材的碳鋼螺絲表面處理方法及結構，是以本發明的烤漆涂料配方來達成，本發明以AWPA E-12 94進行測試，重量損失于0.1％～0.2％間。而實驗比較例的結果發現重量損失高于1％。因此本發明顯較傳統有功效上的增進。
本發明因而可達到如下功效1、無孔洞(Void)或縫隙(Seam)，亦即光滑度高的硅氧化合物薄膜形成于該碳鋼螺絲電鍍鋅金屬表層上，即可達到超越傳統六價鉻為膜層的耐蝕性。
2、本發明的碳鋼螺絲經本發明的烤漆涂料配方處理，可減少環保公害問題，也可適用于一般的螺絲應用。
3、本發明的螺絲表面處理方法，使形成光滑度高，致密的保護層，有效緊密的與基材結合，防止保護層遭受螺絲于使用階段被破壞、磨耗等問題產生，而使螺絲底材或基材直接或間接遭受防腐木材中腐蝕因子侵蝕。
權利要求
1.一種碳鋼螺絲的烤漆涂料配方，其特征在于包括a、鋅金屬濃度為5至10克/升，顆粒為25～75微米；b、鎳金屬濃度為0.2至0.5克/升，顆粒為100～200微米；c、鋁金屬顆粒的濃度為10至20克/升，顆粒為15～25微米；d、相對于聚乙二醇的含氟的界面活性劑濃度為0.2％；e、數種腐蝕抑制劑為丁二酸酐(succinic anhydride)、正丁基胺(n-Butylamine)、正辛基胺(n-Octylamine)、正癸基胺(n-Decylamine)、正十二基胺(n-Dodecylamine)等混合物；f、分子量2000～10000的聚乙二醇濃度為30至50克/升；以及g、混合型添加劑濃度為10ppm至60ppm。
2.如權利要求1所述的碳鋼螺絲的烤漆涂料配方，其特征在于該混合型添加劑為苯并三唑衍生物，該苯并三唑衍生物的結構式為 其中R1、R2、R3與R4是選自氫與碳數1至4的烷基所組的族群。
3.如權利要求2所述的碳鋼螺絲的烤漆涂料配方，其特征在于該苯并三唑衍生物選擇自苯并三唑(Benzotriazole)、4-甲基-苯并三唑(4-methyl-benzotriazole)、5-甲基-苯并三唑(5-methyl-benzotriazole)、4，7-二甲基-苯并三唑(4，7-dimethyl-benzotriazole)、5，6-二甲基-苯并三唑(5，6-dimethyl-benzotriazole)中之一。
4.如權利要求1所述的碳鋼螺絲的烤漆涂料配方，其特征在于該含氟的界面活性劑為3M(Minnesota Mining and Manufacturing Co.)公司生產的產品，編號為FC-4430。
5.如權利要求1所述的碳鋼螺絲的烤漆涂料配方，其特征在于該數種腐蝕抑制劑為丁二酸酐(succinic anhydride)、正丁基胺(n-Butylamine)、正辛基胺(n-Octylamine)、正癸基胺(n-Decylamine)、正十二基胺(n-Dodecylamine)的混合物。
6.一種碳鋼螺絲表面處理方法，該方法是使用于如權利要求1所述的烤漆涂料配方，其特征在于，該方法包括下列步驟1)去除該碳鋼螺絲表面的雜質；2)于60℃～80℃處理該碳鋼螺絲與數種腐蝕抑制劑；3)加入硅氧烷化合物與含氟的界面活性劑混合物，經120℃～150℃烘烤，形成硅氧化合物薄膜于該碳鋼螺絲表層；及4)浸入烤漆涂料配方，經170～180℃烘烤，該烤漆涂料配方包括a、鋅金屬濃度為5至10克/升，顆粒為25～75微米；b、鎳金屬濃度為0.2至0.5克/升，顆粒為100～200微米；c、鋁金屬顆粒的濃度為10至20克/升，顆粒為15～25微米；d、相對于聚乙二醇的含氟的界面活性劑濃度為0.2％；e、數種腐蝕抑制劑為丁二酸酐(succinic anhydride)、正丁基胺(n-Butylamine)、正辛基胺(n-Octylamine)、正癸基胺(n-Decylamine)、正十二基胺(n-Dodecylamine)等混合物；f、分子量2000～10000的聚乙二醇濃度為30至50克/升；以及g、混合型添加劑濃度為10ppm至60ppm。
7.如權利要求6所述的碳鋼螺絲表面處理方法，其特征在于該碳鋼螺絲表面經清洗干燥去除雜質。
8.如權利要求7所述的碳鋼螺絲表面處理方法，其特征在于該烤漆涂料配方包括a、鋅金屬濃度為5克/升；b、鎳金屬濃度為0.2克/升；c、鋁金屬顆粒的濃度為10克/升；d、相對于聚乙二醇的含氟的界面活性劑濃度為0.2％；e、數種腐蝕抑制劑為丁二酸酐(succinic anhydride)、正丁基胺(n-Butylamine)、正辛基胺(n-Octylamine)、正癸基胺(n-Decylamine)、正十二基胺(n-Dodecylamine)等混合物；f、分子量2000～10000的聚乙二醇濃度為30克/升；以及g、混合型添加劑濃度為50ppm。
9.如權利要求6所述的碳鋼螺絲表面處理方法，其特征在于該步驟1后電解電鍍7～8微米的鋅金屬層于該碳鋼螺絲表面。
10.一種碳鋼螺絲表面處理結構，是使用于如權利要求1所述的烤漆涂料配方，其特征在于，所述結構包括一碳鋼螺絲；及經一烤漆涂料配方處理該碳鋼螺絲表層，使該碳鋼螺絲表層產生一保護層，其特征在于該烤漆涂料配方包括a、鋅金屬濃度為5至10克/升，顆粒為25～75微米；b、鎳金屬濃度為0.2至0.5克/升，顆粒為100～200微米；c、鋁金屬顆粒的濃度為10至20克/升，顆粒為15～25微米；d、相對于聚乙二醇的含氟的界面活性劑濃度為0.2％；e、數種腐蝕抑制劑為丁二酸酐(succinic anhydride)、正丁基胺(n-Butylamine)、正辛基胺(n-Octylamine)、正癸基胺(n-Decylamine)、正十二基胺(n-Dodecylamine)等混合物；f、分子量2000～10000的聚乙二醇濃度為30至50克/升；以及g、混合型添加劑濃度為10ppm至60ppm。
11.如權利要求10所述的碳鋼螺絲表面處理結構，其特征在于，該烤漆涂料配方包括a、鋅金屬濃度為5克/升；b、鎳金屬濃度為0.2克/升；c、鋁金屬顆粒的濃度為10克/升；d、相對于聚乙二醇的含氟的界面活性劑濃度為0.2％；e、數種腐蝕抑制劑為丁二酸酐(succinic anhydride)、正丁基胺(n-Butylamine)、正辛基胺(n-Octylamine)、正癸基胺(n-Decylamine)、正十二基胺(n-Dodecylamine)等混合物；f、分子量2000～10000的聚乙二醇濃度為30克/升；以及g、混合型添加劑濃度為50ppm。
全文摘要
一種應用于防腐木材的碳鋼螺絲的表面處理方法及結構，烤漆涂料配方，是在碳鋼螺絲表面進行耐腐蝕與均勻、致密性的處理，并形成一層耐腐蝕結構。該耐腐蝕結構是由一烤漆涂料配方來達到，該烤漆涂料配方具有鋅金屬、鎳金屬、鋁金屬、聚乙二醇、硅氧烷化合物、含氟的界面活性劑、數種腐蝕抑制劑及混合型添加劑等。
文檔編號B05D3/02GK1876741SQ20051007511
公開日2006年12月13日 申請日期2005年6月8日 優先權日2005年6月8日
發明者蘇寶暖 申請人:蘇寶暖