硅烷在涂装前处理工艺中的神奇应用.pdf

第48卷第3期上海涂料Vol.48No.3
201024年3月SHANGHAI上海涂料COATINGS第Mar.482010卷

硅烷在涂装前处理工艺中的神奇应用

王锡春（中国一汽，长春130011）

摘要：在了解硅烷特性的基础上，推荐液相、气相和涂剂等3种涂装前硅烷表面处理工艺。介
绍了硅烷处理技术在解决涂装前处理工艺的环保、节能减排、省资源和涂层难附着问题等方面的神
奇功能及应用实例。
关键词：硅烷；涂装前表面处理；液相硅烷处理技术；ITRO处理法；硬涂剂
中图分类号：TQ639.1文献标识码：A文章编号：1009-1696（2010）03-0024-05

近几年来，随着人们对环保、清洁生产和持续发溶解于水，需添加助溶剂，如乙醇等；亲水型硅烷C
展等意识的增强和提高，在涂装前处理工艺方面也与和D，溶解于水，用纯水溶解可配制所需浓度的溶液，
其他领域一样，掀起一场“绿色革命”，研发出一批“绿且熟化期短，有些甚至无需熟化。
色表面处理工艺”和“绿色防腐技术”。硅烷在其中显硅烷偶联剂发展至今已有60多年的历史，随着它
示出神奇功能，是最具发展潜力的环保型、省资源型在复合增强材料以及材料表面处理中的应用，合成的
的涂装前处理工艺。种类日益增多，应用范围也日益扩大。由于硅烷具有
本文在介绍硅烷特性的基础上向读者推荐和介绍无毒性、无污染，并且能提高有机涂层对各种底材的
已获得工业应用的3种（液相、气相和涂剂）硅烷表面结合力等优点（适用于所有无机材料和有机材料的表
处理技术，以及解决涂装前处理工艺的环保、节能减面连接），而引起国内外学者的广泛关注。经过近几年
排、省资源和涂层难附着问题等方面硅烷处理技术的的研究，在家用电器、汽车、电子、航空及大型装备等
神奇功能及应用实例，供涂装、涂料专业同行参考。工业涂装领域得到应用。
硅烷偶联剂的优异性能来源于它的特殊结构。它
1硅烷及其特性们可以用以下通式表示：

Y-R-SiX3或R'-（CH2）n-Si（OR）3
硅烷可分为疏水型和亲水型两大类。表1中列出式中X和Y是具有不同反应特性的基团：X（或
了一些常用的工业用硅烷。OR）是可进行水解反应并生成硅羟基（-SiOH）的基团，
如烷氧基、乙酰氧基、卤素等，它具有与玻璃、二氧化
表1常用的工业用硅烷的名称及分子式硅、陶土、一些金属（如铝、铜、铁、锌等）键合的能力；
Table1CommonlycommercialsilanenameandformulaY（或R'）是可以与有机化合物反应的基团，可以提高
编号名称/分子式
硅烷与聚合物的反应性和相容性，如乙烯基、氨基、
ABis-［3-（triethoxysily）propyl］-tetrasulfide（bis-sulfursilane，疏水型）/
环氧基、巯基等。-（CH2）n-（或R）是直链烷基，通过
（OC2H5）3Si（CH2）3S（CH42）3Si（OC2H5）3

BBis-［3-（triethoxysilylpropyl）］ethane（BTSE，疏水型）/它把Y或（R'）与Si原子连接起来。正由于硅烷分子中
（OC2H5）3Si（CH2）2Si（OC2H5）3存在两种功能团，因此可作为连接无机和有机材料的
CBis-［3-（trimethoxysilylpropyl）］amine（Bis-aminesilane，亲水型）/“分子桥”，把两种性质悬殊的材料连接起来，即形成
（OCH3）3Si（CH2）3NH（CH2）3Si（OCH3）3
“无机相-硅烷链-有机相”的结合层，从而增加树脂
DVinyltriacetoxysilane（VTAS，亲水型）/

CH2=CH（CH）2Si（OCOCH3）3基料和无机材料间的结合力。
硅烷通过溶胶-凝胶法制成单组分常温固化
表1中疏水型硅烷A和B，本身不溶于水，要使其型的无机-有机复合涂剂（SSG涂剂、SuperSol-Gel

[收稿日期]2010-03-02
第3期王锡春：硅烷在涂装前处理工艺中的神奇应用25

CoatingAgent），不经复杂的工序，在常温下且短时间一种，因其不产生沉渣，常温下反应，处理时间相对
内就能使TECO（四乙氧基丙烷硅烷）胶化。还可制成短（5~30s），处理工艺更简化（处理后可不水洗），在
硬涂层（HardCoat）的聚硅氧烷树脂，它的组成单元改善涂层的附着力和耐腐蚀性方面性能优异，适用于
如图1所示。钢铁合金（包括普通碳钢及不锈钢），铝及铝合金，锌
及锌合金（包括镀锌钢板），铜及铜合金，镁及镁合金
等金属材质的防护。硅烷表面处理工艺是一种较理想
的、无毒、不使用对环境有害物质的涂装前处理的金
属表面处理新工艺。
硅烷处理的基本原理可描述为以下4步反应模
3-有机硅氧烷2-有机硅氧烷单有机硅氧烷