HDG上有机硅烷钝化膜的结构与性能

硅烷具有独特的结构和性能，在水中可水解产生硅醇SiOH，在金属基体表面形成氢键，并进一步起脱水反应而形成 Si-O-Me键（Me为金属基体表面），与金属表面结合。同时， 硅烷水解产物硅醇分子间又可相互缩合为Si-O-Si链（如图所 示），聚合形成网状结构的膜层覆盖在基材表面，这层膜易与 外涂层相容，具有抗外界酸、碱、盐等腐蚀的特性。目前硅烷 处理已成为提高金属表面耐蚀性和可涂漆性的重要方法之一。
对于有机钝化的研究，我们也正试图寻找一些能与金属 基底的结合力良好，具有自交联性，甚至带有疏水基团的 有机物来作为我们的钝化处理剂，以期能研究开发出环境友 好型钝化处理工艺。
Si-OH(solution）+Zn-OH（zinc surface）= Zn-O-Si（interface） + H2O
硅烷水解产生的硅羟基，一般只有一个与基体表面的羟 基形成共价键，即硅醇上的羟基和热镀锌层表面的羟基缩合 生成金属硅氧烷键Si-O-Zn紧密地粘合在基体表面。另外两 个羟基与其它单体的羟基结合、脱水、形成共价键，即交联 作用形成Si-O-Si立体网络结构。这样，在基体表面就形成一 个致密性好、连续完整的三维网状结构的硅烷膜。平衡反应 式如下： Si-OH（solution）+ Si-OH（solution）=Si-O-Si（siloxane films）+ H2O
三、实例分析
乙烯基三乙氧基硅烷（VTES）分子式：CH2=CH-Si-(OC2H5)3
由于在镀锌层上存在着锌的氧化物和氢氧化物，因而锌层 表面有了很多活性羟基。在钝化处理的浸渍过程中，硅烷分子Si(OC2H5)3水解生成硅醇-Si(OH)3，偏酸性的硅醇Si-OH基团 与基体表面的碱性化合物Zn-OH形成氢键而快速吸附于基体表 面。在随后的固化过程中，硅羟基与Zn-OH进一步缩合形成结 合力很强的金属硅氧烷键Zn-O-Si，是化学键结合，这也决定了 硅烷有机钝化层与基底有很好的结合力。其平衡反应式如下：
二、有机硅烷钝化层的结构与性能
有机硅烷分子含有机和无机组分，能同时与极性物质和 非极性物质产生一定结合力的化合物。根据硅烷的化学结 构，硅烷被分为单硅烷和双硅烷。
硅烷
单硅烷 X3Si(CH2) nY
双硅烷 X3Si (CH2) nYm (CH2) nSiX3 或X3Si (CH2)mSiX3
双硅烷比单硅烷的性能好，是因为双硅烷交联生 成立体结构的膜层，且密度大；而单硅烷，因其甲基 活性较大，硅烷膜更易渗水或者透过其他溶剂。
HDG上有机硅烷钝化膜 的结构与性能
一、引言
钢铁是我们日常生活中用量最大的金属材料，然而，由 于钢铁的腐蚀而造成的经济损失巨大。镀锌是目前常用的一 种钢铁防腐蚀方法。由于锌为两性金属，所以镀锌层在空气 中特别是在潮湿的环境中很容易被腐蚀生成碱式碳酸锌腐蚀 物而长白斑、白Leabharlann Baidu甚至白毛。这就需要在镀锌层上进行钝化 处理，以提高锌的抗蚀能力。常规钝化使用的是六价铬的铬 酸盐钝化溶液中，但六价铬是有毒、致癌物质，对人和环境 的危害巨大。因而现在研究开发环境友好型的无铬钝化工艺 势在必行。以下我将就镀锌层的一种钝化处理——有基硅烷 钝化进行简要介绍。
利用SEM、AFM观察硅烷膜的微观形貌，发现硅烷膜无色 透明，无气泡、起皮、脱落现象，膜层薄且连续、膜厚均 匀，表面起伏高度差较小。EIS、NSS等测试也均表明，有 基硅烷钝化膜提高了。
根据以上研究所述，形成的这层有机钝化膜与基体具 有良好的结合力，并且膜层均匀、致密，能阻碍氧气、水分 子、腐蚀介质的进入，具有抗外界酸、碱、盐等腐蚀的特性， 因而该膜层为热镀锌钢基体表面获得良好耐蚀性能起到了关 键作用。另外，乙烯基三乙氧基硅烷所带的乙烯基团为疏水 基团，对提高硅烷膜的抗水性有一定作用。