CN104278260A - 一种用于铝合金表面的硅烷化处理剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金表面硅烷化处理剂，其主要成分除了水以外还包括：至少一种部分水解的硅烷，至少一种金属螯合物，至少一种有机成膜剂，至少一种长链醇作为成膜助剂和至少一种惰性无机化合物的粉体颗粒。本发明还公开了该硅烷化处理剂的制备方法。本发明配方中添加的硅烷可提高涂料、油漆在处理过的铝合金表面的结合力；添加的钛螯合物可提高铝合金表面的抗腐蚀性能。本发明的处理剂生产步骤简单，硅烷化处理时间短，可有效节省表面处理时间。

Description

一种用于铝合金表面的硅烷化处理剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金表面处理领域，具体涉及一种用于铝合金表面的硅烷化处理剂及其制备方法。

背景技术  

铝合金由于具有优良的物理、化学性能，在国民经济各部门和国防工业中得到了广泛应用，是目前世界上使用量最大的有色金属之一，但在自然条件下形成的氧化膜很薄，耐蚀性能差易发生点蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀开裂及剥落腐蚀等，因此一般铝材在使用前，均需对其表面进行防腐涂装处理。传统的处理方法是在铝材表面涂装一层有机化合物以增强铝材的耐腐蚀性。 

金属表面硅烷化处理技术是近年来在金属腐蚀防护领域中迅速发展起来的一种有望代替铬酸盐的环保型处理技术。该技术主要基于硅烷分子水解后生成的硅羟基能和金属表面的金属氧化物反应的特点和硅烷分子间能够自身缩合形成无机/有机膜层的特性，通过浸泡或者电化学辅助沉积的方式在金属表面制备出具有疏水性能的膜层。这种膜层不仅能对金属基体提供保护作用，同时能够提高金属和涂层之间的附着力。

硅烷化处理技术经过人们不断研究和发展，至今部分技术已在铝合金工业中得到应用。然而该技术仍不完善，现有技术制备的膜层存在薄、有空隙、易水解、非均质、与金属基体附着力不强等缺点，导致对自腐蚀电位较低的铝合金防护能力较差，限制了硅烷化技术在铝合金行业的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无毒且表面处理效果好的用于铝合金表面的硅烷化处理剂。

本发明的另一目的是提供该处理剂的制备方法。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种铝合金表面硅烷化处理剂，其为一种无铬的水基处理液，其主要成分除了水以外还包括：至少一种部分水解的硅烷，至少一种金属螯合物，至少一种有机成膜剂，至少一种长链醇作为成膜助剂和至少一种惰性无机化合物的粉体颗粒。

在上述技术方案的基础上，一种用于铝合金表面的硅烷化处理剂，由下列组分配制而成的水基混合液，每500克混合液中各组分的重量（克）为：

γ-氨丙基三乙氧基硅烷 7-9、

N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷 5-6、

2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯 2-4、

二(三乙醇胺)钛酸二异丙酯 3-5、

十二碳醇酯 1-3、

气相二氧化硅 5-8、

聚乙烯醇 0.8-1.0、

羟基乙叉二膦酸二钠 1.2-1.4、

苯并三氮唑 0.4-0.6、

乙酸 2-4、

2-甲基-1-丙醇 25-35、

余量为去离子水。

进一步地，每500克混合液中各组分的重量（克）优选为：

γ-氨丙基三乙氧基硅烷 8、

N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷 5.5、

2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯 3、

二(三乙醇胺)钛酸二异丙酯 4、

十二碳醇酯 2、

气相二氧化硅 6.5、

聚乙烯醇 0.9、

羟基乙叉二膦酸二钠 1.3、

苯并三氮唑 0.5、

乙酸 3、

2-甲基-1-丙醇 30、

余量为去离子水。

另一方面，一种用于铝合金表面的硅烷化处理剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）取去离子水和2-甲基-1-丙醇配制成混合溶液；

（2）均匀搅拌条件下向步骤（1）配制的混合溶液中加入2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯、十二碳醇酯、聚乙烯醇、羟基乙叉二膦酸二钠和苯并三氮唑，持续搅拌至溶液透明澄清，继续搅拌 20-30分钟；

（3）均匀搅拌条件下，将气相二氧化硅加入步骤（2）得到的混合溶液，搅拌10-15分钟；

（4）均匀搅拌条件下，将γ-氨丙基三乙氧基硅烷和N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷加入步骤（3）得到的混合溶液，持续搅拌30-40分钟；

（5）用乙酸调节步骤（4）得到的混合溶液pH，加入二(三乙醇胺)钛酸二异丙酯，搅拌均匀；

（6）加入剩余的去离子水补水，即得铝合金表面硅烷化处理剂。

本发明在处理剂中添加硅烷可以在铝合金表面和形成的膜层之间形成化学键，同时可以提高涂料、油漆在处理过的铝合金表面的结合力；同时，向硅烷化处理剂中加入金属螯合物，尤其是钛的螯合物，可以显著提高铝合金表面的抗腐蚀性能，在有上述螯合物存在的情况下，可以不需要再向硅烷化处理剂中加入额外的有机防腐剂。通过向硅烷化处理液中掺杂惰性颗粒既可以延长水、氯离子等腐蚀性介质扩散到达金属基体表面的路径，还能够加强有机硅烷膜的机械性能，从而增加有机硅烷膜的防护能力。

利用本发明提及的硅烷化处理剂采用浸渍或者喷涂的方式对经过清洗等工序处理的铝合金基体进行表面处理后，可在其表面形成一层厚度在0.1～10微米间，致密、连续、附着力强的膜层，使铝合金具有教强的防腐效果。

与现有技术相比，具有以下优点：

（1）处理剂中不含有锌、镍等有害重金属，对人体危害小；

（2）硅烷化处理时间短，有效节省表面处理时间；

（3）处理剂生产步骤简单、常温进行、工序少，无排放；

（4）添加钛螯合物后形成的膜层致密均匀，提高膜层防腐蚀效果。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

一种铝合金表面硅烷化处理剂，每500克混合液中各组分的重量（克）配比为：γ-氨丙基三乙氧基硅烷 8、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷 5.5、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯 3、二(三乙醇胺)钛酸二异丙酯 4、十二碳醇酯 2、气相二氧化硅 6.5、聚乙烯醇 0.9、羟基乙叉二膦酸二钠 1.3、苯并三氮唑 0.5、乙酸 3、2-甲基-1-丙醇 30、余量为去离子水。

制备方法如下：

（1）取去离子水 150和2-甲基-1-丙醇 25-35配制成混合溶液；

（2）均匀搅拌条件下向步骤（1)提及的混合溶液中加入2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯 2-4、十二碳醇酯 1-3、聚乙烯醇 0.8-1.0、羟基乙叉二膦酸二钠 1.2-1.4、苯并三氮唑 0.4-0.6，持续搅拌至溶液透明澄清，继续搅拌 20-30分钟；

（3）均匀搅拌条件下，将气相二氧化硅 5-8加入步骤（2）得到的混合溶液，搅拌10-15分钟；

（4）均匀搅拌条件下，将γ-氨丙基三乙氧基硅烷 7-9和N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷 5-6加入步骤（3）得到的混合溶液，持续搅拌30-40分钟；

（5）用乙酸 3调节步骤（4）得到的混合溶液pH，加入二(三乙醇胺)钛酸二异丙酯 3-5，搅拌均匀；

（6）加入剩余的去离子水补水至 500g，即得铝合金表面硅烷化处理剂。

铝合金经过脱脂、用电导率＜50 us/cm 的二次蒸馏水水洗后，室温下将其放入本实施例制得的铝合金表面硅烷化处理剂中浸渍20-30秒后，即可在铝合金表面得到一层致密膜，然后于60度烘干。

将上述处理过的铝合金样品按照GB/T10125-1997标准在盐雾试验机中进行实验： 

盐雾实验条件：盐雾类别为连续300小时，氢氧化钠质量浓度 5%，盐水pH值 6.9，喷雾量为 2mL/H，测试时间 300小时，气压120kpa，压力桶温度 37℃，室内温度 25℃，工作放置角度15°，盐水桶温度 35℃。

实验结果显示：300小时后样品表面无明显变化。

实施例2

一种铝合金表面硅烷化处理剂，每500克混合液中各组分的重量（克）配比为：γ-氨丙基三乙氧基硅烷 7、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷 5、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯 2、二(三乙醇胺)钛酸二异丙酯 3、十二碳醇酯 1、气相二氧化硅5、聚乙烯醇 0.8、羟基乙叉二膦酸二钠 1.2、苯并三氮唑 0.4、乙酸 2、2-甲基-1-丙醇 25、余量为去离子水。

制备步骤与实施例1相同。

铝合金经过脱脂、用电导率＜50 us/cm 的二次蒸馏水水洗后，室温下将其放入本实施例制得的铝合金表面硅烷化处理剂中浸渍20-30秒后，即可在铝合金表面得到一层致密膜，然后于60度烘干。

将上述处理过的铝合金样品按照GB/T10125-1997标准在盐雾试验机中进行实验： 

盐雾实验条件：盐雾类别为连续300小时，氢氧化钠质量浓度 5%，盐水pH值 6.9，喷雾量为 2mL/H，测试时间 300小时，气压120kpa，压力桶温度 37℃，室内温度 25℃，工作放置角度15°，盐水桶温度 35℃。

实验结果显示：300小时后样品表面无明显变化。

实施例3

一种铝合金表面硅烷化处理剂，每500克混合液中各组分的重量（克）配比为：γ-氨丙基三乙氧基硅烷 9、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷 6、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯 4、二(三乙醇胺)钛酸二异丙酯 5、十二碳醇酯 3、气相二氧化硅 8、聚乙烯醇 1、羟基乙叉二膦酸二钠 1.4、苯并三氮唑 0.6、乙酸 4、2-甲基-1-丙醇 35、余量为去离子水。

制备步骤与实施例1相同。

铝合金经过脱脂、用电导率＜50 us/cm 的二次蒸馏水水洗后，室温下将其放入本实施例制得的铝合金表面硅烷化处理剂中浸渍20-30秒后，即可在铝合金表面得到一层致密膜，然后于60度烘干。

将上述处理过的铝合金样品按照GB/T10125-1997标准在盐雾试验机中进行实验： 

盐雾实验条件：盐雾类别为连续300小时，氢氧化钠质量浓度 5%，盐水pH值 6.9，喷雾量为 2mL/H，测试时间 300小时，气压120kpa，压力桶温度 37℃，室内温度 25℃，工作放置角度15°，盐水桶温度 35℃。

实验结果显示：300小时后样品表面无明显变化。

 申请人声明，所属技术领域的技术人员在上述实施例的基础上，将上述实施例某组分的具体含量点值，与发明内容部分的技术方案相组合，从而产生的新的数值范围，也是本发明的记载范围之一，本申请为使说明书简明，不再罗列这些数值范围。

Claims (4)

1.一种用于铝合金表面的硅烷化处理剂，其为一种无铬的水基处理液，其特征在于，所述硅烷化处理剂除去水还包括：

至少一种部分水解的硅烷，

至少一种金属螯合物，

至少一种有机成膜剂，

至少一种长链醇作为成膜助剂，

和至少一种惰性无机化合物的粉体颗粒。

2.根据权利要求1所述的一种用于铝合金表面的硅烷化处理剂，其特征在于由下列组分配制而成的水基混合液，每500克混合液中各组分的重量（克）为：

γ-氨丙基三乙氧基硅烷 7-9、

N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷 5-6、

2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯 2-4、

二(三乙醇胺)钛酸二异丙酯 3-5、

十二碳醇酯 1-3、

气相二氧化硅 5-8、

聚乙烯醇 0.8-1.0、

羟基乙叉二膦酸二钠 1.2-1.4、

苯并三氮唑 0.4-0.6、

乙酸 2-4、

2-甲基-1-丙醇 25-35、

余量为去离子水。

3.根据权利要求1所述的一种用于铝合金表面的硅烷化处理剂，其特征在于由下列组分配制而成的水基混合液，每500克混合液中各组分的重量（克）为：

γ-氨丙基三乙氧基硅烷 8、

N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷 5.5、

2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯 3、

二(三乙醇胺)钛酸二异丙酯 4、

十二碳醇酯 2、

气相二氧化硅 6.5、

聚乙烯醇 0.9、

羟基乙叉二膦酸二钠 1.3、

苯并三氮唑 0.5、

乙酸 3、

2-甲基-1-丙醇 30、

余量为去离子水。

4.一种如权利要求1所述的一种用于铝合金表面的硅烷化处理剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）取去离子水和2-甲基-1-丙醇配制成混合溶液；

（2）均匀搅拌条件下向步骤（1）配制的混合溶液中加入2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯、十二碳醇酯、聚乙烯醇、羟基乙叉二膦酸二钠和苯并三氮唑，持续搅拌至溶液透明澄清，继续搅拌 20-30分钟；

（3）均匀搅拌条件下，将气相二氧化硅加入步骤（2）得到的混合溶液，搅拌10-15分钟；

（4）均匀搅拌条件下，将γ-氨丙基三乙氧基硅烷和N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷加入步骤（3）得到的混合溶液，持续搅拌30-40分钟；

（5）用乙酸调节步骤（4）得到的混合溶液pH，加入二(三乙醇胺)钛酸二异丙酯，搅拌均匀；

（6）加入剩余的去离子水补水，即得铝合金表面硅烷化处理剂。