硅烷偶聯(lián)劑kh560存在問題及解決方法

硅烷偶聯(lián)劑對金屬表面改性技術(shù)正成為一種新型的磷化法替代技術(shù)，具有巨大的潛力。研究了硅氧烷膜層對銅表面的防護性能，發(fā)現(xiàn)含有硫醇鍵的硅烷與銅表面結(jié)合良好，硅烷偶聯(lián)劑kh560并可顯著抑制表面陽極反應(yīng)，從而有效提高銅的防腐性能。然而，該工藝還存在一定不足，由于硅烷金屬表面處理劑pH值升高有利于硅醇縮聚反應(yīng)的進行，但是pH值的升高導(dǎo)致其產(chǎn)生絮凝而導(dǎo)致處理劑失效，硅烷偶聯(lián)劑kh560使得工業(yè)上的大規(guī)模應(yīng)用受限。為此，結(jié)合電沉積法，硅烷偶聯(lián)劑kh560在金屬表面施加陰極電位后電極表面局部溶液的pH值升高，使其不會影響本體溶液的穩(wěn)定性，從而使有機硅烷附著在金屬表面，得到更厚、均勻、致密的硅烷膜層，使涂層的防護性能更好。此外，還可以通過對沉積過程電化學(xué)參數(shù)的控制，研究硅烷膜結(jié)構(gòu)及耐蝕性的影響，實現(xiàn)硅烷膜的可控制制備。

硅烷偶聯(lián)劑kh560在汽車業(yè)中的應(yīng)用

汽車彩色底漆外要加一道清漆。偶聯(lián)劑作用過程B?Arkles根據(jù)偶聯(lián)劑的偶聯(lián)過程提出了4步反應(yīng)模型，即：①與硅原子相連的SiX基水解，生成SiOH。這道清漆會受到來自環(huán)境的損害(如酸雨、紫外線降解、高相對濕度和高溫)，涂料表面還要遭受馬路上的砂石沖擊和研磨劑的刮擦傷。通常，硬漆膜的抗刮傷性好；但交聯(lián)度高，導(dǎo)致漆膜變脆，使其抗砂石和受熱沖擊性差。軟的漆膜則相反，不易受砂石或熱沖擊而開裂，但抗劃傷性、防水斑和酸蝕性減弱。由此，人們想到了在低交聯(lián)度的清漆中加入用硅烷偶聯(lián)劑表面處理的膠體二氧化硅，這種表面有反應(yīng)性的微?？梢蕴岣咔迤岬目箘潅?。但另一個問題又出現(xiàn)了，涂料中的殘余活性基團如Si-OH、Si-OR在后期的大氣老化過程中會慢慢地發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，從而也會使漆膜變脆導(dǎo)致開裂。為此加入活性基團少的線性結(jié)構(gòu)的硅氧烷，既可避免漆膜變脆，又能獲得如同加入膠體二氧化硅一樣的好處。

為了適應(yīng)環(huán)保需要，道康寧硅烷偶聯(lián)劑kh560正在通過研發(fā)有機硅類抗摩擦降噪音的汽車涂料，以解決汽車在日常使用過程所出現(xiàn)的噪音和摩擦聲。

采用 γ-甲酰氧丙基氧硅烷(KH 570)與甲酸酯類單體、酸及其酯類單體等共聚合成的有機硅改性高固體分羥基酸樹脂具有減少污染、降低VOC、減少工序等優(yōu)點，硅烷偶聯(lián)劑kh560是目前綠色汽車涂料的主要品種之一。硅烷作為含硅薄膜和涂層的應(yīng)用已從傳統(tǒng)的微電子產(chǎn)業(yè)擴展到鋼鐵、機械、化工和光學(xué)等各個領(lǐng)域。由于KH 570的活性與酸酯相近，因此易于共聚。將硅烷中鍵能大、表面能低的Si-O鍵引入，是改性酸樹脂的主要手段。用該樹脂制備的汽車涂料具有較高的鉛筆硬度、附著力好、耐沖擊性、耐酸性和耐堿性俱佳。隨著KH 570含量的增加，這些性能逐漸增強；同時水接觸角增加，表明KH 570與高固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)樹脂形成的網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)使涂膜表面疏水性逐漸增加。

硅烷偶聯(lián)劑kh560作用過程

偶聯(lián)劑作用過程

B?Arkles根據(jù)偶聯(lián)劑的偶聯(lián)過程提出了4步反應(yīng)模型，即：

①與硅原子相連的SiX基水解，生成SiOH；

②Si-OH之間脫水縮合，生成含Si-OH的低聚硅氧烷；

③低聚硅氧烷中的SiOH與基材表面的OH形成氫鍵；

④加熱固化過程中，硅烷偶聯(lián)劑kh560伴隨脫水反應(yīng)而與基材形成共價鍵連接。

一般認(rèn)為，界面上硅烷偶聯(lián)劑水解生成的3個硅羥基中只有1個與基材表面鍵合；剩下的2個Si-OH，或與其他硅烷中的Si-OH縮合，或呈游離狀態(tài)。剩下的兩個Si-OH或者與其它硅烷偶聯(lián)劑中的Si-OH縮合，或者保持游離狀態(tài)。因此，通過硅烷偶聯(lián)劑可使2種性能差異很大的材料界面偶聯(lián)起來，從而硅烷偶聯(lián)劑kh560提高復(fù)合材料的性能和增加黏結(jié)強度，并獲得性能優(yōu)異、可靠的新型復(fù)合材料。硅烷偶聯(lián)劑廣泛用于橡膠、塑料、膠黏劑、密封劑、涂料、玻璃、陶瓷、金屬防腐等領(lǐng)域?，F(xiàn)在，硅烷偶聯(lián)劑已成為材料工業(yè)中必不可少的助劑之一。

硅烷偶聯(lián)劑kh560在金屬表面的工藝

硅烷處理技術(shù)正是利用了硅烷偶聯(lián)劑的特殊性能。在金屬表面的成膜過程為：

(1)硅烷偶聯(lián)劑經(jīng)水解后，形成具有疏水和親水結(jié)構(gòu)的硅醇；

(2) 硅烷偶聯(lián)劑kh560通過分子間脫水縮合形成有序的低聚物；

(3) 低聚物與金屬表面上的羥基形成氫鍵；

(4) 硅烷偶聯(lián)劑kh560由于分子內(nèi)脫水，部分形成共價鍵后，緊密排列在金屬表面，形成一層致密的硅烷膜。