專利名稱：一種提高金屬表面防護(hù)性能的水性硅烷處理劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及金屬表面前期處理的硅烷處理劑。
背景技術(shù)：
大多數(shù)金屬制品在運(yùn)輸和貯存及使用等過(guò)程中，其表面易發(fā)生各種形式的腐蝕， 特別是形成各種銹斑的大氣腐蝕，這些腐蝕會(huì)嚴(yán)重影響金屬的品質(zhì)以及由此金屬制成產(chǎn)品的質(zhì)量。同時(shí)金屬表面的腐蝕帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，在我國(guó)，據(jù)統(tǒng)計(jì)每年金屬表面腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約占國(guó)民生產(chǎn)總值的4%，腐蝕損失甚至超過(guò)了火災(zāi)、風(fēng)災(zāi)和地震造成損失的總和，如此驚人的損耗，刺激著市場(chǎng)對(duì)金屬表面防腐產(chǎn)品需求的增長(zhǎng)。雖然金屬表面腐蝕產(chǎn)生的銹斑可以從金屬基體上除去，但這些方法常常耗時(shí)長(zhǎng)且還會(huì)降低金屬的強(qiáng)度。另外，當(dāng)金屬表面涂覆聚合物涂料、粘合劑或橡膠防腐劑時(shí)，金屬表面的腐蝕會(huì)引起防腐劑涂層與金屬表面之間附著力的喪失或減弱，不能起到很好的防腐效果。因此，在涂覆防腐劑前必須對(duì)金屬表面進(jìn)行前期處理，才能有效防止金屬制品在運(yùn)輸、貯存及使用等過(guò)程中其表面腐蝕的發(fā)生，延長(zhǎng)金屬制品的使用壽命。隨著環(huán)保呼聲的高漲，迫切需要研發(fā)性能優(yōu)良的表面處理劑，其中金屬表面硅烷處理劑，因具有防腐性能好、節(jié)能、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，具有良好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，被廣泛應(yīng)用。現(xiàn)有金屬表面的硅烷處理劑，如申請(qǐng)?zhí)枮?00910273383. 9的“可以提高金屬表面防腐性能的環(huán)保型納米水性硅烷處理劑”專利，公開(kāi)的金屬表面硅烷處理劑是每升包含有
A類烷氧基硅烷5 50ml
B類烷氧基硅烷5 50ml
水分散性納米二氧化硅5 200mg
納米氧化鈰0 200mg
稀土鈰鹽10 SOOmg
余量為水該處理劑的主要缺點(diǎn)是①納米二氧化硅價(jià)格昂貴，用量高達(dá)5 200mg/L，成本高。②稀土鈰鹽價(jià)格昂貴，用量高達(dá)10 500mg/L，增加成本。③添加納米二氧化硅，需要使用超聲波清洗機(jī)超聲分散，操作過(guò)程復(fù)雜，進(jìn)一步增加成本；④一種雙甲硅烷基硅烷為包含至少一種非親水性官能團(tuán)的雙甲硅烷基硅烷，水溶性差，硅烷水解時(shí)間長(zhǎng)，易導(dǎo)致產(chǎn)生的硅醇縮聚交聯(lián)，從而導(dǎo)致產(chǎn)品的耐腐蝕性差。⑤硅烷處理劑的存儲(chǔ)穩(wěn)定性差，為提高金屬表面處理劑的穩(wěn)定性，在使用時(shí)，需進(jìn)一步加入乙醇，從而增加廢水的生化耗氧量B0D，增加廢水的處理成本，不易推廣應(yīng)用
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有金屬表面硅烷處理劑的不足之處，提供一種提高金屬表面防護(hù)性能的水性硅烷處理劑，具有處理劑溶液存儲(chǔ)穩(wěn)定性高、附著力強(qiáng)、耐腐蝕效果好， 節(jié)能、環(huán)保、操作簡(jiǎn)便，成本低等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種提高金屬表面防護(hù)性能的水性硅烷處理劑， 所述處理劑的組分及其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為
乙烯基三乙酰氧基硅烷0.33% 1.59%
雙-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺1. 19% 4. 71%
硝酸鑭9. 05% 28. 54%
去離子水69. 93% 84. 65%其中所述的乙烯基三乙酰氧基硅烷雙-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺的體積比為1 '. 3 5。本發(fā)明處理劑的制備方法的具體步驟如下(1)備料按照本發(fā)明處理劑的組分及其配比備齊原料。即
乙烯基三乙酰氧基硅烷0.33% 1.59%
雙-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺1. 19% 4. 71%
硝酸鑭9. 05% 28. 54%
去離子水9. 05% 28. 54%其中所述的乙烯基三乙酰氧基硅烷雙_(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺的體積比為1 '. 3 5。(2)攪拌混合均勻第(1)步完成后，按乙烯基三乙酰氧基硅烷雙_(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺的體積比為1 3 5，在攪拌釜中，先加入乙烯基三乙酰氧基硅烷和雙-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺，攪拌混合均勻后，靜置3 4小時(shí)。再加入去離子水和硝酸鑭，攪拌混合至混合溶液變得完全澄清透明后，就制備出本發(fā)明的水性硅烷處理劑。本發(fā)明處理劑的使用方法對(duì)待處理的金屬基體的表面，先用0. 3g/L氫氧化鈉和2g/L磷酸三鈉及20g/L亞硝酸鈉組成的堿性清洗劑，在50 60°C下超聲清洗5分鐘。再用自來(lái)水對(duì)金屬表面進(jìn)行沖洗1分鐘。然后，用去離子水再對(duì)金屬表面進(jìn)行沖洗，使金屬表面形成無(wú)縫水膜。最后將表面沖洗后的金屬基體放入到本發(fā)明的水性硅烷處理劑中，浸漬5 30秒后取出，在80 150°C下烘干0. 5 2小時(shí)，就完成對(duì)金屬表面的防護(hù)前期處理。本發(fā)明采用以上技術(shù)方案后，主要有以下效果(1)本發(fā)明用硝酸鑭取代稀土鈰鹽，耐腐蝕效果更佳且價(jià)格低廉。硅烷膜能改善金屬基體的耐腐蝕性能。然而硅烷膜常常存在針孔、微裂紋等缺陷，由于硝酸鑭具有良好的腐蝕抑制性，硝酸鑭在硅烷膜中的硅氧烷網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)行自組裝修復(fù)硅烷膜的微裂紋和針孔等缺陷，使硅烷膜均勻、致密、完整，從而能明顯提高硅烷膜的耐腐蝕性能。(2)本發(fā)明水性硅烷處理劑溶液的存儲(chǔ)穩(wěn)定性高。本發(fā)明選用乙烯基三乙酰氧基硅烷和雙_(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺能夠提高溶液的存儲(chǔ)穩(wěn)定性，主要體現(xiàn)在乙烯基三乙酰氧基硅烷和雙_(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺在去離子水中水解產(chǎn)生的硅醇，能夠及時(shí)與雙_(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺中的氮元素形成氫鍵，防止產(chǎn)生的硅醇之間發(fā)生縮聚交聯(lián)，保證了硅醇能夠穩(wěn)定地長(zhǎng)期的存在于溶液中，從而有效提高溶液的穩(wěn)定性。此時(shí)，本發(fā)明的水性硅烷溶液，不用使用含醇類有機(jī)物質(zhì)作為溶劑來(lái)提高溶液的穩(wěn)定性，從而大大減少了金屬表面硅烷化處理后廢水的生化耗氧量B0D。(3)本發(fā)明水性硅烷處理劑的附著力強(qiáng)，適用于更多種類的涂料進(jìn)行金屬表面的后期處理。主要體現(xiàn)在①金屬表面硅烷處理劑中的硅羥基能與金屬表面的羥基反應(yīng)形成化學(xué)鍵，使硅烷膜與金屬形成很強(qiáng)的附著力；②硅烷膜夠改善金屬表面的粗糙度，在金屬表面的后期處理中，有助于提高金屬表面與涂料的附著力；③硅烷膜能夠與金屬表面的后期處理涂料形成物理交聯(lián)作用或者化學(xué)鍵，使硅烷膜與涂料獲得很強(qiáng)的附著力；④本發(fā)明中選用乙烯基三乙酰氧基硅烷，該物質(zhì)中的乙烯基具有很高的反應(yīng)活性，很夠與粘接性能較差的涂料反應(yīng)形成化學(xué)鍵，獲得很強(qiáng)的附著力，從而增加了金屬表面后處理涂料種類的適用范圍。(4)耐腐蝕性能高，無(wú)需采用納米材料就能達(dá)到很好的防腐效果，成本低。納米材料如納米二氧化硅，極易發(fā)生團(tuán)聚，形成沉淀，引起溶液透明度降低，而且在金屬表面處理過(guò)程中，如果不除去沉淀，會(huì)嚴(yán)重影響處理效果；本發(fā)明由于不使用納米二氧化硅，原料更少，并且在溶液的配置過(guò)程中，不使用超聲波清洗機(jī)對(duì)納米材料進(jìn)行超聲分散，操作簡(jiǎn)單， 成本更低，便于推廣應(yīng)用。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于金屬表面的前期處理中，是提高金屬表面防護(hù)性能的理想的處理劑。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1一種提高金屬表面防護(hù)性能的水性硅烷處理劑的組分及其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)如下
乙烯基三乙酰氧基硅烷0.63%雙_(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺2.79%
硝酸鑭23.03%去離子水73, 55%其中所述的乙烯基三乙酰氧基硅烷雙_(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺的體積比為 1 5。實(shí)施例2一種提高金屬表面防護(hù)性能的水性硅烷處理劑的組分及其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)如下乙烯基三乙酰氧基硅烷0.33^
雙、三甲氧基甲硅烷基丙基)胺1. 19。石
硝酸鑭28‘ 54。名
去離子水61 93。石
〔0035〕 其中所述的乙烯基三乙酰氧基硅烷雙、三甲氧基甲硅烷基丙基)胺的體積比
為 1 4。
〔0036〕 實(shí)施例3
〔0037〕 一種提高金屬表面防護(hù)性能的水性硅烷處理劑的組分及其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)如下 乙烯基三乙酰氧基硅烷丨.59%
雙三甲氧基甲硅烷基丙基)胺毛7代
〔0038〕
硝酸鑭105^0
去離子水8也65。名
〔0039〕 其中所述的乙烯基三乙酰氧基硅烷雙、三甲氧基甲硅烷基丙基)胺的體積比 為1 ； 3丨33。 〔0040〕 實(shí)施例4
〔0041〕 一種提高金屬表面防護(hù)性能的水性硅烷處理劑的組分及其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)如下 乙烯基三乙酰氧基硅烷1. 3代
雙三甲氧基甲硅烷基丙基)胺3.48^
〔0042〕
硝酸鑭19.94^
去離子水75’ 28。名
〔0043〕 其中所述的乙烯基三乙酰氧基硅烷雙、三甲氧基甲硅烷基丙基)胺的體積比
為 1 3。
〔0044〕 試驗(yàn)結(jié)果
〔0045〕 用本實(shí)施例1 4的提高金屬表面防護(hù)性能的水性硅烷處理劑，對(duì)金屬表面進(jìn)行 前期處理后，分別按照醋酸鉛點(diǎn)蝕試驗(yàn)和3丨氯化鈉全浸腐蝕試驗(yàn)⑶9794-1988及 附著力試驗(yàn)⑶/19286-1988進(jìn)行耐腐蝕性評(píng)估試驗(yàn)，與現(xiàn)有硅烷處理劑對(duì)金屬表面進(jìn)行前 期處理后的耐腐蝕性評(píng)估試驗(yàn)，進(jìn)行比較，其結(jié)果如下 〔0046〕
權(quán)利要求
1.一種提高金屬表面防護(hù)性能的水性硅烷處理劑，其特征在于所述處理劑的組分及其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)如下乙烯基三乙酰氧基硅烷0.33% 1.59%雙-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺1. 19% 4. 71%硝酸鑭9. 05% 28. 54%去離子水69. 93% 84. 65%其中所述的乙烯基三乙酰氧基硅烷雙_(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺的體積比為 1 3 5。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種提高金屬表面防護(hù)性能的水性硅烷處理劑，其特征在于所述處理劑的組分及其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)如下乙烯基三乙酰氧基硅烷0.63%雙-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺2. 79%硝酸鑭23.03%去離子水73. 55%其中所述的乙烯基三乙酰氧基硅烷雙_(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺的體積比為 1 5。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種提高金屬表面防護(hù)性能的水性硅烷處理劑，其特征在于所述處理劑的組分及其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)如下乙烯基三乙酰氧基硅烷0.33%雙-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺1. 19%硝酸鑭28.54%去離子水69. 93%其中所述的乙烯基三乙酰氧基硅烷雙_(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺的體積比為 1 4。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種提高金屬表面防護(hù)性能的水性硅烷處理劑，其特征在于所述處理劑的組分及其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)如下乙烯基三乙酰氧基硅烷1. 59%雙-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺4.71%硝酸鑭9.05%去離子水84. 65%其中所述的乙烯基三乙酰氧基硅烷雙_(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺的體積比為 1 · 3·33ο
5.按照權(quán)利要求1所述的一種提高金屬表面防護(hù)性能的水性硅烷處理劑，其特征在于所述處理劑的組分及其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)如下乙烯基三乙酰氧基硅烷1.31%雙_(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺3.48%硝酸鑭19.94%去離子水75. 28%其中所述的乙烯基三乙酰氧基硅烷雙_(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺的體積比為 1 3。
全文摘要
一種提高金屬表面防護(hù)性能的水性硅烷處理劑，涉及金屬表面前期處理的硅烷處理劑。本發(fā)明由乙烯基三乙酰氧基硅烷、雙-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺、硝酸鑭、去離子水組成。本發(fā)明具有耐腐蝕性能高，存儲(chǔ)穩(wěn)定性高，附著力強(qiáng)，成本低，便于推廣應(yīng)用等特點(diǎn)。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于金屬表面的前期處理，是提高金屬表面防護(hù)性能的理想的處理劑。
文檔編號(hào)C23C22/05GK102304704SQ201110268508
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者冉長(zhǎng)榮, 周志明, 林震, 王瑤環(huán), 田婉潔, 羨小超, 譚世語(yǔ), 趙朔 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)