[发明专利]使用硅烷进行金属防腐的方法

说明书

本发明涉及一种金属防腐的方法。更具体地说，本发明包括，将包含一种或多种多官能硅烷的溶液涂覆到金属基底上。如果该金属要进行涂漆，可在该处理工艺之后涂覆有机官能硅烷溶液。该方法特别适用于冷轧钢、铝和铝合金的处理。

大多数金属易于腐蚀，尤其是大气腐蚀。这种腐蚀作用明显影响这些金属、以及由它们制成的产品的品质。尽管有时可消除金属的腐蚀作用，但这些步骤费用大，而且还可能破坏成品的实用性。此外，如果将聚合物涂料，如油漆、粘合剂、或橡胶涂覆到金属上，那么基底金属的腐蚀可能引起聚合物涂层与基底金属间失去粘附性。聚合物涂层与基底金属间失去粘附性也会导致金属腐蚀。铝合金特别易于腐蚀，因为用于提高金属机械性能的合金元素(如，铜、镁和锌)降低了防腐性能。

用于提高金属，尤其是金属板的耐蚀性的已有技术包括，利用厚层铬酸盐处理法来钝化表面。但这种处理方法并不理想，因为铬毒性大、致癌且对环境不利。还已知将转化型磷酸盐层与铬酸盐清洗结合使用，以提高油漆粘附性和产生防腐作用。据信，铬酸盐清洗可包覆磷酸盐涂层中的孔，从而提高了防腐作用和粘附性。但是，这同样非常需要完全消除使用铬酸盐。遗憾的是，转化型磷酸盐层在不进行铬酸盐清洗的情况下通常效果不好。

最近，已经提出了用于消除使用铬酸盐的各种技术。其中包括以下步骤：将包含无机硅酸盐和一定量金属盐的碱性水溶液涂布到钢板上，然后用有机官能硅烷来处理该硅酸盐涂层(美国专利5108793)。美国专利5292549介绍，用包含低浓度有机官能硅烷和低浓度交联剂的水溶液来清洗金属板以产生暂时防腐作用。交联剂可交联有机官能硅烷以形成更密实的硅氧烷膜。该专利方法的一个明显缺陷是，有机官能硅烷与金属表面粘结不好，因此涂层易于冲洗掉。

美国专利5433976介绍，用包含溶解硅酸盐和铝酸盐、有机官能硅烷和交联剂的碱性溶液来清洗金属板，以形成包含硅氧烷的不溶性复合层。

某些硅烷的水溶性可能因为在水溶液中出现溶解性问题而受到局限。此外，某些金属基底在与水接触时特别易于腐蚀，因此该水溶液在某些情况下可能不够理想。

还已提出各种用于金属板防腐的技术。但所提出的大多数这些技术效果不好、或需要进行费时的、低能效的、多步工艺。因此，需要一种简单的、低成本的用于金属，特别是金属板和铸造铝或铝合金的防腐技术，其中包括将聚合物涂料，如油漆涂覆到金属上的各种情形。

本发明的一个目的是提供金属改进的防腐方法。

本发明的另一个目的是提供一种金属防腐方法，其中在用另一种聚合物，如粘合剂或橡胶涂料进行涂漆或涂布之前，不必去除所用的处理组合物。

按照本发明的一个方面，前述目的可通过提供一种预处理金属基底以提高耐蚀性的方法而实现，该方法包括以下步骤：

(a)提供一种金属基底；然后

(b)将第一处理溶液直接涂覆到金属表面上，所述第一处理溶液包含至少一种具有至少两个三取代甲硅烷基的多官能硅烷，其中所述取代基单独选自烷氧基和乙酰氧基，其中所述多官能硅烷已至少部分水解。

该第一处理溶液优选具有低于约7的pH值以保证适当的水解作用。本发明的一个明显优点在于，所述第一处理溶液可直接涂覆到金属表面上，而没有许多已有技术处理方法所需的硅酸盐、铝酸盐底层或其它涂层。

可以使用一种以上的多官能硅烷，它们分别具有以下结构式：

其中X为一个键、脂族或芳族基团，其中R为烷基或乙酰基，且n为2或3。优选的是，每个R单独选自：乙基、甲基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、和乙酰基。X可选自：C₁-C₆烷基、C₁-C₆链烯基、被至少一个氨基取代的C₁-C₆烷基、被至少一个氨基取代的C₁-C₆链烯基、苄基、被C₁-C₆烷基取代的苄基。优选的多官能硅烷为1，2-双-(三乙氧基甲硅烷基)乙烷(BTSE)。

另外，多官能硅烷涂层优选在约60℃-250℃的温度下，固化约1分钟至约2小时。固化之后，可根据需要重涂第一处理溶液，然后固化。