硅烷偶聯(lián)劑在金屬預(yù)處理及有機(jī)涂層中的應(yīng)用研究.pdf

1、硅烷偶聯(lián)劑作為連接兩種不同性質(zhì)材料的“分子橋”已經(jīng)在復(fù)合材料、涂料、膠粘劑等行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行金屬表面預(yù)處理具有無污染、適用面廣、成本低、對(duì)有機(jī)涂層粘接性能優(yōu)異的優(yōu)點(diǎn)，從而引起了國內(nèi)外專家學(xué)者的關(guān)注，成為目前表面處理工藝的研究熱點(diǎn)。由于硅烷偶聯(lián)劑對(duì)金屬基體和有機(jī)涂層的選擇性，硅烷的水解、金屬表面硅烷膜制備等工藝因其種類不同而有所不同，這都大大限制了它的工業(yè)化進(jìn)程。鑒于此，本文優(yōu)化選擇了三種硅烷偶聯(lián)劑(KH-550、

2、KH-560、KBM-7103)，分別對(duì)其水解工藝、硅烷膜制備工藝、性能測(cè)試、結(jié)構(gòu)表征及硅烷偶聯(lián)劑在難粘涂層(聚乙烯涂層、氟樹脂涂層)中的應(yīng)用做了試驗(yàn)性研究，得出了有意義的結(jié)論。 本文在討論了硅烷偶聯(lián)劑水解與縮合機(jī)理的基礎(chǔ)上，研究了所選三種硅烷的水解工藝，確定了工藝參數(shù)。采用對(duì)水解體系無干擾和破壞作用的電導(dǎo)率測(cè)定法檢測(cè)硅烷的水解程度，對(duì)水解溶劑、水解時(shí)間、溶液濃度、pH值、溫度、添加劑等因素對(duì)水解體系穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果

3、表明：采用混合溶劑(水+醇)作為硅烷的水解溶劑較單一的醇解和去離子水水解要好，這樣可以保證足夠的硅羥基(Si-OH)含量；隨著水解液中硅烷濃度的增大、水解時(shí)間的延長(zhǎng)，硅烷溶液的穩(wěn)定性降低；pH值只是對(duì)水解速度有很大的影響，pH值高助水解，反之則助縮合；20～40℃為最佳水解溫度；多元醇的加入可以降低硅羥基縮合的幾率。 本文采用鋼基體在硅烷溶液中浸涂，進(jìn)而經(jīng)固化處理的工藝制備硅烷薄膜。通過對(duì)硅烷膜粘接性能、耐蝕性能測(cè)試，驗(yàn)證了硅烷

4、膜制備工藝對(duì)膜性能的影響。結(jié)果表明：硅烷膜與基體的粘接強(qiáng)度隨硅烷水解時(shí)間和固化時(shí)間的延長(zhǎng)，固化溫度的升高，硅烷溶液濃度的增大，呈先升高后降低的規(guī)律變化；鋼基體經(jīng)硅烷化處理后的耐蝕性能明顯優(yōu)于磷化處理；不同的硅烷對(duì)基材的防腐保護(hù)效果有選擇性；硅烷膜耐酸性不好，但具優(yōu)異耐堿性。 本文采用紅外光譜、X射線光電子能譜(XPS)、掃描電鏡(SEM)、差示掃描量熱法(DSC)等測(cè)試手段對(duì)硅烷膜的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征和分析，并利用熱失重分析(

5、TG)技術(shù)測(cè)試了KH-560、KBM-7103硅烷膜的熱分解溫度，研究了KH-560硅烷膜的熱分解動(dòng)力學(xué)。結(jié)果表明：硅烷在選用的水解溶劑中不僅僅是一個(gè)溶解過程，其水解反應(yīng)效果明顯并有大量硅醇生成；隨著水解時(shí)間的延長(zhǎng)，溶液中的硅羥基會(huì)逐漸形成二聚體或三聚體或更大的交聯(lián)體；隨著溶液濃度的增大、固化溫度的升高，膜中硅羥基含量逐漸降低，而由硅羥基縮合而成的Si-O-Si聚硅氧烷含量逐漸升高；隨著固化溫度的升高，膜中硅原子含量先升高后降低，鐵原子

6、含量先降低后升高，包覆度呈先升高后降低的趨勢(shì)；隨著硅烷溶液濃度的升高，膜中鐵原子含量逐漸降低，而硅原子含量逐漸升高，這間接證明了硅烷膜厚度與溶液濃度有關(guān)；硅烷膜中氧元素結(jié)合能升高、O1s、Si2p擬合譜圖中新峰的出現(xiàn)證明了硅烷偶聯(lián)劑和鋼表面的Fe-OH發(fā)生了作用，硅烷偶聯(lián)劑與鋼基體之間是以一種化學(xué)鍵的方式結(jié)合而非簡(jiǎn)單的物理吸附；KH-560硅烷膜的耐熱性不好，熱分解溫度比KBM-7103硅烷膜低50℃。 本文研究了不同的基體表面

7、處理方法對(duì)聚乙烯涂層、氟樹脂涂層與鋼基體結(jié)合強(qiáng)度的影響，驗(yàn)證了硅烷偶聯(lián)劑在金屬表面預(yù)處理中的優(yōu)異之處。結(jié)果表明：在聚乙烯涂層中，KH-560可以顯著提高其結(jié)合強(qiáng)度，采用噴砂+KH-560混合處理工藝效果更佳，比磷化處理和噴砂處理分別提高了25.5％、21％，即使經(jīng)20次熱震沖擊后，結(jié)合強(qiáng)度僅僅降低了10.9％，大大低于其他處理方法熱震后的下降幅度；在氟樹脂涂層中，KBM-7103硅烷沒有顯出優(yōu)異性能，原因在于所選的氟樹脂F(xiàn)EP的熔融溫度