[发明专利]以硅烷偶联剂为主要成分的金属表面处理剂及其制备方法

权利要求书

1.一种以硅烷偶联剂为主要成分的金属表面处理剂，所述金属表面处理剂是一种包含氨基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂、氟锆酸、氟钛酸、钨酸盐以及改性纳米二氧化硅的水溶液，其特征在于，每升水溶液中各组分的重量为：

氨基硅烷偶联剂5～15g；

环氧基硅烷偶联剂2～10g；

氟锆酸0.1～2.5g；

氟钛酸0.1～2.5g；

钨酸盐0.05～1g；

改性纳米二氧化硅0.005～0.1g；

水余量；

所述改性纳米二氧化硅是异氰酸酯基封端的超支化聚氨酯改性纳米二氧化硅；所述改性纳米二氧化硅是先用氨基硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅，再将其与异氰酸酯基封端的超支化聚氨酯复合；所述氨基硅烷偶联剂和环氧基硅烷偶联剂的重量比为1：(0.25～0.5)；所述钨酸盐选自钨酸钠或者钨酸钙中的一种，且所述氨基硅烷偶联剂和环氧硅烷偶联剂的总重量、氟锆酸和氟钛酸的总重量与钨酸盐的重量比为1：(0.1～0.2)：(0.005～0.05)；所述氨基硅烷偶联剂结构式为其中R为：-C₃H₆NHC₂H₄NH₂；所述环氧基硅烷偶联剂为β-(3，4-环氧基环己基)乙基三乙氧基硅烷；

所述改性纳米二氧化硅制备方法如下：

(1)在三口烧瓶中加入60g丙酮和1g纳米二氧化硅，超声分散均匀，加入1g3-氨基丙基三乙氧基硅烷，再加入含有1ml三乙胺的去离子水10ml作为催化剂，55℃下回流反应4h，过滤，用丙酮洗涤三次，在真空干燥箱60℃下干燥24h，得到表面含有氨基的纳米二氧化硅；

(2)将0.05mol的4’4-二苯基甲烷二异氰酸酯溶解于20mL的甲苯，得到二异氰酸酯甲苯溶液，然后将0.05mol三羟甲基丙烷溶解于20mL二甲基亚砜溶液，得到三羟甲基丙烷溶液，然后将所述三羟甲基丙烷溶液加入到带搅拌和回流装置的三口烧瓶中，在40℃氮气保护下，向其中缓慢加入所述的二异氰酸酯的甲苯溶液；

(3)滴加完后，体系在40℃下继续反应10h，然后向反应介质中加入0.002mol的苯酚，加热，在100℃下反应5h；

(4)反应结束后，减压蒸馏出溶剂，所得产物用甲醇-四氢呋喃溶解、沉降3次，过滤，60℃真空干燥24h，得到超支化聚氨酯；

(5)在三口烧瓶中加入上述合成的表面含有氨基的纳米二氧化硅0.1g、超支化聚氨酯1g以及N,N-二甲基甲酰胺50ml，室温下搅拌均匀，在40℃下反应10小时，在甲醇中沉降和过滤，得到超支化聚氨酯和纳米二氧化硅的复合物，即所述改性纳米二氧化硅。

2.根据权利要求1所述的金属表面处理剂，其特征在于，所述氟锆酸与氟钛酸的重量比为1：(1～3)。

3.根据权利要求1所述的金属表面处理剂，其特征在于，所述水溶液进一步含有选自脂肪酸盐、烷基硫酸酯盐、烷基苯磺酸盐；烷基胺盐、季铵盐；聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基芳基醚、聚氧乙烯衍生物、山梨聚糖脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨聚糖脂肪酸酯、丙三醇脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯烷基胺、烷基烷醇酰胺中的任一种的表面活性剂。

4.根据权利要求1所述的金属表面处理剂，其特征在于，所述水溶液进一步含有选自以硝酸、亚硝酸、硫酸、亚硫酸、过硫酸、含羧酸基的化合物、HMnO₄、HVO₃、H₂WO₄、及H₂MoO₄以及这些含氧酸的盐类所组成的群组中的至少一种。

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

(1)在电导率<10μs/cm的水中溶解所述金属表面处理剂的各组分，搅拌混合均匀获得预混液；

(2)使用氢氧化钠、氢氧化钾或氨水中任一种碱性化合物调节步骤(1)获得的预混液酸碱度，使pH值在2.0～4.5之间。