[发明专利]添加剂均相改进硅烷溶液的制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种均相改性硅烷溶液的制备方法及其用途。 

背景技术

众所周知，大多数金属在自然条件下容易发生腐蚀，对其进行表面防护性处理后，可以极大的减慢金属腐蚀的速度。在各种处理方法中，传统工艺有铬酸盐钝化、磷酸盐转化处理及稀土转化膜处理等，然而前两种工艺存在较严重的环境污染问题，如高价铬离子有很强的毒性和致癌性，磷酸盐则是水体富营养化的主要元凶之一；而稀土转化膜技术工艺比较复杂。近年来，随着各国环保要求的提高，开发新型绿色金属表面处理技术已成为这个领域研究的热点。其中，有机硅烷化处理因其无污染、处理件耐蚀性能好且制备工艺简单而备受青睐。 

金属表面硅烷化处理技术是利用硅烷试剂(以单硅烷为例，其通式为X-Si(OR)₃，其中X代表官能团，为烷基、烯基、被至少一个氨基、环氧基或巯基取代的烷基或烯基、甲氧基、乙氧基或苄基中的一种或多种；R为烷基，通常为甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基或乙酰基等)水解生成硅醇(X-Si(OH)_n(OR)_3-n)，硅醇通过与金属(Me)表面羟基结合及硅醇间自身交联缩合后，在金属表面形成一层致密的保护膜，从而提供防护性能。 

大量实验表明，常规方法制备的单纯硅烷稀释后的水解液，处理件表面成膜厚度很薄，通常为几十至几百个纳米，且膜层分布并不均匀致密，对金属的耐蚀性能提高不能达到很好的效果。如何增加膜厚、提高表面膜的致密性以达到提高金属耐蚀性能这一目的成为了研究者的新方向、新目标。至今，取得较好成效的技术有：双层硅烷成膜技术，一次性沉积多元复合硅烷膜技术及向溶液中添加惰性纳米颗粒(如SiO₂、ZnO₂、Al₂O₃)，添加稀土盐溶液(如Ce(NO₃)₃)异相改进技术等。 

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种均相改性硅烷溶液的制备方法及其用途。 

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的： 

改性硅烷溶液的制备方法是将硅烷加入到水和水溶性有机溶剂的混合体系中不断搅拌条件下缓慢加入同一有机溶剂稀释后的不同含量的添加剂，硅烷∶ 水∶有机溶剂的体积比为m∶n∶(100-m-n)，其中m/n为0.1-1，硅烷∶添加剂的摩尔比为10∶1-10000∶1，充分搅拌均匀后，将配置好的溶液静置、恒温水解0.1-48小时。 

所述硅烷为单硅烷和双硅烷，单硅烷结构通式为： 

其中，R为甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基或乙酰基，X为烷基、烯基或被至少一个氨基、环氧基或巯基取代的烷基或烯基、甲氧基、乙氧基或苄基中的一种或多种。 

双硅烷结构通式为： 

其中，R为甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基或乙酰基，Y为CH₂CH₂、(CH₂)₃-NH-(CH₂)₃或(CH₂)₃-S₄-(CH₂)₃。 

所述有机溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、乙酸乙酯或四氢呋喃。所述添加剂为锆酸烷基酯、钛酸烷基酯、锡酸烷基酯、乙酸铅、Co(acac)₂、Cu(acac)₂或Zn(acac)₂。 

硅烷溶液用于金属基体表面的防护性处理。 

所述金属基体为钢铁，镀锌钢，铝、锌、镁、铜、锡及其合金。所述金属基体表面的防护性处理方法为刷涂法、浸涂法、旋转涂膜法或电化学辅助沉积法。 

本发明提供的均相改性硅烷溶液制备工艺简单，成本较低。与常规方法制备的单纯硅烷溶液相比，硅烷水解迅速、在处理件上缩合成膜更易进行，相同水解时间下处理件耐蚀性能明显提高，且在一定添加剂浓度范围和较长时间下，硅烷水解液稳定性良好。本发明可用于多种金属及合金的防护性预处理。 

附图说明

图1为甲基三甲氧基硅烷改性前后处理件(不锈钢)电极表面掠角反射红外谱图，说明硅烷溶液经钛酸四正丁酯改性后处理件硅烷膜层厚度增加，红外 吸收峰强度增强；