專利名稱：一種提高金屬表面防護性能的水性硅烷處理劑的制作方法
技術領域：
本發明屬于金屬表面處理技術領域，具體涉及金屬表面前期處理的硅烷處理劑。
背景技術：
大多數金屬制品在運輸和貯存及使用等過程中，其表面易發生各種形式的腐蝕， 特別是形成各種銹斑的大氣腐蝕，這些腐蝕會嚴重影響金屬的品質以及由此金屬制成產品的質量。同時金屬表面的腐蝕帶來了巨大的經濟損失，在我國，據統計每年金屬表面腐蝕造成的經濟損失約占國民生產總值的4%，腐蝕損失甚至超過了火災、風災和地震造成損失的總和，如此驚人的損耗，刺激著市場對金屬表面防腐產品需求的增長。雖然金屬表面腐蝕產生的銹斑可以從金屬基體上除去，但這些方法常常耗時長且還會降低金屬的強度。另外，當金屬表面涂覆聚合物涂料、粘合劑或橡膠防腐劑時，金屬表面的腐蝕會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金屬表面進行前期處理，才能有效防止金屬制品在運輸、貯存及使用等過程中其表面腐蝕的發生，延長金屬制品的使用壽命。隨著環保呼聲的高漲，迫切需要研發性能優良的表面處理劑，其中金屬表面硅烷處理劑，因具有防腐性能好、節能、環境友好等優點，具有良好經濟效益和社會效益，被廣泛應用。現有金屬表面的硅烷處理劑，如申請號為200910273383. 9的“可以提高金屬表面防腐性能的環保型納米水性硅烷處理劑”專利，公開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是①納米二氧化硅價格昂貴，用量高達5 200mg/L，成本高。②稀土鈰鹽價格昂貴，用量高達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超聲分散，操作過程復雜，進一步增加成本；④一種雙甲硅烷基硅烷為包含至少一種非親水性官能團的雙甲硅烷基硅烷，水溶性差，硅烷水解時間長，易導致產生的硅醇縮聚交聯，從而導致產品的耐腐蝕性差。⑤硅烷處理劑的存儲穩定性差，為提高金屬表面處理劑的穩定性，在使用時，需進一步加入乙醇，從而增加廢水的生化耗氧量B0D，增加廢水的處理成本，不易推廣應用
發明內容
本發明的目的是針對現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性能的水性硅烷處理劑，具有處理劑溶液存儲穩定性高、附著力強、耐腐蝕效果好， 節能、環保、操作簡便，成本低等優點。實現本發明目的的技術方案是一種提高金屬表面防護性能的水性硅烷處理劑， 所述處理劑的組分及其質量百分數為
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。本發明處理劑的制備方法的具體步驟如下(1)備料按照本發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。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，就制備出本發明的水性硅烷處理劑。本發明處理劑的使用方法對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。再用自來水對金屬表面進行沖洗1分鐘。然后，用去離子水再對金屬表面進行沖洗，使金屬表面形成無縫水膜。最后將表面沖洗后的金屬基體放入到本發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，就完成對金屬表面的防護前期處理。本發明采用以上技術方案后，主要有以下效果(1)本發明用硝酸鑭取代稀土鈰鹽，耐腐蝕效果更佳且價格低廉。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絡結構能夠進行自組裝修復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)本發明水性硅烷處理劑溶液的存儲穩定性高。本發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穩定性，主要體現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生的硅醇，能夠及時與雙_(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺中的氮元素形成氫鍵，防止產生的硅醇之間發生縮聚交聯，保證了硅醇能夠穩定地長期的存在于溶液中，從而有效提高溶液的穩定性。此時，本發明的水性硅烷溶液，不用使用含醇類有機物質作為溶劑來提高溶液的穩定性，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)本發明水性硅烷處理劑的附著力強，適用于更多種類的涂料進行金屬表面的后期處理。主要體現在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形成化學鍵，使硅烷膜與金屬形成很強的附著力；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作用或者化學鍵，使硅烷膜與涂料獲得很強的附著力；④本發明中選用乙烯基三乙酰氧基硅烷，該物質中的乙烯基具有很高的反應活性，很夠與粘接性能較差的涂料反應形成化學鍵，獲得很強的附著力，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，無需采用納米材料就能達到很好的防腐效果，成本低。納米材料如納米二氧化硅，極易發生團聚，形成沉淀，引起溶液透明度降低，而且在金屬表面處理過程中，如果不除去沉淀，會嚴重影響處理效果；本發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程中，不使用超聲波清洗機對納米材料進行超聲分散，操作簡單， 成本更低，便于推廣應用。本發明可廣泛應用于金屬表面的前期處理中，是提高金屬表面防護性能的理想的處理劑。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
，進一步說明本發明。實施例1一種提高金屬表面防護性能的水性硅烷處理劑的組分及其質量百分數如下
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。實施例2一種提高金屬表面防護性能的水性硅烷處理劑的組分及其質量百分數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〕 實施例3
〔0037〕 一種提高金屬表面防護性能的水性硅烷處理劑的組分及其質量百分數如下 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〕 實施例4
〔0041〕 一種提高金屬表面防護性能的水性硅烷處理劑的組分及其質量百分數如下 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〕 試驗結果
〔0045〕 用本實施例1 4的提高金屬表面防護性能的水性硅烷處理劑，對金屬表面進行 前期處理后，分別按照醋酸鉛點蝕試驗和3丨氯化鈉全浸腐蝕試驗⑶9794-1988及 附著力試驗⑶/19286-1988進行耐腐蝕性評估試驗，與現有硅烷處理劑對金屬表面進行前 期處理后的耐腐蝕性評估試驗，進行比較，其結果如下 〔0046〕
權利要求
1.一種提高金屬表面防護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量百分數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.按照權利要求1所述的一種提高金屬表面防護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量百分數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.按照權利要求1所述的一種提高金屬表面防護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量百分數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.按照權利要求1所述的一種提高金屬表面防護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量百分數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.按照權利要求1所述的一種提高金屬表面防護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量百分數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。本發明具有耐腐蝕性能高，存儲穩定性高，附著力強，成本低，便于推廣應用等特點。本發明可廣泛應用于金屬表面的前期處理，是提高金屬表面防護性能的理想的處理劑。
文檔編號C23C22/05GK102304704SQ201110268508
公開日2012年1月4日 申請日期2011年9月9日 優先權日2011年9月9日
發明者冉長榮, 周志明, 林震, 王瑤環, 田婉潔, 羨小超, 譚世語, 趙朔 申請人:重慶大學