專利名稱：鋼鐵件涂裝前的硅烷化處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼鐵件涂裝前的硅烷化處理方法，特別是涉及一種便宜、操作簡單、環(huán) 保無污染，且有效提高鋼鐵件與后續(xù)有機涂層結(jié)合強度的前處理方法。
背景技術(shù)：
鋼結(jié)構(gòu)和構(gòu)件被廣泛應用于國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域，鋼的腐蝕會帶來巨大的經(jīng)濟損 失。有機涂層/涂料是最常用的鋼防腐技術(shù)手段，在長期的使用過程中，有機涂層的防護性 能一方面取決于涂層本身的抗腐蝕能力，另一方面取決于涂層與鋼鐵件的界面粘結(jié)性能， 以防止涂層出現(xiàn)脫皮與鼓泡現(xiàn)象。為提高鋼鐵件與(環(huán)氧)涂層的粘接強度，通常在涂裝前需要對鋼鐵件進行前處 理。傳統(tǒng)的表面前處理方法有物理方法(如噴砂)和化學方法(如酸洗、磷化、鉻酸鹽鈍 化)。但是通過這些表面前處理后涂層與工件的界面結(jié)合方式通常為物理吸附，在長期的使 用過程中，尤其是在濕性條件下，涂層很容易與基體分離而失去防護效果。并且這些處理方 法普遍存在耗水量大、廢物排放多、污染環(huán)境和處理費用高等缺點。近年來，硅烷作為膠黏劑被廣泛應用于玻璃或陶瓷強化高聚復合材料中，能有效 提高有機材料與無機材料之間的結(jié)合強度，且其具有工藝過程簡單、適用范圍廣、成本低， 逐漸成為研究熱點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種鋼鐵件涂裝有機涂層的前處理方法，解決現(xiàn)有技 術(shù)中存在的鋼鐵件與涂層的粘接問題。這種方法經(jīng)濟便宜，操作簡單，環(huán)保，不污染環(huán)境，有 效提高了涂層與鋼鐵件的附著力。本發(fā)明是通過下列技術(shù)方案來實施的1.工藝流程打磨、噴砂、拋光一脫脂一水洗一浸硅烷溶液一晾干/烘干一噴刷(環(huán)氧)涂料。2.工藝規(guī)范2.1打磨、噴砂、拋光打磨、噴砂、拋光的目的是為了去除工件表面的粗糙物、毛刺和粘結(jié)物，細化工件 表面，提高工件表面的光潔度。2. 2 脫脂脫脂的目的是去除鋼鐵件表面的油污，使工件表面潔凈，以避免表面油脂對后續(xù) 工序的不利影響。脫脂的方法可采用堿性化學除油，也可用丙酮等有機溶劑在超聲波下除 油。通常采用如下化學脫脂液進行脫脂處理NaOH50_100g/L ；Na2CO320_60g/L ；Na3PO4 ‘ 12H20 15_30g/L ；
Na2SiO35_15g/L ；水余量。溫度80_90°C ；時間以除盡為止。2. 3浸硅烷溶液浸入硅烷溶液后，鋼鐵件表面富含-CHCH2O或-NH2基團，與涂料中的基團相匹配， 固化過程中發(fā)生交聯(lián)反應而有效提高了涂層與鋼鐵件的粘結(jié)強度。對于環(huán)氧涂料，可采用 Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)硅烷偶聯(lián)劑作為處理溶液，按重量百分比 計，其配方如下
5-20% (優(yōu)選為 8-12% )； 1-20% (優(yōu)選為 5-10% )；
余里ο 室溫；
0. 5-4小時；pH (甲酸調(diào)整) 4.0-5.5;對于以胺類為固化劑的涂料體系，也可采用氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)硅烷 偶聯(lián)劑作為處理溶液，按重量百分比計，其配方如下KH560去離子水無水甲醇溫度水解時間KH5502-20% (優(yōu)選為 2-8% )；去離子水0. 25-20% (優(yōu)選為 1-10% )；無水乙醇余量。溫度室溫；水解時間2-10小時；pH (乙酸調(diào)整) 3.5-5.5;本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明首先對鋼鐵件進行表面打磨、拋光、脫脂等預處理，然后對脫脂后的工件 進行硅烷化處理，通過硅烷化前處理，鋼鐵表面形成了硅烷膜，在工件表面獲得的硅烷膜具 有與涂料相匹配的環(huán)氧基、氨基等官能團成分，大大增強了與后續(xù)環(huán)氧涂層的結(jié)合強度，有 利于提高涂層的耐腐蝕性能與抗老化性能，而且整個工藝過程具有操作簡單，成本低廉，無 污染等特點。2、本發(fā)明通過硅烷化處理后可實現(xiàn)后續(xù)涂層與鋼鐵件的化學鍵合，提高涂層結(jié)合 力，并且處理過程無渣，處理時間短，控制簡便；處理步驟少，可省去表調(diào)及鈍化工序，槽液 使用壽命長，維護簡單。3、本發(fā)明可作為船用鋼、橋梁用鋼、碳素鋼以及生鐵等類型鋼鐵材料表面涂裝前 的前處理方法。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步描述。實施例11.材料準備Q235鋼片，采用常規(guī)的打磨、噴砂、拋光，打磨用干式噴砂機對鋼鐵件表面進行噴砂處理，拋光用水磨拋光機對試樣表面進行打磨處理，SiC砂紙打磨至600#。2.脫脂NaOH 50g/L, Na2CO3 25g/L，Na3PO4 · 12H20 30g/L, Na2SiO3 12g/L，余量為 水，溫度80-90°C，時間以油除盡為止，脫脂后試片用自然水沖洗干凈，再用去離子水沖洗干 凈。3.浸硅烷溶液硅烷溶液由偶聯(lián)劑KH560、去離子水與無水甲醇的按重量比 12 16 72配制。首先將無水甲醇與去離子水配制成醇-水溶液，加入甲酸調(diào)整pH至 4. 5-5. 5，攪拌下加入偶聯(lián)劑KH560，水解半小時后即成硅醇溶液。將試片浸入硅醇溶液中 0. 5-2分鐘后取出，自然晾干。4.烘干在120°C下將浸入硅烷溶液后的試片烘干1小時，獲得的硅烷膜無色透 明。5.涂覆環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂(E-44)與聚酰胺(650)按重量比5 4混合后涂覆 于試片，100°C下烘干2小時后固化。未經(jīng)過硅烷化處理的試片環(huán)氧涂層與基體的結(jié)合強度為26. 3MPa,經(jīng)過硅烷處理 后結(jié)合強度為37. 8MPa,結(jié)合力提高了 1. 44倍。實施例2與實施例1不同之處在于1.材料準備A32鋼片，采用常規(guī)的打磨、噴砂、拋光，SiC砂紙打磨至600#。2.脫脂=NaOH 100g/L, Na2CO3 60g/L, Na3PO4 · 12H20 15g/L, Na2SiO3 15g/L，余量 為水，溫度80-90°C，時間以油除盡為止，脫脂后試片用自然水沖洗干凈，再用去離子水沖洗干凈。3.浸硅烷溶液硅烷溶液由偶聯(lián)劑KH560、去離子水與無水甲醇的按重量比 5 10 85配制。首先將無水甲醇與去離子水配制成醇-水溶液，加入甲酸調(diào)整pH至 4. 5-5. 5，攪拌下加入偶聯(lián)劑KH560，水解1小時后即成硅醇溶液。將試片浸入硅醇溶液中 0. 5-2分鐘后取出，自然晾干。4.烘干在120°C下將浸入硅烷溶液后的試片烘干1小時，獲得的硅烷膜無色透 明。5.涂覆環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂(E-44)與聚酰胺(650)按重量比5 4混合后涂覆 于試片，100°C下烘干2小時后固化。未經(jīng)過硅烷化處理的試片環(huán)氧涂層與基體的結(jié)合強度為25. IMPa,經(jīng)過硅烷處理 后結(jié)合強度為34. 6MPa,結(jié)合力提高了 1. 38倍。實施例3與實施例1不同之處在于1.材料準備Q235q鋼片，采用常規(guī)的打磨、噴砂、拋光，SiC砂紙打磨至600#。2.脫脂=NaOH 60g/L, Na2CO3 20g/L, Na3PO4 · 12H20 20g/L, Na2SiO3 5g/L，余量為 水，溫度80-90°C，時間以油除盡為止，脫脂后試片用自然水沖洗干凈，再用去離子水沖洗干 凈。3.浸硅烷溶液硅烷溶液由偶聯(lián)劑KH550、去離子水與無水乙醇的按重量比 2:5: 93配制。首先將無水乙醇與去離子水配制成醇-水溶液，加入乙酸調(diào)整pH至 3. 5-5. 0，攪拌下加入偶聯(lián)劑KH550，水解2小時后即成硅醇溶液。將試片浸入硅醇溶液中0. 5-2分鐘后取出，自然晾干。4.烘干在100°C下將浸入硅烷溶液后的試片烘干1小時，獲得的硅烷膜無色透明。5.涂覆環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂(E-44)與聚酰胺(650)按重量比5 4混合后涂覆 于試片，80°C下烘干2小時后固化。未經(jīng)過硅烷化處理的試片環(huán)氧涂層與基體的結(jié)合強度為20. 7MPa,經(jīng)過硅烷處理 后結(jié)合強度為29. 5MPa,結(jié)合力提高了 1. 42倍。實施例4與實施例1不同之處在于1.材料準備Q12生鐵片，采用常規(guī)的打磨、噴砂、拋光，SiC砂紙打磨至600#。2.脫脂NaOH 70g/L, Na2CO3 40g/L，Na3PO4 · 12H20 25g/L, Na2SiO3 10g/L，余量為 水，溫度80-90°C，時間以油除盡為止，脫脂后試片用自然水沖洗干凈，再用去離子水沖洗干 凈。3.浸硅烷溶液硅烷溶液由偶聯(lián)劑KH550、去離子水與無水乙醇的按重量比 8 20 72配制。首先將無水乙醇與去離子水配制成醇-水溶液，加入乙酸調(diào)整pH至
3.5-5. 0，攪拌下加入偶聯(lián)劑KH550，水解4小時后即成硅醇溶液。將試片浸入硅醇溶液中 0. 5-2分鐘后取出，自然晾干。4.烘干在100°C下將浸入硅烷溶液后的試片烘干1小時，獲得的硅烷膜無色透明。5.涂覆環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂(E-44)與聚酰胺(650)按重量比5 4混合后涂覆 于試片，80°C下烘干2小時后固化。未經(jīng)過硅烷化處理的試片環(huán)氧涂層與基體的結(jié)合強度為23. 7MPa，經(jīng)過硅烷處理 后結(jié)合強度為33. IMPa,結(jié)合力提高了 1. 4倍。實施例5與實施例1不同之處在于1.材料準備Q235碳素鋼片，采用常規(guī)的打磨、噴砂、拋光，SiC砂紙打磨至600#。2.脫脂=NaOH 80g/L, Na2CO3 50g/L, Na3PO4 · 12H20 25g/L, Na2SiO3 8g/L，余量為 水，溫度80-90°C，時間以油除盡為止，脫脂后試片用自然水沖洗干凈，再用去離子水沖洗干 凈。3.浸硅烷溶液硅烷溶液由偶聯(lián)劑KH560、去離子水與無水甲醇的按重量比 15 4 81配制。首先將無水甲醇與去離子水配制成醇-水溶液，加入甲酸調(diào)整pH至
4.5-5. 5，攪拌下加入偶聯(lián)劑KH560，水解4小時后即成硅醇溶液。將試片浸入硅醇溶液中 0. 5-2分鐘后取出，自然晾干。4.烘干在120°C下將浸入硅烷溶液后的試片烘干1小時，獲得的硅烷膜無色透 明。5.涂覆環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂(E-44)與聚酰胺(650)按重量比5 4混合后涂覆 于試片，120°C下烘干2小時后固化。未經(jīng)過硅烷化處理的試片環(huán)氧涂層與基體的結(jié)合強度為24. IMPa,經(jīng)過硅烷處理 后結(jié)合強度為35. 7MPa,結(jié)合力提高了 1. 48倍。
實施例6與實施例1不同之處在于1.材料準備A32鋼片，采用常規(guī)的打磨、噴砂、拋光，SiC砂紙打磨至600#。2.脫脂NaOH 90g/L, Na2CO3 30g/L，Na3PO4 · 12H20 20g/L, Na2SiO3 12g/L，余量為 水，溫度80-90°C，時間以油除盡為止，脫脂后試片用自然水沖洗干凈，再用去離子水沖洗干 凈。3.浸硅烷溶液硅烷溶液由偶聯(lián)劑KH550、去離子水與無水乙醇的按重量比 2 10 88配制。首先將無水乙醇與去離子水配制成醇-水溶液，加入乙酸調(diào)整pH至 3. 5-5. 0，攪拌下加入偶聯(lián)劑KH550，水解10小時后即成硅醇溶液。將試片浸入硅醇溶液中 0. 5-2分鐘后取出，自然晾干。4.烘干在100°C下將浸入硅烷溶液后的試片烘干1小時，獲得的硅烷膜無色透明。5.涂覆環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂(E-44)與聚酰胺(650)按重量比5 4混合后涂覆 于試片，80°C下烘干2小時后固化。未經(jīng)過硅烷化處理的試片環(huán)氧涂層與基體的結(jié)合強度為22. 5MPa,經(jīng)過硅烷處理 后結(jié)合強度為30. 4MPa,結(jié)合力提高了 1. 35倍。
權(quán)利要求
1.一種鋼鐵件涂裝前的硅烷化處理方法，其特征在于，首先對鋼鐵件進行表面打磨、拋 光和脫脂預處理，其次對脫脂后的工件進行硅烷化處理，通過硅烷化表面改性后，在工件表 面獲得與涂料相匹配的環(huán)氧基或氨基官能團成分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼鐵件涂裝前的硅烷化處理方法，其特征在于，打磨用干式 噴砂機對鋼鐵件表面進行噴砂處理，拋光用水磨拋光機對試樣表面進行打磨處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼鐵件涂裝前的硅烷化處理方法，其特征在于，脫脂用的脫 脂液采用化學脫脂液，配方為=NaOH 50-100g/L, Na2CO3 20-60g/L, Na3PO4 12H20 15_30g/L， Na2SiO3 5-15g/L，余量為水；脫脂溫度為80_90°C，時間以除盡為止。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼鐵件涂裝前的硅烷化處理方法，其特征在于，所硅烷化表 面改性時，采用的硅烷偶聯(lián)劑為氨丙基三乙氧基硅烷KH550或Y-縮水甘油醚氧丙基三甲 氧基硅烷KH560。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋼鐵件涂裝前的硅烷化處理方法，其特征在于，采用硅烷偶 聯(lián)劑KH550的配方為按重量百分比計，硅烷5-20%，去離子水0. 25-20 %，其余為無水乙 醇；溶液PH值采用乙酸調(diào)整為3. 5-5. 5，處理溫度為室溫，水解時間為2-10小時。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋼鐵件涂裝前的硅烷化處理方法，其特征在于采用硅烷偶 聯(lián)劑KH560的配方為按重量百分比計，硅烷2-20%，去離子水1_20%，其余為無水甲醇； 溶液PH值采用甲酸調(diào)整為4. 0-5. 5，處理溫度為室溫，水解時間為0. 5-4小時。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的鋼鐵件涂裝前的硅烷化處理方法，其特征在于，采用浸漬 法涂覆硅烷溶液，工件或試片的浸漬時間為0. 5-5分鐘，取出晾干后進行烘干，烘干溫度為 50-200°C，烘干時間為0. 5-2小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋼鐵件涂裝前的硅烷化處理方法，特別是涉及一種便宜、操作簡單、環(huán)保無污染，且有效提高鋼鐵件與后續(xù)有機涂層結(jié)合強度的前處理方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的鋼鐵件與涂層的粘接問題。該方法包括首先對鋼鐵件進行表面打磨、拋光、脫脂等預處理；然后對脫脂后的工件進行硅烷化處理，在工件表面獲得的硅烷膜具有與涂料相匹配的環(huán)氧基、氨基等官能團成分。本發(fā)明通過硅烷化處理后可實現(xiàn)后續(xù)涂層與鋼鐵件的化學鍵合，提高涂層結(jié)合力，并且處理過程無渣，處理時間短，控制簡便；處理步驟少，可省去表調(diào)及鈍化工序，槽液使用壽命長，維護簡單。
文檔編號C23G1/19GK102094194SQ20091022062
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月9日
發(fā)明者嚴川偉, 張吉阜, 王福會 申請人:中國科學院金屬研究所