CN107475704B

CN107475704B - 金属表面硅烷处理剂及其制备方法

Info

Publication number: CN107475704B
Application number: CN201710561484.0A
Authority: CN
Inventors: 朱晓萍
Original assignee: Shenyang Rui Chi Surface Technology Co Ltd
Current assignee: Shenyang Rui Chi Surface Technology Co Ltd
Priority date: 2017-07-11
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2019-09-17
Anticipated expiration: 2037-07-11
Also published as: CN107475704A

Abstract

本发明公开一种金属表面硅烷处理剂，每升混合液中各组分按重量包括：每升混合液中各组分按重量包括：γ‑(2，3‑环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷10‑30g、γ‑氨丙基三乙氧基硅烷15‑30g、成膜助剂5‑10g、络合剂1‑5g、醋酸钠1‑3g、增稠剂1‑3g、氟锆酸盐2‑8g、氢氟酸1‑5g，其余为水。本发明还公开一种制备上述金属表面硅烷处理剂的方法以及使用上述的金属表面硅烷处理剂对金属进行处理的方法。本发明具有在处理过程中不产生沉渣，处理时间短，常温下即可工作，能耗低，不含重金属离子和磷酸根离子，安全环保的优点。

Description

金属表面硅烷处理剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属表面处理技术领域，尤其涉及金属表面硅烷处理剂及其制备方法。

背景技术

金属表面处理中，传统的磷酸盐转化可显著提高金属的耐腐蚀性，广泛应用于机械加工、汽车、航空等工业领域，但随着科技的发展和工艺的成熟，磷化因含锌、锰、镍等重金属离子以及大量的磷酸根离子，对环境造成严重的污染，并且促进剂亚硝酸盐还具有致癌作用，易对人体产生危害。

硅烷处理技术是一种新型的金属表面处理技术，主要是通过形成共价键与金属相结合，硅烷处理剂中不含重金属和磷酸根离子，无需加热，能耗低，并且处理时间短、操作简单，因此被广泛应用，具有良好的发展前景。

目前的硅烷处理技术在金属表面形成的膜层较薄、不均匀、与金属的附着力不够强，并且耐腐蚀性不好，经常会出现返锈的现象。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种在处理过程中不产生沉渣，处理时间短，常温下即可工作，能耗低，不含重金属离子和磷酸根离子，安全环保的金属表面硅烷处理剂及其制备方法。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种金属表面硅烷处理剂，每升混合液中各组分按重量包括：γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷10-30g、γ-氨丙基三乙氧基硅烷15-30g、成膜助剂5-10g、络合剂1-5g、醋酸钠1-3g、增稠剂1-3g、氟锆酸盐2-8g、氢氟酸1-5g，其余为水。

所述的成膜助剂由下述重量百分比的原料组成：

正硅酸乙酯12-25%、甲基丙烯酸甲酯2-8%、纳米硅溶胶4-10%、羟基乙酸1-3%、乙二醇丁醚3-6%、聚丙烯酸1-7%、聚乙二醇1-3%，其余为水。

将上述正硅酸乙酯、聚乙二醇和甲基丙烯酸甲酯加到水中，搅拌均匀后加热至50-60℃，然后加入羟基乙酸、聚丙烯酸和乙二醇丁醚搅拌均匀，升高温度至90-100℃，反应30-40min，再加入纳米硅溶胶，搅拌反应5-10min，静置冷却至室温，即得所述的成膜助剂。

优选地，其中，每升混合液中γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷15g、γ-氨丙基三乙氧基硅烷12g、成膜助剂6g、络合剂2g、醋酸钠2g、增稠剂2g、氟锆酸盐3g、氢氟酸3g，其余为水。

优选地，所述络合剂包括葡萄糖酸盐、柠檬酸盐、乙二胺四乙酸盐类中的一种或几种混合物。

优选地，所述增稠剂包括羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、聚丙烯酸盐、卡波树脂中的一种或几种混合物。

优选地，所述氟锆酸盐包括氟锆酸钠、氟锆酸钾、氟锆酸铵中的一种或几种混合物。

一种制备上述的金属表面硅烷处理剂的方法，包括以下步骤：

（1）将γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合溶于水中，加入异丙醇，搅拌至水解完全；

（2）将络合剂、增稠剂、氟锆酸盐、氢氟酸和成膜助剂混合加入到水中，充分搅拌至完全溶解；

（3）将步骤（1）（2）处理后的原料混合，加入醋酸或醋酸钠，调节pH值为4-5，搅拌均匀后，即为产物。

一种使用上述的金属表面硅烷处理剂对金属进行处理的方法，包括以下步骤：

1）预脱脂；

2）脱脂；

3）二次水洗；

4）硅烷处理：处理温度为室温，时间为1-3分钟，pH值范围为4.5-5.5；5）处理方式为喷淋或浸泡；

6）纯水洗；

7）烘干。

本发明的优点在于：本发明生产的金属表面硅烷处理剂在处理过程中不产生沉渣，处理时间短，常温下即可工作，能耗低，不含重金属离子和磷酸根离子，安全环保。与金属表面形成的硅烷处理膜层均匀致密，耐腐蚀性优异，可促使漆膜与金属的附着力增强，延长金属的使用寿命。

本发明的成膜助剂可促使金属表面生成的膜更均匀致密，提高膜层的耐腐蚀性，防止返锈。

经本发明的金属表面硅烷处理剂处理后，金属表面可形成纳米级硅烷转化复合膜。此复合膜经吹干后48h内不会发生锈蚀，满足生产过程中的耐腐蚀性要求。另外，经过硅烷处理后的金属再进行静电喷涂环氧涂料，漆膜的划格实验测试附着力可达1级，说明此硅烷转化复合膜与粉末涂料的结合力良好。并且经耐冲击性测定法测得漆膜的耐冲击性可达50cm，在耐中性盐雾实验测试500h后，漆膜没有出现脱落、起泡和生锈等现象。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例公开一种金属表面硅烷处理剂，每升混合液中各组分按重量包括：γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷10g、γ-氨丙基三乙氧基硅烷15g、成膜助剂5-10g、葡萄糖酸盐1g、醋酸钠1g、羧甲基纤维素1g、氟锆酸钠2g、氢氟酸1g，其余为水。

所述的成膜助剂由下述重量百分比的原料组成：

正硅酸乙酯12%、甲基丙烯酸甲酯2%、纳米硅溶胶4%、羟基乙酸1%、乙二醇丁醚3%、聚丙烯酸1%、聚乙二醇1%，其余为水。

实施例2

本实施例公开一种金属表面硅烷处理剂，每升混合液中γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷15g、γ-氨丙基三乙氧基硅烷12g、成膜助剂6g、柠檬酸盐1g、乙二胺四乙酸盐类1g、醋酸钠2g、羧乙基纤维素1g、聚丙烯酸盐1g、氟锆酸钾3g、氢氟酸3g，其余为水。

所述的成膜助剂由下述重量百分比的原料组成：

正硅酸乙酯20%、甲基丙烯酸甲酯5%、纳米硅溶胶6%、羟基乙酸2%、乙二醇丁醚4%、聚丙烯酸4%、聚乙二醇2%，其余为水。

实施例3

本实施例公开一种金属表面硅烷处理剂，每升混合液中γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷30g、γ-氨丙基三乙氧基硅烷30g、成膜助剂10g、柠檬酸盐5g、醋酸钠3g、卡波树脂3g、氟锆酸钠5g、氟锆酸铵3g、氢氟酸5g，其余为水。

所述的成膜助剂由下述重量百分比的原料组成：

正硅酸乙酯25%、甲基丙烯酸甲酯8%、纳米硅溶胶10%、羟基乙酸3%、乙二醇丁醚6%、聚丙烯酸7%、聚乙二醇3%，其余为水。

实施例4

本实施例公开一种制备上述各实施例中成膜助剂的方法，包括以下步骤：将正硅酸乙酯、聚乙二醇和甲基丙烯酸甲酯加到水中，搅拌均匀后加热至50-60℃，然后加入羟基乙酸、聚丙烯酸和乙二醇丁醚搅拌均匀，升高温度至90-100℃，反应30-40min，再加入纳米硅溶胶，搅拌反应5-10min，静置冷却至室温，即得所述的成膜助剂。

实施例5

本实施例公开一种制备上述各实施例金属表面硅烷处理剂的方法，包括以下步骤：

实施例6

本实施例公开一种用上述各实施例的金属表面硅烷处理剂对金属进行处理的方法，包括以下步骤：

1）预脱脂；

2）脱脂；

3）二次水洗；

4）硅烷处理：处理温度为室温，时间为1-3分钟，pH值范围为4.5-5.5，5）处理方式为喷淋或浸泡；

6）纯水洗；

7）烘干。

经本发明的金属表面硅烷处理剂处理后，金属表面可形成纳米级硅烷转化复合膜。此复合膜经吹干后48h内不会发生锈蚀，满足生产过程中的耐腐蚀性要求。

经过硅烷处理后的金属再进行静电喷涂环氧涂料，漆膜的划格实验测试附着力可达1级，说明此硅烷转化复合膜与粉末涂料的结合力良好。并且经耐冲击性测定法测得漆膜的耐冲击性可达50cm，在耐中性盐雾实验测试500h后，漆膜没有出现脱落、起泡和生锈等现象。

需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种金属表面硅烷处理剂，其特征在于，每升混合液中各组分按重量包括以下原料制备而成：γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷10-30g、γ-氨丙基三乙氧基硅烷15-30g、成膜助剂5-10g、络合剂1-5g、醋酸钠1-3g、增稠剂1-3g、氟锆酸盐2-8g、氢氟酸1-5g，其余为水；

所述成膜助剂由下述重量百分比的原料组成：

正硅酸乙酯12-25％、甲基丙烯酸甲酯2-8％、纳米硅溶胶4-10％、羟基乙酸1-3％、乙二醇丁醚3-6％、聚丙烯酸1-7％、聚乙二醇1-3％，其余为水。

2.根据权利要求1所述的金属表面硅烷处理剂，其特征在于，所述络合剂包括葡萄糖酸盐、柠檬酸盐、乙二胺四乙酸盐类中的一种或几种混合物。

3.根据权利要求1所述的金属表面硅烷处理剂，其特征在于，所述增稠剂包括羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、聚丙烯酸盐、卡波树脂中的一种或几种混合物。

4.根据权利要求1所述的金属表面硅烷处理剂，其特征在于，所述氟锆酸盐包括氟锆酸钠、氟锆酸钾、氟锆酸铵中的一种或几种混合物。

5.一种制备如权利要求1-4任一项所述的金属表面硅烷处理剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合溶于水中，加入异丙醇，搅拌至水解完全；

(2)将络合剂、增稠剂、氟锆酸盐、氢氟酸和成膜助剂混合加入到水中，充分搅拌至完全溶解；

(3)将步骤(1)(2)处理后的原料混合，加入醋酸钠，调节pH值为4-5，搅拌均匀后，即为产物。

6.一种用于如权利要求1-4任一项所述的金属表面硅烷处理剂的成膜助剂的制备方法，其特征在于，所述成膜助剂由下述重量百分比的原料组成：正硅酸乙酯12-25％、甲基丙烯酸甲酯2-8％、纳米硅溶胶4-10％、羟基乙酸1-3％、乙二醇丁醚3-6％、聚丙烯酸1-7％、聚乙二醇1-3％，其余为水；将正硅酸乙酯、聚乙二醇和甲基丙烯酸甲酯加到水中，搅拌均匀后加热至50-60℃，然后加入羟基乙酸、聚丙烯酸和乙二醇丁醚搅拌均匀，升高温度至90-100℃，反应30-40min，再加入纳米硅溶胶，搅拌反应5-10min，静置冷却至室温，即得所述的成膜助剂。

7.一种使用如权利要求1-4任一项所述的金属表面硅烷处理剂对金属进行处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)预脱脂；

2)脱脂；

3)二次水洗；

4)硅烷处理：处理温度为室温，时间为1-3分钟，pH值范围为4-5，

5)处理方式为喷淋或浸泡；

6)纯水洗；

7)烘干。