本發(fā)明涉及金屬表面預(yù)處理，進(jìn)一步地說，是涉及一種用于金屬表面預(yù)處理的多爪型硅烷偶聯(lián)劑溶液及其制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、將有機(jī)涂料涂覆于物體表面，并干燥成膜的過程稱之為涂裝。各種金屬材料及其制品經(jīng)機(jī)械加工、熱處理以及在貯存和運(yùn)輸過程中，在其表面總會有氧化皮、油污等，這些表面污物會嚴(yán)重影響到表面處理過程中涂層的致密性以及與基體的結(jié)合強(qiáng)度。因此，金屬基材涂裝前需要進(jìn)行預(yù)處理。

2、金屬基材涂裝前預(yù)處理的目的在于清除被涂物表面的油脂、油污、腐蝕產(chǎn)物、殘留雜質(zhì)等，并賦予被涂表面一定的化學(xué)、物理特性，達(dá)到增加涂層附著力，增加被涂物保護(hù)性和裝飾性的目的。因此，涂裝前的預(yù)處理是金屬基材涂料施工過程中重要的步驟，它能保證涂層良好質(zhì)量的實(shí)現(xiàn)。金屬基材涂裝前的預(yù)處理按處理方法分為：機(jī)械法和化學(xué)法?；瘜W(xué)法是借助化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行處理的方法，包括磷化、硅烷偶聯(lián)劑處理等。

3、磷化處理等方式在處理過程中會產(chǎn)生大量含磷廢水，這對環(huán)境造成了極為嚴(yán)重的污染。隨著環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)以及環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，這種對環(huán)境不友好的處理方法面臨著巨大的挑戰(zhàn)。另一方面，磷化處理方法在金屬與涂層之間的結(jié)合力方面往往表現(xiàn)得不夠理想。結(jié)合力不足可能會導(dǎo)致涂層容易脫落，從而極大地影響產(chǎn)品的使用壽命和性能。在實(shí)際應(yīng)用中，這可能會帶來頻繁的維修和更換成本，降低生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

4、采用硅烷偶聯(lián)劑對金屬基材進(jìn)行處理，是目前較新的技術(shù)。目前，所公開的關(guān)于硅烷偶聯(lián)劑預(yù)處理的技術(shù)所采用的硅烷偶聯(lián)劑均為常規(guī)的單爪型硅烷，交聯(lián)密度較低；采用單爪型硅烷處理后的金屬基材涂裝后，涂層與金屬基體結(jié)合強(qiáng)度仍有待增強(qiáng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：采用單爪硅烷偶聯(lián)劑對金屬基材涂裝前預(yù)處理，處理后的金屬基材涂裝后，涂層與金屬基體結(jié)合強(qiáng)度仍有待增強(qiáng)。

2、多爪型硅烷偶聯(lián)劑溶液作為一種新型的金屬表面預(yù)處理劑，具有更高的交聯(lián)密度，多爪型端基硅烷水解后產(chǎn)生的硅羥基與金屬基體表面鍵合優(yōu)勢明顯，展現(xiàn)出極大的應(yīng)用潛力。本發(fā)明通過選取兩種以及上的多爪型硅烷偶聯(lián)劑、進(jìn)行不同種類硅烷偶聯(lián)劑的復(fù)配設(shè)計，得到最優(yōu)的硅烷偶聯(lián)劑復(fù)配組合，從而得到一種用于金屬表面預(yù)處理的多爪型硅烷偶聯(lián)劑溶液。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)化硅烷偶聯(lián)劑復(fù)配組合與不同溶劑、助劑等組分的配比，得到一種效果更優(yōu)的、用于金屬表面預(yù)處理的多爪型硅烷偶聯(lián)劑溶液。

3、本發(fā)明的目的之一在于提供一種用于金屬表面預(yù)處理的多爪型硅烷偶聯(lián)劑溶液。

4、所述用于金屬表面預(yù)處理的多爪型硅烷偶聯(lián)劑溶液包含a組分，所述a組分包含兩種以上多爪型硅烷偶聯(lián)劑；所述多爪型硅烷偶聯(lián)劑是指硅烷分子鏈中含有兩個或兩個以上的可水解爪型端基活性基團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑。

5、雖然，任意兩種以上多爪型硅烷偶聯(lián)劑復(fù)配后均可以實(shí)現(xiàn)一定的預(yù)處理效果的提升，但是，不同多爪型硅烷偶聯(lián)劑復(fù)配后的效果不盡相同。相對于其他多爪型硅烷偶聯(lián)劑，1,3,5-三(三甲氧基硅丙基)聚異氰酸酯、雙[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺、雙-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物中的兩種以上復(fù)配后的效果明顯更好，預(yù)處理后對后續(xù)涂層的附著力、力學(xué)性能、耐腐蝕性能的提升更加顯著。因此，作為優(yōu)選方案，所述多爪型硅烷偶聯(lián)劑選自1,3,5-三(三甲氧基硅丙基)聚異氰酸酯、雙[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺、雙-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物。

6、當(dāng)采用1,3,5-三(三甲氧基硅丙基)聚異氰酸酯、雙[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺、雙-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物中的兩種以上進(jìn)行復(fù)配時，采用特定比例復(fù)配能夠產(chǎn)生更好的效果。

7、當(dāng)所述多爪型硅烷偶聯(lián)劑為1,3,5-三(三甲氧基硅丙基)聚異氰酸酯和雙[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺時，1,3,5-三(三甲氧基硅丙基)聚異氰酸酯與雙[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺的質(zhì)量比為(1-3)：1，優(yōu)選為(1.5-2)：1。

8、當(dāng)所述多爪型硅烷偶聯(lián)劑為雙[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺和雙-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物時，雙[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺與雙-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物的質(zhì)量比為(0.5-2)：1，優(yōu)選為(1-1.5)：1。

9、當(dāng)所述多爪型硅烷偶聯(lián)劑為1,3,5-三(三甲氧基硅丙基)聚異氰酸酯和雙-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物時，1,3,5-三(三甲氧基硅丙基)聚異氰酸酯與雙-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物的質(zhì)量比為(0.5-1.5)：1；優(yōu)選為(0.7-1)：1。

10、當(dāng)所述多爪型硅烷偶聯(lián)劑為1,3,5-三(三甲氧基硅丙基)聚異氰酸酯、雙[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺和雙-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物時，1,3,5-三(三甲氧基硅丙基)聚異氰酸酯、雙[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺與雙-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物的質(zhì)量比為(0.5-2)(0.5-2)：1，優(yōu)選為(0.8-1.2)(0.6-1)：1。

11、常規(guī)的硅烷處理多采用硅烷溶液(相當(dāng)于a組分)直接處理，不會在硅烷溶液中加入填料、助劑等成分。本發(fā)明通過在a組分中加入納米填料和助劑的方式進(jìn)一步提升了硅烷膜與金屬表面的界面結(jié)合、力學(xué)性能和耐腐蝕性。因此，作為優(yōu)選方案，所述用于金屬表面預(yù)處理的多爪型硅烷偶聯(lián)劑溶液還包含b組分，所述b組分包含溶劑、納米填料和助劑；

12、以a組分和b組分的總含量為100wt％計，各組分含量如下：

13、a組分3～15wt％，優(yōu)選為8～10wt％；

14、溶劑60～80wt％，優(yōu)選為68～72wt％；

15、納米填料14～26wt％，優(yōu)選為18～22wt％；

16、助劑1～3wt％，優(yōu)選為1.5～2.5wt％。

17、作為一種方案，一種用于金屬表面預(yù)處理的多爪型硅烷偶聯(lián)劑溶液由a組分和b組分組成；a組分的含量為3～15wt％，優(yōu)選為8～10wt％；b組分的含量為97～85wt％，優(yōu)選為92～90wt％。

18、所述納米填料主要用來提高硅烷膜的耐蝕性、耐磨性等性能。所述納米填料可以選自納米二氧化鈦、納米二氧化硅、納米碳酸鈣中的一種以上。

19、所述納米填料粒徑處于納米尺度，這使得它們相比于普通填料(粒徑多為微米級或更大)具有獨(dú)特的量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)等。納米填料比表面積更大，與基體結(jié)合更好，對成膜物的強(qiáng)度等力學(xué)性能提升更明顯。

20、所述納米填料優(yōu)選選取粒徑為1～100納米的小粒徑填料，填料穩(wěn)定性更高。所述納米填料優(yōu)選選擇不規(guī)則表面形狀的填料，成膜后可形成納米尺度凹凸粗糙表面，為后續(xù)涂料的涂覆提供更優(yōu)異的界面附著。

21、所述助劑主要用來改善硅烷偶聯(lián)劑溶液的性能，如提高硅烷偶聯(lián)劑溶液的穩(wěn)定性、防止泡沫產(chǎn)生、增強(qiáng)抗氧化能力等。所述助劑可以選自表面活性劑、分散劑、消泡劑、穩(wěn)定劑、抗氧化劑中的一種以上。

22、由于納米填料在硅烷偶聯(lián)劑溶液中不易分散，本發(fā)明通過含不同官能團(tuán)各種助劑的篩選適配實(shí)驗(yàn)，選出適配的表面活性劑及高分子分散劑，使其在納米填料表面吸附，改變納米填料表面的性質(zhì)，從而改變納米填料與硅烷偶聯(lián)劑溶液之間、納米填料微粒之間的相互作用，實(shí)現(xiàn)體系的分散。因此，所述助劑優(yōu)選選自醚類非離子型乳化劑和聚丙烯酸鈉鹽。

23、所述溶劑在溶液中起到溶解、分散和促進(jìn)多爪型硅烷偶聯(lián)劑水解的作用。所述溶劑可以選自水、醇中的一種以上。所述水優(yōu)選為去離子水。所述醇優(yōu)選選自乙二醇、乙醇、異丙醇。具體實(shí)施時，可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求和實(shí)際情況，選擇合適的溶劑可以提高溶液的穩(wěn)定性和適用性。

24、本發(fā)明的目的之二在于提供一種發(fā)明目的之一所述的含有b組分的多爪型硅烷偶聯(lián)劑溶液的制備方法。

25、一種發(fā)明目的之一所述的多爪型硅烷偶聯(lián)劑溶液的制備方法包括：先將所述b組分的各組分按所述含量混合、分散，再將a組分和b組分按所述含量混合均勻，得到所述多爪型硅烷偶聯(lián)劑溶液。

26、在a組分和b組分混合過程中，控制溫度為10℃～30℃、ph為4～5。具體可以通過加入醋酸的方式將ph調(diào)節(jié)到4～5之間。

27、所述b組分的各組分的混合、分散可以采用常規(guī)方式進(jìn)行；具體的，可以在全自動振蕩混勻機(jī)中進(jìn)行，振蕩分散時間范圍可以為0.3～0.5h；

28、所述a組分和b組分的混合可以采用常規(guī)方式進(jìn)行；具體的，所述混合可以在攪拌分散多用機(jī)中進(jìn)行，a、b組分混合攪拌速度范圍可以為300～500r/min，時間范圍可以為0.5～1h。

29、本發(fā)明的目的之三在于提供一種發(fā)明目的之一所述的多爪型硅烷偶聯(lián)劑溶液和發(fā)明目的之二所述的制備方法制備的多爪型硅烷偶聯(lián)劑溶液在金屬基材表面預(yù)處理領(lǐng)域的應(yīng)用。可用于包括鋼、鋁合金等在內(nèi)的各種金屬表面預(yù)處理。

30、發(fā)明目的之一所述的多爪型硅烷偶聯(lián)劑溶液和發(fā)明目的之二所述的制備方法制備的多爪型硅烷偶聯(lián)劑溶液對金屬表面的處理方法，包括：

31、首先，對金屬樣板表面進(jìn)行清潔處理，去除油污、銹跡、氧化層等雜質(zhì)；

32、然后，將多爪型硅烷偶聯(lián)劑溶液均勻地涂覆在金屬樣板表面；

33、最后，將涂覆后硅烷溶液后金屬樣板在一定溫度和時間內(nèi)干燥和固化，在金屬樣板表面形成一層堅固的硅烷膜。

34、所述清潔處理方法可以采用砂紙打磨、噴砂、電解拋光、堿性清洗劑清洗等方法，根據(jù)金屬材料的性質(zhì)和表面狀況選擇合適的清潔方法。

35、所述硅烷偶聯(lián)劑溶液涂覆方法可以采用噴涂、刷涂、浸漬等方式，確保溶液能夠充分覆蓋金屬表面。

36、所述干燥時間一般為12～48h。

37、所述固化溫度范圍為10℃～150℃。

38、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

39、本發(fā)明提供一種用于金屬表面預(yù)處理的多爪型硅烷偶聯(lián)劑溶液，可用于各種金屬基材涂裝前的預(yù)處理，預(yù)處理后在金屬基材表面形成硅烷膜。所得硅烷膜具有多種優(yōu)異性能，能夠顯著提高金屬基材與涂層之間的結(jié)合力，增強(qiáng)金屬表面涂層的耐腐蝕性能和耐用性；較未預(yù)處理的基材的涂層的附著力、耐腐蝕等性能提升顯著。

40、本發(fā)明提供的多爪型硅烷偶聯(lián)劑溶液，能提高金屬基材與后續(xù)涂層之間的結(jié)合力，增強(qiáng)金屬基材的耐用性和防腐性；具體而言，通過使用多爪型硅烷偶聯(lián)劑溶液進(jìn)行金屬表面預(yù)處理后，金屬涂層的附著力可達(dá)16.3mpa以上、1000h中性鹽霧劃痕單邊銹蝕寬度≤1mm，2000h海水浸泡電化學(xué)阻抗值可達(dá)1.8×109ω·cm2以上。

41、本發(fā)明的多爪型硅烷偶聯(lián)劑溶液，制備方法簡單，成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

42、本發(fā)明的多爪型硅烷偶聯(lián)劑溶液，對金屬表面進(jìn)行預(yù)處理時，處理方法便捷、高效，從而降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，滿足現(xiàn)代工業(yè)涂裝對金屬表面處理的高質(zhì)量要求。在對金屬表面進(jìn)行預(yù)處理時，能避免產(chǎn)生大量含磷廢水等有害物質(zhì)，減少對環(huán)境的污染，具有環(huán)保、無毒、無污染的特點(diǎn)，符合現(xiàn)代環(huán)保要求。