[发明专利]硅烷预聚体及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于金属防腐蚀的有机涂层，尤其涉及一种硅烷预聚体及其制备方法和用途。

背景技术

众所周知，大多数金属在自然条件容易发生腐蚀，在各种防护方法中，有机涂层具有施工简单、成本低廉、容易和其它方法协同使用等优点，是使用最广泛的金属防腐蚀方法。为提高涂层的防护能力，常采用添加填料、添加缓蚀剂等方法。但上述填料和缓蚀剂对环境并不友好。

近年来，环保型硅烷在金属防腐蚀领域内得到了广泛的应用。比如可以用来处理涂层中的填料，如富锌涂层中的锌粉，以及环氧、聚氨酯涂层中的二氧化钛、二氧化硅等。此时硅烷起到偶联剂的作用，可改善填料在涂料体系中的分散，增强填料与涂层的相容性。如利用多元醇和氨基硅烷的水解产物处理二氧化钛颜料，可提高其亲水性和改善其在涂层中的分散性。

硅烷的另一个用途是制备金属表面转化层。近来已发展了多种利用硅烷预处理金属的技术，这些技术常作为金属表面铬酸盐钝化预处理的无铬替代工艺，但是该工艺采用的大部分硅烷是非水溶性的，如十二烷基三甲氧基硅烷(DTMS)、乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)、环氧基丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)等，因此需要大量的醇类有机溶剂，通常为甲醇或乙醇，提高了工艺成本，且其排放带来了新的环境问题。硅烷处理液的稳定性也不够理想，长期使用会导致絮凝失效。此外，上述硅烷膜的厚度很薄(一般小于1微米)，对金属只能起到短期的防护效果，一般需与有机涂层配合使用，作为提高涂层结合力的中间预处理层。

硅烷也可作为缓蚀剂添加到有机涂层中，以提高有机涂层的耐蚀性能。在我们先前研究中，曾发现将硅烷直接掺入环氧涂料，或利用化学改性方法将硅烷接枝到环氧涂料上，可提高环氧涂层对金属的防腐蚀性能。然而，这种技术制得的涂层体系中的硅烷组元化学活性太高，在使用中缓蚀时间过短，且硅烷分子较小，在使用中可能溶出而对涂层造成一定破坏，大大限制了该技术的应用。可见，还需要对硅烷-有机涂层复合体系进一步改进，以提高其对金属的防腐蚀性能，特别是长期使用时的性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种硅烷预聚体及其制备方法和用途。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种硅烷预聚体，它的结构通式如下：

其中，R为甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基或乙酰基，X为烷基、烯基、被至少一个氨基、环氧基或巯基取代的烷基或烯基、甲氧基、乙氧基或苄基中的一种或多种，m和n分别为平均水解和未水解单元数，m+n为聚合度。

进一步地，m+n为2-100，m/(m+n)为0.01-0.99。

一种硅烷预聚体的制备方法，其特征在于，该方法为：将硅烷单体和催化剂加入有机溶剂中，催化剂的用量为硅烷单体质量百分比的0.1％-5％，缓慢滴加水，水与硅烷单体的摩尔比为0.1-1.5，溶液pH值为0-5，在5-90℃下反应10分钟到4小时，蒸馏或过滤除去催化剂，常压或减压蒸馏除去溶剂，得到硅烷预聚体。

进一步地，所述硅烷单体结构通式为：

其中，R为甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基或乙酰基，X为烷基、烯基、被至少一个氨基、环氧基或巯基取代的烷基或烯基、甲氧基、乙氧基或苄基中的一种或多种。

进一步地，所述溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、乙酸乙酯或四氢呋喃；所述催化剂为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、甲酸、乙酸或酸处理过的阳离子交换树脂。

一种硅烷预聚体用于有机涂层的缓蚀剂的用途。

进一步地，所述有机涂层为环氧树脂、聚氨酯、聚酯或醇酸树脂的机涂层；所述硅烷预聚体加入有机涂料中的加入量为有机涂料质量百分比的0.1％-30％。

本发明的有益效果是：本发明提供的硅烷预聚体制备工艺简单，成本较低。在水渗入涂层后，本发明的硅烷预聚体缓蚀剂水解、缩聚，对涂层有一定的修复作用；与硅烷单体相比，硅烷预聚体缓蚀剂有效作用时间延长，且在涂层中不易溶出。本发明可适用保护钢铁，铝和铝合金，锌和锌合金，镁、铜、锡以及合金；特别是钢板、铝板、锌板及热浸镀锌钢板。

附图说明

图1为氨基丙基三乙氧基硅烷预聚体红外谱图，

图2为甲基三甲氧基硅烷预聚体红外谱图。

具体实施方式

本发明提供了一种硅烷预聚体，其结构通式如下：