CN104892667B - 一种植酸聚合物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种植酸聚合物的合成方法及其在金属表面预处理方面的应用，具体将植酸溶解于水中配制成植酸溶液；将硅烷偶联剂溶解于有机溶剂中，将植酸溶液加热至55‑85℃，在搅拌下逐滴加入硅烷偶联剂的有机溶剂溶液，进行恒温反应，得到微白色的植酸聚合物溶液，将其应用于金属表面预处理，可以在金属表面形成植酸聚合物化学转化膜，可以有效地改善植酸单独成膜时耐蚀性能差的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及到一种植酸聚合物的制备方法及其在金属表面预处理方面的应用，属于物质合成及金属表面处理领域。
背景技术
目前，磷化液占据着金属表面处理行业的绝大部分市场。但是磷化液在使用过程中产生的大量废液、沉渣会造成大量的环境污染。因此研发一种环境友好型金属表面处理液来代替目前广泛使用的传统磷化液不仅具有重要的社会效益和经济价值，而且势在必行。
作为一种绿色无污染的天然物质，植酸近年来被视为一种具有应用前景的金属表面防腐蚀处理剂，但是由于植酸特有的分子结构会导致其形成的化学转化膜非常薄、缺陷部位多，因而耐蚀性能较差，这直接限制了植酸在金属表面防腐处理中的广泛应用。为此，本发明公开了一种植酸聚合物的合成方法，利用所制备的植酸聚合物制备化学转化膜，可以有效地改善植酸单独成膜时耐蚀性能差的缺陷。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中植酸化学转化膜的缺陷，制备一种植酸聚合物化学转化膜，并将其应用于金属表面处理领域。
本发明的一种植酸聚合物的合成方法，步骤如下：将植酸溶解于水中配制成植酸溶液；将硅烷偶联剂溶解于有机溶剂中；将植酸溶液加热至55-85℃，在搅拌下逐滴加入硅烷偶联剂的有机溶剂溶液，进行恒温反应，得到微白色的植酸聚合物溶液。
进一步的，所述植酸与水的质量比为1-3:100。
进一步的，所述硅烷偶联剂与有机溶剂的质量比为2-6:1000。
进一步的，所述植酸与硅烷偶联剂的质量比为50-210:1。
进一步的，所述有机溶剂为醇类或酮类溶剂。
进一步的，恒温反应时间为2-5h。
进一步的，所述硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
本发明的一种植酸聚合物应用于金属表面预处理，在金属表面形成植酸聚合物化学转化膜，具体步骤是将除油、水洗后的金属板浸泡在所述植酸聚合物溶液中，然后取出、晾干，在金属板上自发形成一层植酸聚合物的化学转化膜。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明公开了一种植酸聚合物的合成方法及该聚合物在金属表面预处理方面的应用。该植酸聚合物以有机硅烷水解之后的硅醇化合物作为“桥梁”与植酸分子反应，生成具有空间网状结构的聚合物。该聚合物的表面含有大量的羟基官能团，可以在金属表面发生化学反应，从而在金属表面形成一层厚度大约为600nm的化学转化膜，而植酸转化膜的厚度只有200nm左右。该聚合物制备的化学转化膜与植酸化学转化膜相比，致密性好、缺陷部位少，显著提高了其耐腐蚀性能。
附图说明
图1 植酸聚合物的合成机理示意图；
图2 植酸聚合物水溶液的宏观形貌；
图3 植酸聚合物的TEM照片；
图4 实施例5中电化学稳态极化曲线；
图5 实施例5中电化学阻抗谱的测试曲线。
具体实施方式
本发明的植酸聚合物的合成方法步骤如下：将植酸溶解于水中配制成植酸溶液，植酸与水的质量比为1-3:100；将硅烷偶联剂溶解于有机溶剂中，硅烷偶联剂与有机溶剂的质量比为2-6:1000；所述植酸与硅烷偶联剂的质量比为50-210:1。将植酸溶液加热至55-85℃，在搅拌下逐滴加入硅烷偶联剂的有机溶剂溶液，恒温反应2-5小时，得到微白色的植酸聚合物水溶液。
所述有机溶剂为醇类或酮类溶剂，具体可以是无水乙醇、丙醇、丙酮等有机溶剂。
所述有机硅烷为氨丙基三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷等。
所述硅烷偶联剂在水解后之会生成具有高反应活性的硅醇化合物，硅醇化合物可以作为“桥梁”，与植酸分子的羟基进行反应，将植酸分子连接起来形成具有一定分子量和空间网状结构的聚合物。反应原理示意图如图1所示。
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1
（一）植酸聚合物的合成过程
选择氨丙基三乙氧基硅烷为本实施例中所选用的硅烷，采取以下步骤进行合成：
（1）称取4.85 g植酸溶解于300 ml水中得到植酸溶液，倒入500 ml的三口烧瓶中；
（2）称取0.0815 g氨丙基三乙氧基硅烷溶解于15.78 g无水乙醇中，倒入50 ml恒压滴液漏斗中；
（3）将盛有植酸溶液的三口烧瓶用水浴加热至75℃，然后在搅拌下逐滴加入硅烷的乙醇溶液，恒温反应3 h，最后得到微白色植酸聚合物的水溶液。
实施例2
（一）植酸聚合物的合成过程
选择甲基三乙氧基硅烷为本实施例中所选用的硅烷，采取以下步骤进行合成：
（1）称取6.5 g植酸溶解于300 ml水中得到植酸溶液，倒入500 ml的三口烧瓶中；
（2）称取0.031 g甲基三乙氧基硅烷溶解于8 g丙酮中，倒入50 ml恒压滴液漏斗中；
（3）将盛有植酸溶液的三口烧瓶用水浴加热至60℃，然后在搅拌下逐滴加入硅烷的乙醇溶液，恒温反应4 h，最后得到微白色植酸聚合物的水溶液。
实施例3
（一）植酸聚合物的合成过程
选择γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷为本实施例中所选用的硅烷，采取以下步骤进行合成：
（1）称取9.2g植酸溶解于300 ml水中得到植酸溶液，倒入500 ml的三口烧瓶中；
（2）称取0.0582g γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷溶解于11.835 g无水乙醇中，倒入50 ml恒压滴液漏斗中；
（3）将盛有植酸溶液的三口烧瓶用水浴加热至80℃，然后在搅拌下逐滴加入硅烷的乙醇溶液，恒温反应2 h，最后得到微白色植酸聚合物的水溶液。
实施例4
（一）植酸聚合物的合成过程
选择γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷为本实施例中所选用的硅烷，采取以下步骤进行合成：
（1）称取7.54g植酸溶解于300 ml水中得到植酸溶液，倒入500 ml的三口烧瓶中；
（2）称取0.093g γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷溶解于15.78 g无水乙醇中，倒入50 ml恒压滴液漏斗中；植酸/硅烷=81
（3）将盛有植酸溶液的三口烧瓶用水浴加热至55 ℃，然后在搅拌下逐滴加入硅烷的乙醇溶液，恒温反应5 h，最后得到微白色植酸聚合物的水溶液。
由上述实施例1-4得到的植酸聚合物水溶液的宏观与微观形貌如图2、3所示：由图2可以看出合成的植酸聚合物水溶液为均一的微白色溶液，微观结构照片图3表明植酸聚合物分子所形成的薄膜具有一定的空间网状结构。
实施例5
（二）植酸聚合物在金属表面预处理领域的应用，具体是在金属表面形成植酸聚合物化学转化膜，制备方法及其耐腐蚀性能具体为：
将冷轧钢板进行除油、水洗之后放置于由实施例1合成的植酸聚合物水溶液中浸泡10分钟，然后取出，自然晾干，冷轧板表面会自发形成一层植酸聚合物化学转化膜，经检测得到植酸聚合物化学转化膜的厚度是600nm，比普通的植酸转化膜更厚。
分别以空白的冷轧板、覆盖了植酸转化膜的冷轧板、覆盖了植酸聚合物化学转化膜的冷轧板为对比，进行电化学稳态极化曲线和电化学阻抗谱的测试，腐蚀介质均为浓度为0.5mol/L的硫酸溶液。结果如图5所示：从图中我们可以看出植酸聚合物化学转化膜的耐腐蚀性能远远高于植酸化学转化膜。
以上实施例仅是本发明若干种优选实施方式中的几种，应当指出，本发明不限于上述实施例；对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (3)
1.一种植酸聚合物的合成方法，其特征在于，步骤如下：将植酸溶解于水中配制成植酸溶液；将硅烷偶联剂溶解于有机溶剂中；将植酸溶液加热至55-85℃，在搅拌下逐滴加入硅烷偶联剂的有机溶剂溶液，进行恒温反应，反应时间为2-5h，得到微白色的植酸聚合物溶液；所述植酸与水的质量比为1-3:100；所述硅烷偶联剂与有机溶剂的质量比为2-6:1000；所述植酸与硅烷偶联剂的质量比为50-210:1。
2.根据权利要求1所述的一种植酸聚合物的合成方法，其特征在于，所述有机溶剂为醇类或酮类溶剂。
3.根据权利要求1所述的一种植酸聚合物的合成方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
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