CN106756976A - 用于化学转化膜后处理的硅烷复合物及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于化学转化膜后处理的硅烷复合物及其应用，制成的硅烷复合物主要成分是硅烷偶联剂、有机酸、醇、纳米溶胶，余量为水，该复合物可作为金属涂装前处理的磷化，铬化，以及锆盐处理等多种化学转化膜的后处理方法，该复合物对化学转化膜处理时间灵活，处理后无需进行水洗，自然阴干或热风干燥，采用该复合物处理后可减少化学转化膜的孔隙，改善其致密性，增强化学转化膜的裸膜性能，促进金属基体与聚酯型、环氧型、丙烯酸型等多种有机涂料的附着力，从而进一步提高有机涂层的各项理化性能。

Description

用于化学转化膜后处理的硅烷复合物及其应用

技术领域

本发明涉及一种金属表面防护的处理技术，特别是涉及一种用于化学转化膜后处理的硅烷复合物及其应用。

技术背景

涂装是现代的产品制造工艺中的一个重要环节，为提高金属工件基体与有机涂料的结合力，涂装前一般需要对金属工件进行前处理，其中磷化和铬化是被广泛使用的转化膜技术，近年来环保型的纳米陶瓷锆盐转化膜也不断应用于金属涂装前处理。

由于磷化膜的成膜孔隙较大，影响了其裸膜耐蚀力，甚至在干燥涂装前就形成黄锈，因此需对磷化后进行一次钝化封闭处理，钝化常采用六价铬封闭，对磷化膜可以起到填充、氧化作用，获得性能更加稳定的磷化膜。三价铬成为替代六价铬钝化常被应用于铝及其合金材料的涂装前处理中，三价铬钝化膜中没有可渗出的六价铬，所以膜层没有自修复能力，当钝化膜损时很容易发生腐蚀，为弥补此缺陷，增加封闭处理工序也是极为必要的。

现行常见的封闭技术都含有如铬，锌或镍等有害金属离子。本发明提出来一种水性硅烷复合物，可作为替代处理方法应用于金属表面化学转化膜的后处理。CN201310094796.7采用了一种用于金属镀层的防腐蚀后处理的硅烷体系，该工艺虽采用水/醇体系，但其大部分均为醇类(>80％)，该溶剂型硅烷体系无法实现金属表面处理的规模化生产和应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于化学转化膜后处理的硅烷复合物，采用该硅烷复合物对金属表面形成的化学转化膜进行后处理封闭，具有以下几个优点：(1)无需进行再水洗；(2)水性环保，不含铬，锌或镍等有害金属离子；(3)处理时间灵活(0.1-10min)，可同时适用于喷淋和浸渍工艺；(4)处理后可减少化学转化膜的孔隙，改善其致密性，增强化学转化膜的裸膜性能，促进金属基体与聚酯型、环氧型、丙烯酸型等多种有机涂料的附着力，从而进一步提高有机涂层的各项理化性能。

本发明技术方具体如下：

用于化学转化膜后处理的硅烷复合物的制备，组成原料各组分的质量百分数含量为：

优选的，所述复合物的制备方法为：预先用有机酸调节水的pH值至1-6，然后添加入水溶性聚合物稳定剂，溶解或混合均匀后，将硅烷和醇的混合物缓慢添加入水中，并不断搅拌，待溶液澄清后再添加入螯合剂和助剂，并搅拌均匀，最后补足余量水。

预先往搅拌釜里添加水，然后添加有机酸调节其pH值为1-6；将硅烷偶联剂和醇混合均匀后缓慢添加入上述水中，并不断搅拌直至溶液澄清；最后添加入纳米溶胶，并补足余量的水。

优选的，所述的硅烷选自如下结构式中的一种或多种：R-Si-(OR′)_n(n＝1，2，3)，-R表示的基团可为烷基、氨基、环氧基、脲基、异氰酸基、烯酰氧基、乙烯基中的一种，-OR′表示的基团为甲氧基，乙氧基或酰氧基；

优选的，所述的有机酸选自甲酸，醋酸，羟基乙酸，柠檬酸，草酸，琥珀酸，苹果酸，酒石酸，磺酸中的一种或几种；

优选的，所述的醇选自甲醇，乙醇，异丙醇，丙二醇，甲基丙二醇，丙三醇中的一种或几种；

优选的，所述的纳米溶胶选自纳米二氧化硅溶胶，纳米二氧化钛溶胶，纳米二氧化锆溶胶，纳米氧化铝溶胶中的一种或几种。

本发明还公开了所述的硅烷复合物在金属表面防护中的应用。

所述应用优选条件为：硅烷复合物对已进行化学转化膜处理的金属工件喷淋或浸渍0.1-10min；自然阴干，空气相对湿度不高于80％，或热风干燥，干燥温度80-120℃，即在金属工件基材表面的化学转化膜上形成结构致密的硅烷膜，能够对金属表面起到很好的防腐蚀作用。

对处理完毕的金属工件进行有机涂料涂装，可以提高有机涂层的各项理化性能。

同现有的金属表面化学转化膜的封闭技术相比，本发明具有以下几个优点：(1)无需进行再水洗；(2)水性环保，不含铬，锌或镍等有害金属离子；(3)处理时间灵活(0.1-10min)，可同时适用于喷淋和浸渍工艺；(4)处理后可减少化学转化膜的孔隙，改善其致密性，增强化学转化膜的裸膜性能，促进金属基体与聚酯型、环氧型、丙烯酸型等多种有机涂料的附着力，从而进一步提高有机涂层的各项理化性能。

具体实施方式

实施例1：

A)以重量100份计，往搅拌釜里添加55份水，添加0.1份柠檬酸调节其pH值为6；将30份3-(2-氨基乙基氨基)丙基三乙氧基硅烷偶联剂和5份乙醇混合均匀后缓慢添加入上述水中，并不断搅拌直至溶液澄清；然后添加入3份纳米氧化硅溶胶，最后补足余量的水；

B)将步骤A)制得的水性硅烷复合物对已锌系磷化的钢铁工件进行后处理，采用喷淋方式，处理时间为0.5min；处理后无需进行水洗；涂装前进行热风干燥，干燥温度120℃；

C)对处理完毕的钢铁工件进行环氧聚酯混合粉末涂装，可以提高聚酯涂层的附着力为0级；耐冲击性能50kg·cm，涂层无开裂、剥落；耐中性盐雾试验500h，单边腐蚀扩散≤2m，涂层其它区域无鼓泡起皮等缺陷。

实施例2：

A)以重量100份计，往搅拌釜里添加50份水，添加0.5份草酸调节其pH值为4；将20份环氧基硅烷(其中3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷为15份，2-(3,4-环氧环己烷基)乙基三甲氧基硅烷为5份)和4份丙三醇混合均匀后缓慢添加入上述水中，并不断搅拌直至溶液澄清；然后添加入0.2份纳米二氧化锆溶胶，最后补足余量的水；

B)将步骤A)制得的水性硅烷复合物对已进行三价铬处理的铝箔进行后处理，采用浸渍方式，处理时间为5min；处理后无需进行水洗；涂装前进行自然阴干，空气相对湿度75％；

C)对处理完毕的铝箔进行丙烯酸油漆涂覆，可以提高聚酯涂层的划格附着力0级；耐溶剂擦洗涂层结合良好，无溶胀等不良现象；耐水煮试验(80℃*48h)的二次附着力良好，涂层无起皮、脱落等缺陷。

实施例3：

B)以重量100份计，往搅拌釜里添加60份水，添加0.4份甲磺酸调节其pH值为1；将10烷基硅烷(正丙基三乙氧基硅烷为7.5份，二甲基二乙氧基硅烷为2.5份)和2份乙醇混合均匀后缓慢添加入上述水中，并不断搅拌直至溶液澄清；然后添加入2.5份纳米二氧化硅溶胶，最后补足余量的水；

B)将步骤A)制得的水性硅烷复合物对已进行铁系磷化处理的冷轧钢板进行后处理，采用浸渍方式，处理时间为10s；然后在烘箱内进行105℃热风烘干；

C)对处理完毕的冷轧钢板试板进行恒温恒湿试验(30℃*Rh90％*4h/16h/24h)，试板表面均无可见锈点，改善了裸膜防护性能，对试板进行聚酯环氧粉末涂装后，其涂层附着力为0级。

Claims (7)

1.一种用于化学转化膜后处理的硅烷复合物，其特征在于：组成原料各组分的质量百分数为：

所述硅烷复合物的制备方法为：预先用有机酸调节水的pH值至1-6，将硅烷偶联剂和醇的混合物缓慢添加入水中，并不断搅拌，待溶液澄清后再添加入纳米溶胶，并搅拌均匀即得用于化学转化膜后处理的硅烷复合物。

2.如权利要求1所述的硅烷复合物，其特征在于所述的硅烷偶联剂选自如下结构式中的一种或多种：R-Si-(OR′)_n，其中n＝1，2，3；

-R表示的基团为烷基、氨基、环氧基、脲基、异氰酸基、烯酰氧基、乙烯基中的一种；

-OR′表示的基团为甲氧基，乙氧基或酰氧基。

3.如权利要求1所述的硅烷复合物，其特征在于所述的有机酸为硅烷水解促进剂，选自甲酸，醋酸，羟基乙酸，柠檬酸，草酸，琥珀酸，苹果酸，酒石酸，磺酸中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的硅烷复合物，其特征在于所述的醇选自甲醇，乙醇，异丙醇，丙二醇，甲基丙二醇，丙三醇中的一种或多种。

5.如权利要求1所述的硅烷复合物，其特征在于所述的纳米溶胶选自纳米二氧化硅溶胶，纳米二氧化钛溶胶，纳米二氧化锆溶胶，纳米氧化铝溶胶中的一种或多种。

6.权利要求1所述的硅烷复合物在金属表面防护中的应用，其特征在于用于化学转化膜的后处理，所述化学转化膜选自：铁系磷化膜，锌系磷化膜，六价铬化膜，三价铬化膜，锆盐转化膜，阳极氧化膜中的一种。

7.如权利要求6所述的应用，其特征在于对化学转化膜后处理的处理条件为：处理时间为0.1-10min；处理方式为喷淋或浸渍，处理后无需进行水洗；对化学转化膜处理后在空气相对湿度不高于80％的条件下自然阴干或80-120℃热风干燥，即在金属基材表面形成结构致密的硅烷膜，对金属表面起到防护作用。