[發明專利]一種用于金屬涂裝前處理的硅烷自組裝處理劑及其應用

在審

• 申請號: 201610864027.4
• 申請日: 2016-09-29
• 公開（公告）號: CN106637174A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 鐘金環;王一建;陸國建;張凱;章意堅
• 申請（專利權）人: 浙江五源科技股份有限公司
• 主分類號: C23C22/48
• 分類號: C23C22/48
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 鄭海峰

技術領域

本發明涉及一種金屬表面處理技術，特別是涉及一種用于金屬涂裝前處理的硅烷自組裝處理劑及其應用。

技術背景

金屬腐蝕是當今世界面臨的一個嚴峻問題。在金屬預處理工藝中，最常用的是磷化和表面鈍化。由于磷化和表面鈍化污染較嚴重，因此研究環境友好的替代磷化及表面鈍化的金屬預處理工藝成為當前亟待解決的課題。自組裝(self-assembly)技術是近年來一項新興的前處理工藝，在自組裝的過程中，基本結構單元在基于非共價鍵的相互作用下自發的組織或聚集為一個穩定、具有一定規則幾何外觀的結構。自組裝膜對金屬基體的保護作用是自組裝膜應用的一個重要方面。有機活性分子在金屬表面自發地形成致密、有序且具有疏水性的自組裝膜，有效地阻止溶液中的腐蝕介質向金屬表面遷移和擴散。同時，由于自組裝技術具有操作簡單、可在任意形狀的基材表面形成均一覆蓋的膜層等優點，成為最有潛力取代磷化和鉻化的方法，在金屬的腐蝕防護領域有廣闊的應用前景。

鋼鐵、鋁材、和銅等活潑金屬的自組裝技術中，硅烷自組裝技術是一項較研究較多的成膜技術，但研究工作較多地采用電化學沉積(需借助一定的儀器設備)，或大量使用乙醇，異丙醇，三苯類溶劑非環保體系，此外自組裝成膜時間長(多在4-24h)，不利于工業化應用；或采用原材料成本高昂的氟硅烷，雖可以獲得超疏水表面(接觸角較大)，但對金屬工件的后續涂裝不利，也有采用短碳鏈的硅烷偶聯劑雖然可以在金屬表面獲得自組裝膜，但是膜層太薄，對腐蝕性介質侵蝕的阻擋作用有限，而且不具備自愈能力，限制了其使用范圍。

CN02113026.4提出了一種有機超薄阻蝕膜的復合自組裝方法，在鉑金屬有機促進劑的作用下，在潔凈金屬表面自組裝聚硅氧烷膜(2-3h)，然后在70-80℃填入小分子巰基化合物(12-24h)，獲得了超薄防腐蝕性能良好的復合自組裝薄膜，但操作要求高，耗時長久，條件苛刻，不利于推廣應用。

CN201210257884.X提出了一種純鈦金屬表面自組裝硅烷化的制備方法，該法采用了硅烷偶聯劑與甲苯配置(體積比1:49～9)，由于大量使用有害健康的甲苯作為溶劑，也不利于生產應用推廣。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供了一種用于金屬涂裝前處理的硅烷自組裝處理劑及其應用，該硅烷自組裝處理劑可在金屬表面形成自組裝薄膜，具有以下幾個優點：(1)無需進行水洗；(2)水性環保；(3)成膜效率高，處理時間短(0.5-10min)；(4)操作簡單快捷，金屬結構工件適應性強，對基體形狀的選擇范圍廣；(5)在金屬表面獲得的硅烷自組裝薄膜致密，裸膜耐蝕性能優良，并可提高金屬基體與多種有機涂料的附著力和耐腐蝕性能，以及其它各項理化指標。

本發明技術方具體如下：

一種用于金屬涂裝前處理的硅烷自組裝處理劑及其應用，組成原料各組分的質量百分數含量為：

優選的，所述處理劑的制備方法為：預先用有機酸調節水的pH值至1-6，然后添加入水溶性聚合物穩定劑，溶解或混合均勻后，將硅烷和醇的混合物緩慢添加入水中，并不斷攪拌，待溶液澄清后再添加入螯合劑和助劑，并攪拌均勻，最后補足余量水。

優選的，所述的硅烷選自如下結構式中的一種或多種：

R-(CH₂)_x-Si-(OR’)_n，其中x＝3～20，n＝1，2，3；

-R為氫、烷基、氨基、環氧基、脲基、異氰酸基、烯酰氧基、乙烯基中的一種；

-OR'為甲氧基、乙氧基或酰氧基。

優選的，所述的有機酸為硅烷水解促進劑，選自：甲酸、醋酸、乙二酸、檸檬酸、草酸、酒石酸、乙醇酸、丙烯酸、磺酸、苯磺酸中的一種或多種。

優選的，所述的醇選自：甲醇，乙醇，異丙醇中的一種或多種，所述的助劑選自：硫脲、鹽酸羥胺、硝基胍中的一種或多種。

優選的，所述的水溶性聚合物穩定劑選自：聚乙烯醇，聚乙二醇，聚丙二醇，羥基纖維素及其鈉鹽中的一種或多種。

優選的，所述的聚乙烯醇選自醇解度為75％～90％的聚乙烯醇中的一種或多種；聚乙二醇的分子量為200-10000中的一種或多種；聚丙二醇的分子量為200-8000中的一種或多種；羥基纖維素為羧甲基纖維素鈉、羥乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素中的一種或多種。