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环保型硅烷金属表面处理剂现状及工艺

  随着汽车、飞机、船舶、家电等行业的发展,对金属零件表面耐腐蚀、耐高温、磨损、抗氧化、抗疲劳、防辐射、导电、导磁、绝缘、装饰等特殊性能的要求更加广泛,促使金属表面处理技术迅速发展起来。


    国内用于金属表面处理的主要方法是磷化法,由于磷化法高能耗、高污染、高成本,逐步被硅烷表面处理技术取代,硅烷处理技术正在不断地被研发、成熟完善和应用。硅烷处理与传统的磷化法相比具有以下优点:无有害重金属离子,不含磷,无需加温且硅烷处理过程不产生沉渣,处理时间短,控制简便;可省去表调工序,槽液可重复使用;有效地提高了涂料对基材的附着力;可共线处理铁板、镀锌板、铝板等多种基材。因此,新型的环保、节能、低排放、低使用成本的硅烷金属表面处理技术成为国内外技术人员研究的重点。


    硅烷偶联剂是一类具有有机官能团的含硅化合物。其分子式可用通式Y(CH2)nSiX3表示,此处n=0-3;X通常是氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧乙氧基、乙酰氧基等,这些基团水解时即生成硅羟基,而与无机物质结合,形成硅氧烷。Y是乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基或脲基,这些有机官能团可与有机物质反应。当硅官能团水解时,则Si-X转化成Si-OH,并副生HX。Si-OH既可与其它分子中的Si-OH或被处理基材表面的Si-OH发生缩合脱水反应形成Si-O-Si键结合,甚至还可与某些氧化物(如氧化铝、氧化铁、氧化锡、氧化锆、氧化钛、氧化镍等)反应,生成稳定的Si-O键合,从而使硅烷得以和无机物或金属连接。利用硅烷的这一特性,可将其应用于金属防锈及防氧化,Mg、Al、Cr、Fe、Zn等金属经硅烷处理后,可大大提高其抗腐蚀性能。


    硅烷处理技术正是利用了硅烷偶联剂的特殊性能。在金属表面的成膜过程为:(1)硅烷偶联剂经水解后,形成具有疏水和亲水结构的硅醇;(2)通过分子间脱水缩合形成有序的低聚物;(3)低聚物与金属表面上的羟基形成氢键;(4)由于分子内脱水,部分形成共价键后,紧密排列在金属表面,形成一层致密的硅烷膜。


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