包含硅烷改性的硅酸盐化合物的钝化组合物制造技术

本发明专利技术涉及一种硅烷改性的硅酸盐的制备方法。为了获得最佳的防腐蚀性能，根据本发明专利技术的硅烷化合物在硅酸盐化合物存在下并在pH值大于或等于8时至少部分水解和/或缩合，然后加入酸调节pH值小于或等于7。本发明专利技术还涉及一种用于金属基体的水性酸性钝化组合物和涂覆有钝化组合物的金属基体。钝化组合物的金属基体。

【技术实现步骤摘要】
包含硅烷改性的硅酸盐化合物的钝化组合物


[0001]本专利技术涉及包含硅烷改性的硅酸盐化合物的钝化组合物，还涉及制备硅烷改性的硅酸盐和涂覆有该钝化组合物的金属基体的方法。

技术介绍

[0002]在用于金属基体的抗腐蚀涂层的已知钝化组合物中，通常使用的是硅酸盐和硅烷。已经发现的是，硅烷改性的硅酸盐化合物比单独的硅烷和硅酸盐的混合物更适用于抗腐蚀涂层。如EP 2 216 371 A1教导的，在碱性范围内施加硅烷改性的硅酸盐化合物，其通过例如水玻璃的硅酸盐溶液中的单体硅烷的碱性水解得到。含有酸性胶态二氧化硅颗粒的涂层是通过在酸性硅溶胶中硅烷的酸性水解来获得的。DE 198 14 605 A1公开了根据所使用的硅酸盐化合物的碱性或酸性水解，KR 10 2005 005 9816A公开了在强酸性pH下水解硅烷和硅酸盐，随后将钝化组合物的pH调节至更低的酸度。然而，使用水玻璃，即使随后调节到更低酸度pH也不可能在酸中进行水解，因为硅酸盐会絮凝。
[0003]现有技术中已知的替代方法没有一种完全利用了硅烷改性的硅酸盐化合物的潜在抗腐蚀作用。因此，本专利技术的目的是提出一种使用硅烷改性的硅酸盐化合物制备的改进的钝化组合物和一种用于使用硅烷改性的硅酸盐化合物的改进方法。
[0004]根据本专利技术，用于金属基体的钝化组合物包含在酸性水溶液中的一种已经在碱性pH范围内经硅烷改性的硅酸盐化合物，其通过在至少一种硅酸盐存在且pH等于或大于8的情况下，至少部分水解和/或缩合至少一种硅烷，然后通过加入酸来调节pH至等于或小于7来获得。
[0005]根据本专利技术，用于制备硅烷改性的硅酸盐的方法通过以下步骤进行，所述步骤包括在硅酸盐化合物存在的情况下至少部分水解硅烷，并且在pH等于或大于8的情况下至少部分缩合水解的硅烷和硅酸盐，以得到硅烷改性的硅酸盐，然后通过加入酸来调节pH至等于或小于7。
[0006]在本专利技术的操作的上下文中，已经发现通过碱性水解形成的硅烷改性的硅酸盐化合物具有优异的防腐蚀效果。硅烷或硅氧烷通过碱性介质中的水解和/或缩合共价结合到硅酸盐上作为侧链。术语“水解和缩合”在本专利技术说明书的上下文中单独使用时，它们各自是指在硅烷改性的硅酸盐化合物的制备过程中发生的所有反应。然而，如果也在碱性pH下将具有这些碱性水解硅烷改性的硅酸盐化合物的钝化组合物施加到金属基体上，则抗腐蚀效果不会完全实现。然而，如果根据本专利技术在碱性介质中部分或完全水解或缩合后酸化到pH等于或小于7，则可观察到包含在碱性介质中硅烷改性的硅酸盐的酸性水性钝化组合物进一步改进的抗腐蚀作用。
[0007]本专利技术的预料不到的效果是在碱性介质中已经与硅烷或硅氧烷或其混合物缩合或水解的水玻璃可以在其不发生沉淀的情况下酸化至pH等于或小于7。尤其当使用硅酸锂或聚硅酸锂以及当使用包含硅酸锂或聚硅酸锂的水玻璃的混合物时，这点被清楚地显示出来。包含根据本专利技术的通过在碱性介质中硅烷水解和/或缩合产生的硅烷改性的硅酸盐化
合物的钝化组合物，与酸混合，在pH值等于或小于7时可用作有效的抗腐蚀涂层，通常在至多pH6或高达pH5的酸性pH值下。优选地，酸化的pH值优选设定在2到4之间，这可以在不使硅烷改性的硅酸盐化合物沉淀或絮凝的情况下实现和维持。
[0008]作为由根据本专利技术的酸性水性钝化组合物实现的改进的防腐蚀的一个可能原因，可以看出的是，根据本专利技术的酸性钝化组合物蚀刻基体的金属表面，之后来自基体表面的溶解的金属离子掺入到钝化中。这样的金属离子例如可以通过GD
‑
OES(辉光放电发射光谱)在钝化层中检测到，例如锌、铁和/或镁离子可以以硅酸锌、硅酸铁和/或硅酸镁的形式检测到。对基体金属表面的蚀刻通过根据本专利技术的钝化组合物的酸实现，对基体金属表面的蚀刻产生化学上限定的表面，并且可以清楚地理解为酸性清洗步骤。此外，金属表面得到平整，并且钝化层的粘附性得到改善。
[0009]当在硅酸盐存在的情况下，仅硅烷的部分水解或缩合在碱性水溶液实现，此时显示出有利的效果。然而，通常地，在硅酸盐存在情况下硅烷水解或缩合以形成硅烷改性的硅酸盐化合物在碱性状态下完全进行。如果需要完全水解，碱性水溶液中硅烷和硅酸盐的部分水解在酸化pH至等于或小于7后可以继续进行。因此，本专利技术允许多变量过程控制，使得硅烷改性的硅酸盐化合物可以各自独立地适应钝化组合物的要求。
[0010]通过向包含完全或部分水解或缩合的硅烷改性的硅酸盐化合物的碱性水溶液中加入酸，调节根据本专利技术的钝化组合物的pH至7或7以下，即酸性pH值。pH可以用无机或有机酸或酸的混合物来调节。添加酸后，优选地将pH调节至pH 2和pH 5之间。优选地，使用含磷的酸，如二磷酸、膦酸或二膦酸或其混合物用于酸化。有利的是使用例如(1
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羟基乙烷
‑
1,1
‑
二基)双膦酸、2
‑
膦酰基丁烷
‑
1,2,4
‑
三羧酸、氨基三亚甲基膦酸、乙二胺四亚甲基膦酸、六亚甲基二胺四亚甲基膦酸、羟乙基氨基二亚甲基膦酸、2
‑
膦酰基丁烷
‑
1,2,3
‑
三羧酸、双六亚甲基三胺五亚甲基膦酸、二亚乙基三胺五亚甲基膦酸或1
‑
羟基乙烷
‑
(1,1
‑
二膦酸)[HEDP]、其混合物或其与磷酸或膦酸的混合物。这些酸在根据本专利技术的钝化组合物中的使用对抗腐蚀效果具有积极的作用。可选地，在与含磷酸的混合物中，可以使用如硝酸或硫酸的无机酸，还可以使用有机酸，例如乙酸、丙烯酸、草酸、柠檬酸、富马酸、苯甲酸、琥珀酸、马来酸、水杨酸、氨基水杨酸、烟酸、甲酸、苹果酸、酒石酸、抗坏血酸、丙酸、乳酸和邻苯二甲酸。根据本专利技术的方法的一个特别有利的实施方式，酸化可以根据金属基体在该基体最佳pH下进行。这种材料特异性的最佳值可以通过几个定向实验来确定。
[0011]为了制备根据本专利技术的水性酸性钝化组合物，特别优选的是使用聚硅酸锂。如果在水溶液中使用聚硅酸锂制备硅烷改性的硅酸盐化合物，则不需要进一步干预就可以得到高于pH 9至pH 12的碱性pH，这足以在碱性介质中容易地实现完全或部分水解。然而，例如钠、NH4和/或钾的硅酸盐的水玻璃也可以单独使用或彼此混合使用，特别是与聚硅酸锂混合使用，以用于本专利技术的方法并制备根据本专利技术的钝化组合物。
[0012]为了制备根据本专利技术的钝化组合物中使用的硅烷改性的硅酸盐化合物，使用环氧官能化的、苯氧基官能化的、乙烯基官能化的或氨基官能化的硅烷是有利的。特别地，烷基烷氧基硅烷，在这种情况下单、二或三烷基烷氧基硅烷，适于单独地或与硅酸盐组合形成混合物，以形成防腐蚀涂层。特别优选地是使用具有至少一个Si
‑
C键(即硅原子和碳原子之间的键)的硅烷。各种硅烷可以彼此混合使用。特别合适的硅烷是甲基丙烯酰氧基甲基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基甲基三乙氧基硅烷、3
‑
氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、3
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于金属基体的钝化组合物，其包含在碱性pH范围内经硅烷改性的酸性水溶液中的硅酸盐化合物的酸性水溶液，可通过以下步骤获得：
‑
在至少一种硅酸盐存在且pH等于或大于8的情况下，至少部分水解和/或缩合至少一种硅烷，然后
‑
通过加酸调节pH至等于或小于5，其中所述钝化组合物包含聚硅酸锂、作为硅酸盐化合物的钠、钾或NH4水玻璃，它们单独存在或彼此混合或与另一种硅酸盐混合，以及其中硅烷和硅酸盐组分在组合物中的总量为20wt%至40wt%。2.根据权利要求1所述的钝化组合物，其包含无机酸或有机酸或酸的混合物。3.根据权利要求1或2所述的钝化组合物，其包含有机或无机的含磷酸或这些含磷酸的混合物。4.根据前述权利要求中至少一项所述的钝化组合物，其中将所述钝化组合物的pH调节到2至5之间。5.根据前述权利要求中至少一项所述的钝化组合物，其中将所述钝化组合物的pH调节到2至4之间。6.根据权利要求1至4中至少一项所述的钝化组合物，其特征在于使用的硅烷在硅原子和碳原子之间具有至少一个键（Si
‑
C键）。7.根据前述权利要求中至少一项所述的钝化组合物，包含环氧官能化、乙烯基官能化、氨基官能化、丙烯酸官能化、脲官能化、羟基官能化或巯基官能化硅烷，其单独地或以混合物形式存在，至少部分共价键合至至少一种硅酸盐上。8.根据前述权利要求中至少一项所述的钝化组合物，其中所述硅烷选自甲基丙烯酰氧基甲基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基甲基三乙氧基硅烷、3
‑
氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷、N
‑
(2
‑
氨基乙基)
‑3‑
氨基丙基甲基二甲氧基硅烷和3
‑
巯基丙基三甲氧基硅烷、N
‑
(2
‑
氨基乙基)
‑3‑
氨基丙基三甲氧基硅烷、N
‑
(2
‑
氨基乙基)
‑3‑
氨基丙基三甲氧基硅烷、N
‑
环己基
‑3‑
氨基丙基三甲氧基硅烷、N
‑
环己基氨基甲基三乙氧基硅烷、3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷、3
‑
(2
‑
氨基甲基氨基)丙基三乙氧基硅烷、N
‑
(2
‑
氨基乙基)
‑3‑
氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、3
‑
氨基丙基三甲氧基硅烷、3
‑
脲基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基二甲氧基甲基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、3
‑
甲基丙烯酰氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅拉尼，
申请(专利权)人：埃瓦尔德德肯有限公司，
类型：发明
国别省市：