硅烷偶联剂在金属防锈中的研究应用

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1、本科生毕业设计（论文）开题报告学生姓名:导师姓名、职称:所属学院:朱疑、副教授化学工程学院专业班级：化工1003班设计（论文）题目：硅烷偶联剂在金属防锈中的应用研究2014年3月10日1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）硅烷偶联剂（S订anecouplingagents,简称SCA）是应用最早、最广泛的偶联剂,它架起了无机物与有机物之间的桥梁，改进了许多材料的性能。近年来,SCA在防腐涂层金展预处理中的作用逐渐被人们所认识，国外学者自上世纪90年代在这方面己做了大量研究工作。以硅烷为主的金属表面防锈技术具有以下优点:工艺过程简单，无毒、无污染,适用范围广,成木低，

2、防腐效果优于传统的磷化、钝化工艺,经硅烷处理过的金属表面对有机涂层的胶粘性能优界。硅烷偶联剂不仅对金属表面有良好的钝化效果，对基体的防护性能良好,而且具有工艺简便、污染小、生成的硅烷膜层对后续加工没有任何影响等优点，因此可以作为金属加工处理工序间的防护处理。研究表明:硅烷特殊的结构特征决定了它可以与金属形成Si-O-Me（Me表示金属）化学结合键，从而可以提高涂层与金属基体的化学结合力。如能实现工业化生产，必将对金属材料表面处理行业带来深远的影响。硅烷偶联剂是一类具有特殊结构的低分子有机硅化合物，其通式为RsiX3,式中R代表氨基、筑基、乙烯基、环氧基、氧基及甲基丙乙

3、烯酰氧基等基团，这些基团和不同的基体树脂均具有较强的反应能力,X代表能够水解的基团，如卤素、烷氧基、酰氧基等。因此,硅烷偶联剂既能与无机物中的疑基乂能与有机聚合物中的长分子链相互作用，使两种不同性质的材料偶联起来，从而改善生物材料的各种性能。它在金屈表而的作用机理可以简单的概括为：硅烷偶联剂首先发生水解反应，进而脱水形成低聚物，在这个过程中水解物和这种低聚物与金属表面的症基形成氢键，后发牛脱水反应形成共价键，最终结果是金屈表面被有机硅氧烷膜覆盖。硅烷偶联剂最早是于20世纪40年代由美国联合碳化合物公司和道康宁公司首先开发的，最初把它作为玻璃纤维的表面处理剂而用在玻璃纤

4、维增强塑料中。随后，由于硅烷偶联剂独特的性能和显著的改性效果，以及新产品的不断问世，其应用领域H益扩大。1956年Speyer等人采用醇解方法制备3-氯丙基三烷氧基硅烷，然后以它为合成原料，采用亲核取代反应制备多种具有不同有机官能团的硅烷化合物。20世纪90年代美国的VanOoij教授经过对不同有机硅烷、处理液浓度、酸度、温度等条件的大量研究，以各种表面分析方法研究莫得形成机理、结构等等，评价膜的性能，进而优化处理工艺条件，申请了多种有机硅烷试剂处理工艺的专利，才开始在小范围的工业生产中应用。我国对偶联剂的研究起步较晩，但硅烷类偶联剂是开发最早、品种最多、应用较广的一

5、类。20世纪50年代末屮国科学院化学所研究者们努力开展了硅烷偶联剂的合成研究，他们先后在实验室制备了命名为KH550、KH560、KH570等硅烷偶联剂的重要产品。2001年，张明宗等人采用硅烷偶联剂对金属基体进行预处理，使涂层的附着力和耐蚀性均有明显提高，可以代替磷化和钝化等传统预处理方法，其中BTSE（二乙氧基硅酯基乙烷）硅烷偶联剂最为理想。2008年，刘万青、饶丹等人通过硅烷偶联剂（SA）、表面调整剂、辅助成膜剂等主要成份筛选和复配，研究出以硅烷偶联剂为主要成膜剂的金属表面磷化替代剂。木次实验组要是研究出一种防腐性能优良的硅烷偶联剂，从而达到代替传统钝化以及磷化

6、防锈的目的，并检测其防腐蚀的性能及其影响因素。2、基本内容和技术方案（―）基本内容：（1）通过查阅资料文献，研究出硅烷偶联剂的防锈剂配方，并检测其性能。（2）通过单因素实验研究各个参数对硅烷水解的影响，并获得最佳工艺控制参数。（3）进行正交实验，确定最佳水解的工艺参数的最优配方。（二）技术方案：（1）硅烷水解，研究影响水解的主因素：包括硅烷偶联剂的结构、水解液的配比、水解温度和吋间、浸渍吋间、溶液PH值、烘干温度和吋间。（2）对金属表面形成的硅氧烷膜进行检测a）采用反射红外光谱对制得的膜进行成分和结构分析；b）用椭圆光谱法测定硅氧烷膜的厚度；c）最后用电化学腐蚀实验和

7、硫酸铜点蚀实验检测硅氧烷膜的防腐效果。3、进度安排第3—4周：查阅相关文献资料，明确研究内容，确定方案，完成开题报告。第5-6周：进实验室，开始初步实验，发现问题并且加以总结，不断完善设计方案。第7-15周：进行各实验参数对硅烷偶联剂在金属防锈中的影响的研究。第16-17周：整理实验结果，完成并修改毕业论文。第18周：准备论文答辩。4、参考文献[1]吴超云，张津.金属表面硅烷防护膜层的研究进展[JL表面技术，2009,38(6):79〜83.[2]杨俊华,肖旭国•外有机硅的发展动向[J]・化工新型材料.1997,(7):6~9[3]徐溢，王楠，张小凤