为了提高耐蚀性使用含溶解的无机硅酸盐或铝酸盐、有机官能性硅烷和非官能性硅烷的水溶液预处理金属制造技术

用不溶的、含硅氧烷的复合层预处理涂覆过的金属板。复合层通过用含至少０．００５Ｍ溶解的硅酸盐或溶解的铝酸盐，至少０．１％（体积）的有机官能性硅烷和具有两个或多个三烷氧基甲硅烷基至少０．０２％（体积）的交联剂的碱性溶液漂洗金属板。在金属板干燥后，复合层具有至少１０Ａ的厚度。涂覆后，硅氧烷在涂料和金属基体间形成粘结力强的共价键。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及使用含有硅氧烷的复合层预处理金属以便在外涂料层与金属基体之间形成粘结共价键。更具体地说，本专利技术涉及使用含有至少一种溶解的无机硅酸盐和溶解的无机铝酸盐，有机官能性硅烷以及非官能性硅烷交联剂的碱性溶液预处理金属的一步法。已知使用铬酸盐涂层钝化表面可改进冷轧和金属涂覆钢的耐蚀性。由于六价铬的毒性，含铬酸盐离子的漂洗液为工业应用所不希望有的。还已知使用转化型磷酸盐层去处理冷轧和金属涂覆钢可改善涂料的粘合性。然而，为了改进腐蚀特性，这些磷化钢通常需要铬酸盐的最终漂洗。现已提出为了改进耐蚀性和涂料在冷轧与镀锌钢上的粘结力可先涂一层无机硅酸盐然后用有机官能性硅烷处理二氧化硅涂层。美国专利5,108,793公开了使用含溶解的硅酸盐和金属盐的碱性溶液漂洗钢以形成二氧化硅涂层。使钢干燥形成厚度至少为20A的二氧化硅涂层。在此之后，用含0.5-5％(体积)的有机官能硅烷水溶液漂洗二氧化硅涂覆钢。硅烷在硅酸盐的涂层和外部涂料层之间形成粘附性较强的共价键。目前存在着许多能改进耐蚀性和涂料在冷轧与镀锌钢上粘结力的其它方案。一些技术人员已经提出了用含胶体的硅酸盐和/或铝酸盐以及硅烷的铬酸盐溶液预处理钢。另外一些技术人员提出先用铬酸盐溶液漂洗钢再用含胶体硅酸盐或铝酸盐以及硅烷的溶液漂洗铬化钢。还有另外一些技术人员提出用含聚合的树脂、胶体硅酸盐以及硅烷的溶液漂洗钢。由上述工作人员的尝试证明，已长期意识到必须去开发使用处置便宜的环境安全涂料溶液以改进耐蚀性和涂料与金属粘附的方法。该方法的成本应该是低的，能使用可安全处置的非毒性原料，能保证长期耐潮湿环境而不需要多步骤的加工处理或铬酸盐处理。专利技术概述本专利技术涉及用复合层一步法预处理金属，该复合层含有能在涂料和金属基体间形成粘结共价键的硅氧烷。本专利技术包括用碱性溶液漂洗金属，该溶液含有至少一种溶解的无机硅酸盐和溶解的无机铝酸盐、有机官能性硅烷和含有两种或多种三烷氧基甲硅烷基的交联剂。然后使金属干燥至官能性硅烷完全固化形成与金属基体牢固地结合的不溶复合层。本专利技术另外一个特征包括前述碱性溶液含有0.005M的硅酸盐，铝酸盐或其混合物。本专利技术另外一个特征包括前述碱性溶液含有的有机官能性硅烷和交联剂至少各为0.1％(体积)。本专利技术另外一个特征包括前述有机官能性硅烷与交联剂的比值在2∶1-10∶1范围内。本专利技术另外一个特征包括在用碱性溶液漂洗前使金属涂覆磷化层的附加步骤。本专利技术的主要目的在于改进耐蚀性和金属的涂料粘结力。另外的目的包括改进耐蚀性和涂料与金属的粘结力，无需使用像铬酸盐那样能产生有毒废物的有毒原料，并且能产生在潮湿环境下具有很长使用寿命的涂上涂料的金属。本专利技术的优点包括形成复合层，该层是不溶性的，对于在冷轧和金属涂覆钢包括磷化过的冷轧和金属镀覆钢上的涂料来说具有优良的结合力，并且还具有良好的耐腐蚀性。本专利技术的方法不使用或不产生环境上有危险的物质，成本低且可适用于各种涂料。最佳实施方案的详细说明本专利技术重要的方面是用复合层预处理待涂覆的金属板，复合层含至少一种无机硅酸盐或无机铝酸盐和硅氧烷。硅氧烷能稳定复合层由此提高了耐蚀性并且在涂料或其它聚合物的外层与金属基体之间形成粘着力强的共价键。不同于未固化的硅烷，硅氧烷具有不透水的水解稳定的-Si-O-Si-结构因而可以认为由于硅氧烷能经内复合层和外涂料层互扩散才形成最强的粘结力。也就是说，硅氧烷和涂料变成了相互可渗透的网络。硅氧烷还可以增强涂料对复合层的可湿性，为不透水的涂料连续膜提供保证。为了能形成含硅氧烷的连续粘附复合层，制备的碱性溶液含有至少一种溶解的无机硅酸盐、溶解的无机铝酸盐或其混合物，有机官能性硅烷和除有两个或多个三烷氧基甲硅烷基外不具备有机官能性的硅烷交联剂。有机官能性硅烷具有通式R1-R2-Si(OX3)3，式中R1是有机官能团，R2是脂族或芳族的烃基和X是烷基。例如，R1是-NH2基，R2是丙基和X优选CH3或C2H5。R2其它基团可包括x优选为整数3的任何(CH2)x链。发现在本专利技术中使用效果非常好的优选有机官能性硅烷是γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(APS)。可以使用的其它硅烷实例包括γ-缩水甘油基丙氧基三甲氧基(GPS)(γ-glycidoxypropyl-trimethoxy)、γ-甲基丙烯酰基丙氧基三甲氧基(MPS)、N--3-氨基丙基三甲氧基(SAAPS)、巯基丙基三乙氧基，二氨基硅烷如NH2-CH2-NH-CH2-CH2-CH2-Si(OX)3和乙烯基丙基三甲氧基硅烷。所谓碱性溶液意指pH大于7，优选至少为12的水溶液。重要的是漂洗溶液是碱性的，因为有机官能性硅烷作用要好得多。还有重要的是溶液不含有机溶剂，这是因为环境的关系，通常盛于槽内的预处理溶液与大气是相通的。非官能性硅烷或交联剂包括通用结构式为R3-(SiOY3)n的两个或多个三烷氧基甲硅烷基，式中R3是脂族或芳族烃，Y是甲基、乙基或乙氧基，n是等于或大于2的整数。优选硅烷交联剂是1，2双三甲氧基甲硅烷基乙烷(TMSE)，例如(C2H5O)3Si-CH2CH2-Si(C2H5O)3。其它可能的交联剂包括(CH3O)3SiCH2CH2CH2Si(OCH3)3，(CH3O)3Si(CH2)6Si(OCH3)3，Si(OC2H5)4，(CH3O)3SiCH2CH2Si(CH3)2-O-Si(CH3)2CH2CH2Si(OCH3)3，or 非官能性硅烷交联剂在碱性漂洗溶液中的浓度应当至少为0.02％(体积)，优选为至少0.2％(体积)。浓度所以应当至少为0.02％(体积)是因为碱性溶液的反应性在较低浓度下过慢。有机官能性硅烷在碱性漂洗溶液中的浓度在应至少为0.1％(体积)，优选为至少0.8％(体积)，才能保证形成连续膜。有机官能性硅烷的浓度与硅烷交联剂浓度比优选应当至少为2∶1，但不应超过约10∶1。如果有机官能性硅烷浓度低于交联剂两倍，存在的交联剂量是过量的，就会变得无用而且官能团的数目也太低，保证不了涂料与复合层的粘结力强。从另一方面说，如果有机官能性硅烷浓度大于交联剂约10倍的话，交联剂的存在量就不足以与所有的有机官能性硅烷完全反应而转化成硅氧烷。官能性硅烷与交联剂的优选比例为4∶1。在碱性溶液中交联剂和有机官能性硅烷的浓度都不能超过约5.0％(体积)，因为成本超过标准而且复合层的厚度过大会引起复合层变脆。碱性溶液还可含有至少一种溶解的无机硅酸盐，溶解的无机铝酸盐或硅酸盐和铝酸盐的混合物。重要在于由含硅酸盐和/或铝酸盐的碱性溶液形成的复合层能为涂覆金属板提供优良的防腐作用。复合的硅酸盐和/或铝酸盐层优选厚度至少10，更好的至少20而最好的厚度为50。复合层的厚度当至少为10时才能保证连续层牢固地与金属基体结合而不透水。据测定溶液中硅酸盐和/或铝酸盐的最低浓度约为0.005M时才能保证所述连续复合层形成。在浓度大于约0.05M时，耐蚀性得不到改进，成本超过标准而且复合层的厚度变得过大。复合层的厚度不应超过约100A，因为厚涂层易损坏而且在制造涂覆金属时趋于出现裂纹而剥落。能使用的硅酸盐实例包括Na(SiO3)x，例如水玻璃，硅酸钠或多硅酸钠。能够使用的铝酸盐的实例包括溶解于NaOH中的Al(OH)3或溶解于NaOH中的Al2O3。当本文档来自技高网...

【技术保护点】
预处理金属以改进耐蚀性的方法，该方法包括如下步骤：提供含有至少一种溶解的无机硅酸盐和溶解的无机铝酸盐、有机官能性硅烷和含有两个或多个三烷氧基甲硅烷基的交联剂的碱性溶液，用碱性溶液漂洗金属板，和干燥板以形成含硅氧烷的相当不溶的复合层。２、权利要求１的方法，包括涂覆复合层的附加步骤。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：WJ范奥伊治，A沙巴塔，
申请(专利权)人：辛辛那提大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]