(19)中华人民共和国国家知识产权局
*CN102304704A*
(10)申请公布号 CN 102304704 A(43)申请公布日 2012.01.04
(12)发明专利申请
(21)申请号 201110268508.6(22)申请日 2011.09.09
(71)申请人重庆大学
地址400044 重庆市沙坪坝区沙正街174号(72)发明人周志明 冉长荣 赵朔 羡小超
田婉洁 谭世语 王瑶环 林震(51)Int.Cl.
C23C 22/05(2006.01)
权利要求书 2 页 说明书 5 页
(54)发明名称
一种提高金属表面防护性能的水性硅烷处理剂(57)摘要
一种提高金属表面防护性能的水性硅烷处理剂，涉及金属表面前期处理的硅烷处理剂。本发明由乙烯基三乙酰氧基硅烷、双-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺、镧、去离子水组成。本发明具有耐腐蚀性能高，存储稳定性高，附着力强，成本低，便于推广应用等特点。本发明可广泛应用于金属表面的前期处理，是提高金属表面防护性能的理想的处理剂。
CN 102304704 ACN 102304704 ACN 102304710 A
权 利 要 求 书
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1.一种提高金属表面防护性能的水性硅烷处理剂，其特征在于所述处理剂的组分及其质量百分数如下：
其中：所述的乙烯基三乙酰氧基硅烷∶双-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺的体积比为1∶3～5。
2.按照权利要求1所述的一种提高金属表面防护性能的水性硅烷处理剂，其特征在于所述处理剂的组分及其质量百分数如下：
其中：所述的乙烯基三乙酰氧基硅烷∶双-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺的体积比为1∶5。
3.按照权利要求1所述的一种提高金属表面防护性能的水性硅烷处理剂，其特征在于所述处理剂的组分及其质量百分数如下：
其中：所述的乙烯基三乙酰氧基硅烷∶双-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺的体积比为1∶4。
4.按照权利要求1所述的一种提高金属表面防护性能的水性硅烷处理剂，其特征在于所述处理剂的组分及其质量百分数如下：
其中：所述的乙烯基三乙酰氧基硅烷∶双-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺的体积比为1∶3.33。
5.按照权利要求1所述的一种提高金属表面防护性能的水性硅烷处理剂，其特征在于所述处理剂的组分及其质量百分数如下：
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CN 102304704 ACN 102304710 A
权 利 要 求 书
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其中：所述的乙烯基三乙酰氧基硅烷∶双-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺的体积比为1∶3。
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CN 102304704 ACN 102304710 A
说 明 书
一种提高金属表面防护性能的水性硅烷处理剂
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技术领域
[0001]
本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及金属表面前期处理的硅烷处理剂。
背景技术
大多数金属制品在运输和贮存及使用等过程中，其表面易发生各种形式的腐蚀，特别是形成各种锈斑的大气腐蚀，这些腐蚀会严重影响金属的品质以及由此金属制成产品的质量。同时金属表面的腐蚀带来了巨大的经济损失，在我国，据统计每年金属表面腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的4％，腐蚀损失甚至超过了火灾、风灾和地震造成损失的总和，如此惊人的损耗，刺激着市场对金属表面防腐产品需求的增长。虽然金属表面腐蚀产生的锈斑可以从金属基体上除去，但这些方法常常耗时长且还会降低金属的强度。另外，当金属表面涂覆聚合物涂料、粘合剂或橡胶防腐剂时，金属表面的腐蚀会引起防腐剂涂层与金属表面之间附着力的丧失或减弱，不能起到很好的防腐效果。因此，在涂覆防腐剂前必须对金属表面进行前期处理，才能有效防止金属制品在运输、贮存及使用等过程中其表面腐蚀的发生，延长金属制品的使用寿命。[0003] 随着环保呼声的高涨，迫切需要研发性能优良的表面处理剂，其中金属表面硅烷处理剂，因具有防腐性能好、节能、环境友好等优点，具有良好经济效益和社会效益，被广泛应用。
[0004] 现有金属表面的硅烷处理剂，如申请号为200910273383.9的“可以提高金属表面防腐性能的环保型纳米水性硅烷处理剂”专利，公开的金属表面硅烷处理剂是每升包含有：
[0002] [0005]
该处理剂的主要缺点是：①纳米二氧化硅价格昂贵，用量高达5～200mg/L，成本高。②稀土铈盐价格昂贵，用量高达10～500mg/L，增加成本。③添加纳米二氧化硅，需要使用超声波清洗机超声分散，操作过程复杂，进一步增加成本；④一种双甲硅烷基硅烷为包含至少一种非亲水性官能团的双甲硅烷基硅烷，水溶性差，硅烷水解时间长，易导致产生的
[0006]
硅醇缩聚交联，从而导致产品的耐腐蚀性差。⑤硅烷处理剂的存储稳定性差，为提高金属表面处理剂的稳定性，在使用时，需进一步加入乙醇，从而增加废水的生化耗氧量BOD，增加废水的处理成本，不易推广应用。发明内容
4
CN 102304704 ACN 102304710 A[0007]
说 明 书
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本发明的目的是针对现有金属表面硅烷处理剂的不足之处，提供一种提高金属表面防护性能的水性硅烷处理剂，具有处理剂溶液存储稳定性高、附着力强、耐腐蚀效果好，节能、环保、操作简便，成本低等优点。[0008] 实现本发明目的的技术方案是：一种提高金属表面防护性能的水性硅烷处理剂，所述处理剂的组分及其质量百分数为：
[0009]
其中：所述的乙烯基三乙酰氧基硅烷∶双-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺的体积比
为1∶3～5。
[0011] 本发明处理剂的制备方法的具体步骤如下：[0012] (1)备料
[0010] [0013] [0014]
按照本发明处理剂的组分及其配比备齐原料。即：
其中：所述的乙烯基三乙酰氧基硅烷∶双-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺的体积比
为1∶3～5。
[0016] (2)搅拌混合均匀[0017] 第(1)步完成后，按乙烯基三乙酰氧基硅烷∶双-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺的体积比为1∶3～5，在搅拌釜中，先加入乙烯基三乙酰氧基硅烷和双-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺，搅拌混合均匀后，静置3～4小时。再加入去离子水和镧，搅拌混合至混合溶液变得完全澄清透明后，就制备出本发明的水性硅烷处理剂。[0018] 本发明处理剂的使用方法：[0019] 对待处理的金属基体的表面，先用0.3g/L氢氧化钠和2g/L磷酸三钠及20g/L亚钠组成的碱性清洗剂，在50～60℃下超声清洗5分钟。再用自来水对金属表面进行冲洗1分钟。然后，用去离子水再对金属表面进行冲洗，使金属表面形成无缝水膜。最后将表面冲洗后的金属基体放入到本发明的水性硅烷处理剂中，浸渍5～30秒后取出，在80～150℃下烘干0.5～2小时，就完成对金属表面的防护前期处理。[0020] 本发明采用以上技术方案后，主要有以下效果：[0021] (1)本发明用镧取代稀土铈盐，耐腐蚀效果更佳且价格低廉。硅烷膜能改善金属基体的耐腐蚀性能。然而硅烷膜常常存在针孔、微裂纹等缺陷，由于镧具有良好的腐蚀抑制性，镧在硅烷膜中的硅氧烷网络结构能够进行自组装修复硅烷膜的微裂纹和针
[0015]
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说 明 书
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孔等缺陷，使硅烷膜均匀、致密、完整，从而能明显提高硅烷膜的耐腐蚀性能。
[0022] (2)本发明水性硅烷处理剂溶液的存储稳定性高。本发明选用乙烯基三乙酰氧基硅烷和双-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺能够提高溶液的存储稳定性，主要体现在：乙烯基三乙酰氧基硅烷和双-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺在去离子水中水解产生的硅醇，能够及时与双-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺中的氮元素形成氢键，防止产生的硅醇之间发生缩聚交联，保证了硅醇能够稳定地长期的存在于溶液中，从而有效提高溶液的稳定性。此时，本发明的水性硅烷溶液，不用使用含醇类有机物质作为溶剂来提高溶液的稳定性，从而大大减少了金属表面硅烷化处理后废水的生化耗氧量BOD。[0023] (3)本发明水性硅烷处理剂的附着力强，适用于更多种类的涂料进行金属表面的后期处理。主要体现在：①金属表面硅烷处理剂中的硅羟基能与金属表面的羟基反应形成化学键，使硅烷膜与金属形成很强的附着力；②硅烷膜够改善金属表面的粗糙度，在金属表面的后期处理中，有助于提高金属表面与涂料的附着力；③硅烷膜能够与金属表面的后期处理涂料形成物理交联作用或者化学键，使硅烷膜与涂料获得很强的附着力；④本发明中选用乙烯基三乙酰氧基硅烷，该物质中的乙烯基具有很高的反应活性，很够与粘接性能较差的涂料反应形成化学键，获得很强的附着力，从而增加了金属表面后处理涂料种类的适用范围。
[0024] (4)耐腐蚀性能高，无需采用纳米材料就能达到很好的防腐效果，成本低。纳米材料如纳米二氧化硅，极易发生团聚，形成沉淀，引起溶液透明度降低，而且在金属表面处理过程中，如果不除去沉淀，会严重影响处理效果；本发明由于不使用纳米二氧化硅，原料更少，并且在溶液的配置过程中，不使用超声波清洗机对纳米材料进行超声分散，操作简单，成本更低，便于推广应用。
[0025] 本发明可广泛应用于金属表面的前期处理中，是提高金属表面防护性能的理想的处理剂。
具体实施方式
[0026] 下面结合具体实施方式，进一步说明本发明。[0027] 实施例1
[0028] 一种提高金属表面防护性能的水性硅烷处理剂的组分及其质量百分数如下：
[0029]
[0030]
其中：所述的乙烯基三乙酰氧基硅烷∶双-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺的体积比
为1∶5。
[0032] 实施例2
[0033] 一种提高金属表面防护性能的水性硅烷处理剂的组分及其质量百分数如下：
[0031] [0034]
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说 明 书
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其中：所述的乙烯基三乙酰氧基硅烷∶双-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺的体积比为1∶4。
[0036] 实施例3
[0037] 一种提高金属表面防护性能的水性硅烷处理剂的组分及其质量百分数如下：
[0035]
[0038]
其中：所述的乙烯基三乙酰氧基硅烷∶双-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺的体积比
为1∶3.33。[0040] 实施例4
[0041] 一种提高金属表面防护性能的水性硅烷处理剂的组分及其质量百分数如下：
[0039]
[0042]
其中：所述的乙烯基三乙酰氧基硅烷∶双-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺的体积比
为1∶3。
[0044] 试验结果
[0045] 用本实施例1～4的提高金属表面防护性能的水性硅烷处理剂，对金属表面进行前期处理后，分别按照5％醋酸铅点蚀试验和3.5％氯化钠全浸腐蚀试验GB 9794-1988及附着力试验GB/T9286-1988进行耐腐蚀性评估试验，与现有硅烷处理剂对金属表面进行前期处理后的耐腐蚀性评估试验，进行比较，其结果如下：
[0043] [0046]
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说 明 书
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从上述试验结果知：
[0048] (1)本发明处理剂的防腐蚀性能高，在进行5％醋酸铅点蚀试验中，金属表面的醋酸铅液滴开始变黑的时间高于221秒，优于现有硅烷处理剂的208秒。在进行3.5％氯化钠全浸腐蚀试验中，金属表面开始出现少量腐蚀点的时间在16天以上，优于现有硅烷处理剂的12天。
[0049] (2)本发明处理剂的附着力高，在硅烷膜与丙烯酸气雾漆的附着力试验中，金属表面与涂料之间没有剥落情况，附着力等级达到最大的0级，完全能够满足金属表面前处理的要求。
[0050] 综上所述，本发明的水性硅烷处理剂，比现有硅烷处理剂的耐腐蚀性优良，且具有溶液存储稳定性高、附着力强、耐腐蚀性好、节能、环保、成本低、配方工艺简单等特点，便于推广应用。
[0047]
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