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  硅烷偶联剂对低碳钢表面环氧涂层粘接性能的影响(下)
2.2硅烷偶联剂水解时间对低碳钢表面环氧涂层粘接性能的影响
经SCA处理后的低碳钢与环氧涂层的粘接强度随水解时间的变化趋势见图2.
  
 
当采用去离子水水解(曲线b)时发现,水解液老化后可以成膜,该膜可显著提高涂膜的粘接强度 。但是,随着水解时间的增加,涂膜的粘接强度有逐渐降低。说明采用去离子水水解时,水解时间控制在4~ 5 h 为宜。同时,可见硅烷水解的同时也存在硅醇的缩合反应,这是处于竞争状态的两个反应,为保证硅醇的含量,必须控制缩合反应的发生。
曲线c为使用混合溶剂进行水解,可见水解12h时,涂膜的粘接强度增强至最大后,随后无明显变化。说明乙醇的存在阻碍了缩合反应的进行,增加了醇羟基的含量,因此采用混合溶剂可最大限度的稳定的硅烷膜的有效成分,显著提高涂层的粘结强度。
2.3硅烷偶联剂预处理溶液浓度、固化温度对低碳钢表面环氧涂层粘接性能的影响
硅烷偶联剂预处理溶液浓度、预处理的固化温度对低碳钢与环氧涂层的粘结强度也有很大的影响,其变化趋势见图3。
  
由图3可见,硅烷溶液浓度对涂层的粘结性能有很大的影响。粘结强度随浓度的增大而增大;当浓度增到一定范围后,粘结强度反而下降。这是因为硅烷提高涂层粘接强度起作用的只是单分子层,过多的硅烷往往在基体表面形成沉积层,从而减弱“键桥”作用; 并且浓度过高,偶联剂自身形成二聚体、三聚体等环状物,使偶联剂失去偶联作用,造成粘结强度下降。因此,硅烷溶液的浓度应控制在10 %。
同时,对比不同预处理固化温度可见:相同硅烷溶液浓度下,涂膜得粘接性能因固化温度的不同而差异很大。当固化温度在200 ℃以下时,涂层的粘结性能随着温度的升高而升高;当固化温度超过200 ℃后,则粘结性能迅速下降。这是由于随着预处理固化温度的升高,硅烷溶液与金属基体之间的Si - O - 金属化学结合键逐渐形成,有利于提高基体与涂层的粘接强度。而当温度过高(>200 ℃)后, 未反应硅烷、硅醇分子之间可发生交联反应,破坏了原有的Si - O - 金属化学结合键,降低了硅烷膜的反应活性,使硅烷膜变得更加致密,反而阻碍了硅烷与高分子涂层之间形成网络互穿式结构,降低了涂层的粘接性能。
 
 
2.4硅烷偶联剂预处理前后低碳钢表面形貌
经过硅烷偶联剂预处理前后低碳钢表面形貌见下图4。
  
由图4可见,经过硅烷偶联剂预处理后,硅烷偶联剂水解形成的硅醇基(Si-OH)与低碳钢表面发生了化学键接反应,在钢板表面形成致密保护膜。
 
2.5硅烷偶联剂预处理提高低碳钢表面环氧涂层粘接性能的机理
经过硅烷偶联剂预处理的低碳钢表面环氧涂膜粘接性能显著的提高。一方面,由于硅烷偶联水解形成的硅醇基(Si-OH)。
SiOH + SiOH → SiOSi +H2O
硅醇基(Si-OH)与低碳钢表面发生化学键接反应,在钢板表面形成FeOSi共价键,形成具有空间网状结构的致密钝化膜。
FeOH + SiOH→FeOSi +H2O
同时,也使得低碳钢表面产生粗糙多凹缝和微孔,形成类似燕状的楔形,强化了涂层与底材的锚固作用。另一方面,硅烷偶联剂同时具有与环氧涂料发生化学反应的活性基团,可以与环氧涂料之间同样形成具有空间网络互穿的网状结构。因此,硅烷偶联剂预处理可以显著提高低碳钢表面环氧涂层粘接的性能。
硅烷偶联剂预处理显著提高低碳钢表面环氧涂层粘接性能抓哟用示意图见图5。
  
3结论
(1) 硅烷偶联剂SCA采用水和乙醇的混合溶剂进行水解优于水、乙醇单一溶剂的水解,水解完全且稳定性好。
(2) 硅烷偶联剂的水解时间、的硅烷溶液浓度、预处理固化温度,对提高低碳钢表面环氧涂层粘接性能有显著影响。控制SCA水解时间为12h,硅烷溶液浓度应控制在质量分数在10 %,预处理固化温度为200 ℃,效果最佳。
(3)硅烷偶联剂预处理显著提高低碳钢表面环氧涂层粘接性能在于硅烷偶联剂不仅与低碳钢表面发生反应形成具有空间网状结构的致密钝化膜,同时又与环氧涂层之间反应成网络互穿结构。
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