技术领域
本发明属于钢材表面处理技术领域，具体涉及一种钢材硅烷处理剂。
背景技术
大多数钢材制品在运输和贮存及使用等过程中，其表面易发生各种形式的腐蚀，特别是形成各种锈斑的大气腐蚀，这些腐蚀会严重影响钢材的品质以及由此钢材制成产品的质量。虽然钢材表面腐蚀产生的锈斑 以从钢材基体上除去，但这些方法常常耗时长且还会降低钢材的强度。钢材发生电化学腐蚀的主要原因之一是由于钢材表面与电解质溶液或与潮湿的大气接触，进而产生各种腐蚀原电池而对钢材产生腐蚀。据此，可通过改变钢材表面状态， 使钢材表面与腐蚀环境隔离，以防止腐蚀的发生。钢材表面处理中，传统的磷酸盐转化可显著提高钢材的耐腐蚀性，广泛应用于机械加工、汽车、航空等工业领域，但随着科技的发展和工艺的成熟，磷化因含锌、锰、镍等重 钢材离子以及大量的磷酸根离子，对环境造成严重的污染，并且促进剂亚硝酸盐还具有致癌作用，易对人体产生危害。随着环保呼声的高涨，迫切需要研发性能优良的表面处理剂，其中钢材表面硅烷处理剂， 因具有防腐性能好、节能、环境友好等优点，具有良好经济效益和社会效益，被广泛应用。硅烷处理剂是一种对钢材表面进行处理的处理剂，其在使用的过程中不产生沉渣，处理时间相比较传统的磷化处理要缩短许多。 控制硅烷处理剂进行处理时，槽液可重复使用，进而增加了硅烷处理剂的经济效益，同时硅烷处理剂还具备有效提高油漆对钢材表面附着力的作用。硅烷处理技术是一种新型的钢材表面处理技术，主要是通过形成共价键与钢材相结合，硅烷处理剂中不含重金属和磷酸根离子，无需加热，能耗低，并且处理时间短、操作简单，具有良好的发展前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前常用钢材硅烷处理剂成膜性差，抗腐蚀性不强的问题，提供一种钢材硅烷处理剂。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
一种钢材硅烷处理剂，按质量份数计包括如下组分：15~30份丙基三甲氧基硅烷、20~30份硅烷偶联剂KH550、10~15份助剂、5~8份表面活性剂、3~6份增溶剂、2~5份黏度调节剂、30~50份水，其特征在于，还包括30~50份硅烷辅剂、15~25份海藻酸复合物。
所述硅烷辅剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量比1：3：2：6~8取钛酸四丁酯、H2SO4、H2O2、水混合搅拌，静置，得预处理液，取预处理液按质量比1：1~2加入多巴胺溶液，振荡反应，超声波处理，得分散液，取分散液旋转蒸发，减压浓缩至原体积的20~30%，得浓缩液；
（2）取一水硫酸亚铁按质量比1：6~10加入蒸馏水，于20~25℃搅拌混合，加入一水硫酸亚铁质量2~3倍的氧化铝，升温至30~35℃保温1~2h，得混合物，取混合物按质量比4：1~2加入浓缩液混合，再加入混合物质量20~30%的磷酸二氢钠，于70~75℃保温2~4h，得混合基体物，取混合基体物按质量比5：2加入碳酸氢钠，静置，干燥，得干燥物；
（3）取马来酸酐按质量比1：10~15加入氢氧化钠溶液混合，于40~45℃搅拌混合，再加入马来酸酐质量2~5%的钼酸钠和马来酸酐质量5~8%的柠檬酸溶液混合，于55~65℃保温1~2h，得初处理溶液，按质量份数计，取10~15份初处理溶液、10~15份三氟化硼乙醚、5~10份1，3-丁二烯、2~5份过硫酸铵、3~8份醋酸钠、4~10份三烷基铝，于80~85℃搅拌混合3~4h，得硅烷辅剂。
所述海藻酸复合物的制备方法，包括如下步骤：
S1.按质量比1：5~10取海藻酸钠与水混合搅拌，静置，加入海藻酸钠质量0.2~0.8倍的Na2CO3、海藻酸钠质量2~5倍的无水乙醇，搅拌混合，得基体；
S2.按质量比为1：10~15取纳米α-氧化铝和无水乙醇混合，超声分散，加入无水乙醇质量0.1~0.5倍的多巴胺溶液，超声分散，得纳米α-氧化铝分散液；
S3.于50~60℃，按质量比2：3~5：4：0.1取Fe3O4胶体、基体、纳米α-氧化铝分散液、CaCl2混合搅拌，得混合液，加入混合液质量的5~10%的交联剂处理，即得海藻酸复合物。
所述助剂：按质量比1：2：4~7取FeCl3、柠檬酸、水混合，即得助剂。
所述表面活性剂：按质量比4：1~2取月桂醇聚醚硫酸酯钠、十二烷基苯磺酸钠混合，即得表面活性剂。
所述黏度调节剂：聚乙烯蜡、环己醇、尿素、沙索蜡中的任意一种。
所述增溶剂：聚氧乙烯蓖麻油、脂肪醇聚氧乙烯醚、仲烷基磺酸钠中的任意一种。所述步骤S3中的交联剂：按质量比2：0.1：15~20取京尼平、CaCl2、无水乙醇混合，即得交联剂。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明以钛酸四丁酯、一水硫酸亚铁、马来酸酐等为原料，制硅烷辅剂，可提高钢材的抗腐蚀能力，改变硅烷成分对钢材表面的成膜效果，使得钢材表面结合的毛细管力大于基料粒子自身的抗变能力，由于基料粒子刚性降低，粒子之间碰撞后彼此堆积在一起，同时在毛细管力的作用下变型，随着基体粒子内部的微量水分与助剂缓慢挥发，硅烷辅料进入粒子边界融合，对钢材更好的成膜保护，提高抗腐蚀能力；
（2）本发明所用柠檬酸会与铁离子发生络合，使之缓慢释放，氯化铁与钢表面的铁发生反应，生成氯化亚铁，生成的氯化亚铁一部分又可附着在钢铁表面作空气中氧气的还原剂，避免空气中氧气与钢材表面的铁发生接触而被氧化，从而提升了钢材的抗氧化性能；以海藻酸、纳米α-氧化铝、多巴胺溶液等为原料，经交联制得高界面相容性的基体材料，可作为其它活性成分的载体，强化处理剂体系的成膜性能，提高钢材的抗腐蚀能力。
具体实施方式
助剂：按质量比1：2：4~7取FeCl3、柠檬酸、水混合，即得助剂。
增溶剂：聚氧乙烯蓖麻油、脂肪醇聚氧乙烯醚、仲烷基磺酸钠中的任意一种。
表面活性剂：按质量比4：1~2取月桂醇聚醚硫酸酯钠、十二烷基苯磺酸钠混合，即得表面活性剂。
黏度调节剂：聚乙烯蜡、环己醇、尿素、沙索蜡中的任意一种。
硅烷辅剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量比1：3：2：6~8取钛酸四丁酯、H2SO4、H2O2、水混合搅拌，静置3~5h，得预处理液，取预处理液按质量比1：1~2加入浓度为2g/L的多巴胺溶液，振荡反应20~24h，超声波处理10~15min，得分散液，取分散液旋转蒸发，减压浓缩至原体积的20~30%，得浓缩液；
（2）取一水硫酸亚铁按质量比1：6~10加入蒸馏水，于20~25℃搅拌混合2~3h，加入一水硫酸亚铁质量2~3倍的氧化铝，升温至30~35℃保温1~2h，得混合物，取混合物按质量比4：1~2加入浓缩液混合，再加入混合物质量20~30%的磷酸二氢钠，于70~75℃保温2~4h，得混合基体物，取混合基体物按质量比5：2加入碳酸氢钠，静置18~24h，干燥，得干燥物；
（3）取马来酸酐按质量比1：10~15加入浓度0.01mol/L的氢氧化钠溶液混合，于40~45℃搅拌混合2~3h，再加入马来酸酐质量2~5%的钼酸钠和马来酸酐质量5~8%的质量分数为30%的柠檬酸溶液混合，于55~65℃保温1~2h，得初处理溶液，按质量份数计，取10~15份初处理溶液、10~15份三氟化硼乙醚、5~10份1，3-丁二烯、2~5份过硫酸铵、3~8份醋酸钠、4~10份三烷基铝，于80~85℃搅拌混合3~4h，得硅烷辅剂。
海藻酸复合物的制备方法，包括如下步骤：
S1.按质量比1：5~10取海藻酸钠与水混合，以220~250r/min搅拌30~50min，静置2~4h，加入海藻酸钠质量0.2~0.8倍的Na2CO3、海藻酸钠质量2~5倍的无水乙醇，搅拌混合，得基体；
S2.按质量比为1：10~15取纳米α-氧化铝和无水乙醇混合，以超声频率为45~50kHz条件下，超声分散15~20min，再加入无水乙醇质量0.1~0.5倍的质量浓度为2.5g/L的多巴胺溶液，超声分散10~15min，得纳米α-氧化铝分散液；
S3.于50~60℃，按质量比2：3~5：4：0.1取Fe3O4胶体、基体、纳米α-氧化铝分散液、CaCl2混合，搅拌30~50min，得混合液，加入混合液质量的5~10%的交联剂处理30~40min，即得海藻酸复合物。
交联剂：按质量比2：0.1：15~20取京尼平、Cacl2、无水乙醇混合，即得交联剂。
一种钢材硅烷处理剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量份数计，取15~30份丙基三甲氧基硅烷、20~30份硅烷偶联剂KH550、10~15份助剂、5~8份表面活性剂、3~6份增溶剂、2~5份黏度调节剂、30~50份水、30~50份硅烷辅剂、15~25份海藻酸复合物；
（2）先于35~50℃，取表面活性剂、增溶剂、黏度调节剂、水于搅拌机混合，以220~250r/min搅拌30~40min，再加入硅烷辅剂、海藻酸复合物、丙基三甲氧基硅烷、硅烷偶联剂KH550混合，超声波分散10~15min，即得钢材硅烷处理剂。
实施例1
助剂：按质量比1：2：4取FeCl3、柠檬酸、水混合，即得助剂。
增溶剂：聚氧乙烯蓖麻油、脂肪醇聚氧乙烯醚、仲烷基磺酸钠中的任意一种。
表面活性剂：按质量比4：1取月桂醇聚醚硫酸酯钠、十二烷基苯磺酸钠混合，即得表面活性剂。
黏度调节剂：聚乙烯蜡、环己醇、尿素、沙索蜡中的任意一种。
硅烷辅剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量比1：3：2：6取钛酸四丁酯、H2SO4、H2O2、水混合搅拌，静置3h，得预处理液，取预处理液按质量比1：1加入浓度为2g/L的多巴胺溶液，振荡反应20h，超声波处理10min，得分散液，取分散液旋转蒸发，减压浓缩至原体积的20%，得浓缩液；
（2）取一水硫酸亚铁按质量比1：6加入蒸馏水，于20℃搅拌混合2h，加入一水硫酸亚铁质量2倍的氧化铝，升温至30℃保温1h，得混合物，取混合物按质量比4：1加入浓缩液混合，再加入混合物质量20%的磷酸二氢钠，于70℃保温2h，得混合基体物，取混合基体物按质量比5：2加入碳酸氢钠，静置18h，干燥，得干燥物；
（3）取马来酸酐按质量比1：10加入浓度0.01mol/L的氢氧化钠溶液混合，于40℃搅拌混合2h，再加入马来酸酐质量2%的钼酸钠和马来酸酐质量5%的质量分数为30%的柠檬酸溶液混合，于55℃保温1h，得初处理溶液，按质量份数计，取10份初处理溶液、10份三氟化硼乙醚、5份1，3-丁二烯、2份过硫酸铵、3份醋酸钠、4份三烷基铝，于80℃搅拌混合3h，得硅烷辅剂。
海藻酸复合物的制备方法，包括如下步骤：
S1.按质量比1：5取海藻酸钠与水混合，以220r/min搅拌30min，静置2h，加入海藻酸钠质量0.2倍的Na2CO3、海藻酸钠质量2倍的无水乙醇，搅拌混合，得基体；
S2.按质量比为1：10取纳米α-氧化铝和无水乙醇混合，以超声频率为45kHz条件下，超声分散15min，再加入无水乙醇质量0.1倍的质量浓度为2.5g/L的多巴胺溶液，超声分散10min，得纳米α-氧化铝分散液；
S3.于50℃，按质量比2：3：4：0.1取Fe3O4胶体、基体、纳米α-氧化铝分散液、CaCl2混合，搅拌30min，得混合液，加入混合液质量的5%的交联剂处理30min，即得海藻酸复合物。
交联剂：按质量比2：0.1：15取京尼平、Cacl2、无水乙醇混合，即得交联剂。
一种钢材硅烷处理剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量份数计，取15份丙基三甲氧基硅烷、20份硅烷偶联剂KH550、10份助剂、5份表面活性剂、3份增溶剂、2份黏度调节剂、30份水、30份硅烷辅剂、15份海藻酸复合物；
（2）先于35℃，取表面活性剂、增溶剂、黏度调节剂、水于搅拌机混合，以220r/min搅拌30min，再加入硅烷辅剂、海藻酸复合物、丙基三甲氧基硅烷、硅烷偶联剂KH550混合，超声波分散10min，即得钢材硅烷处理剂。
实施例2
助剂：按质量比1：2：6取FeCl3、柠檬酸、水混合，即得助剂。
增溶剂：聚氧乙烯蓖麻油、脂肪醇聚氧乙烯醚、仲烷基磺酸钠中的任意一种。
表面活性剂：按质量比4：1.5取月桂醇聚醚硫酸酯钠、十二烷基苯磺酸钠混合，即得表面活性剂。
黏度调节剂：聚乙烯蜡、环己醇、尿素、沙索蜡中的任意一种。
硅烷辅剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量比1：3：2：7取钛酸四丁酯、H2SO4、H2O2、水混合搅拌，静置4h，得预处理液，取预处理液按质量比1：1.5加入浓度为2g/L的多巴胺溶液，振荡反应22h，超声波处理13min，得分散液，取分散液旋转蒸发，减压浓缩至原体积的25%，得浓缩液；
（2）取一水硫酸亚铁按质量比1：8加入蒸馏水，于23℃搅拌混合2.5h，加入一水硫酸亚铁质量2.5倍的氧化铝，升温至33℃保温1.5h，得混合物，取混合物按质量比4：1.5加入浓缩液混合，再加入混合物质量25%的磷酸二氢钠，于73℃保温3h，得混合基体物，取混合基体物按质量比5：2加入碳酸氢钠，静置21h，干燥，得干燥物；
（3）取马来酸酐按质量比1：13加入浓度0.01mol/L的氢氧化钠溶液混合，于43℃搅拌混合2.5h，再加入马来酸酐质量4%的钼酸钠和马来酸酐质量7%的质量分数为30%的柠檬酸溶液混合，于60℃保温1.5h，得初处理溶液，按质量份数计，取13份初处理溶液、13份三氟化硼乙醚、8份1，3-丁二烯、4份过硫酸铵、6份醋酸钠、7份三烷基铝，于83℃搅拌混合3.5h，得硅烷辅剂。
海藻酸复合物的制备方法，包括如下步骤：
S1.按质量比1：8取海藻酸钠与水混合，以235r/min搅拌40min，静置3h，加入海藻酸钠质量0.5倍的Na2CO3、海藻酸钠质量4倍的无水乙醇，搅拌混合，得基体；
S2.按质量比为1：13取纳米α-氧化铝和无水乙醇混合，以超声频率为48kHz条件下，超声分散18min，再加入无水乙醇质量0.3倍的质量浓度为2.5g/L的多巴胺溶液，超声分散13min，得纳米α-氧化铝分散液；
S3.于55℃，按质量比2：4：4：0.1取Fe3O4胶体、基体、纳米α-氧化铝分散液、CaCl2混合，搅拌40min，得混合液，加入混合液质量的8%的交联剂处理35min，即得海藻酸复合物。
交联剂：按质量比2：0.1：18取京尼平、Cacl2、无水乙醇混合，即得交联剂。
一种钢材硅烷处理剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量份数计，取25份丙基三甲氧基硅烷、25份硅烷偶联剂KH550、13份助剂、7份表面活性剂、5份增溶剂、4份黏度调节剂、40份水、40份硅烷辅剂、20份海藻酸复合物；
（2）先于43℃，取表面活性剂、增溶剂、黏度调节剂、水于搅拌机混合，以235r/min搅拌35min，再加入硅烷辅剂、海藻酸复合物、丙基三甲氧基硅烷、硅烷偶联剂KH550混合，超声波分散13min，即得钢材硅烷处理剂。
实施例3
助剂：按质量比1：2：7取FeCl3、柠檬酸、水混合，即得助剂。
增溶剂：聚氧乙烯蓖麻油、脂肪醇聚氧乙烯醚、仲烷基磺酸钠中的任意一种。
表面活性剂：按质量比4：2取月桂醇聚醚硫酸酯钠、十二烷基苯磺酸钠混合，即得表面活性剂。
黏度调节剂：聚乙烯蜡、环己醇、尿素、沙索蜡中的任意一种。
硅烷辅剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量比1：3：2：8取钛酸四丁酯、H2SO4、H2O2、水混合搅拌，静置5h，得预处理液，取预处理液按质量比1：2加入浓度为2g/L的多巴胺溶液，振荡反应24h，超声波处理15min，得分散液，取分散液旋转蒸发，减压浓缩至原体积的30%，得浓缩液；
（2）取一水硫酸亚铁按质量比1：10加入蒸馏水，于25℃搅拌混合3h，加入一水硫酸亚铁质量3倍的氧化铝，升温至35℃保温2h，得混合物，取混合物按质量比4：2加入浓缩液混合，再加入混合物质量30%的磷酸二氢钠，于75℃保温4h，得混合基体物，取混合基体物按质量比5：2加入碳酸氢钠，静置24h，干燥，得干燥物；
（3）取马来酸酐按质量比1：15加入浓度0.01mol/L的氢氧化钠溶液混合，于45℃搅拌混合3h，再加入马来酸酐质量5%的钼酸钠和马来酸酐质量8%的质量分数为30%的柠檬酸溶液混合，于65℃保温2h，得初处理溶液，按质量份数计，取15份初处理溶液、15份三氟化硼乙醚、10份1，3-丁二烯、5份过硫酸铵、8份醋酸钠、10份三烷基铝，于85℃搅拌混合4h，得硅烷辅剂。
海藻酸复合物的制备方法，包括如下步骤：
S1.按质量比1：10取海藻酸钠与水混合，以250r/min搅拌50min，静置4h，加入海藻酸钠质量0.8倍的Na2CO3、海藻酸钠质量5倍的无水乙醇，搅拌混合，得基体；
S2.按质量比为1：15取纳米α-氧化铝和无水乙醇混合，以超声频率为50kHz条件下，超声分散20min，再加入无水乙醇质量0.5倍的质量浓度为2.5g/L的多巴胺溶液，超声分散15min，得纳米α-氧化铝分散液；
S3.于60℃，按质量比2：5：4：0.1取Fe3O4胶体、基体、纳米α-氧化铝分散液、CaCl2混合，搅拌50min，得混合液，加入混合液质量的10%的交联剂处理40min，即得海藻酸复合物。
交联剂：按质量比2：0.1：20取京尼平、Cacl2、无水乙醇混合，即得交联剂。
一种钢材硅烷处理剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量份数计，取30份丙基三甲氧基硅烷、30份硅烷偶联剂KH550、15份助剂、8份表面活性剂、6份增溶剂、5份黏度调节剂、50份水、50份硅烷辅剂、25份海藻酸复合物；
（2）先于50℃，取表面活性剂、增溶剂、黏度调节剂、水于搅拌机混合，以250r/min搅拌40min，再加入硅烷辅剂、海藻酸复合物、丙基三甲氧基硅烷、硅烷偶联剂KH550混合，超声波分散15min，即得钢材硅烷处理剂。
对比例1：与实施例3的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少硅烷辅剂。
对比例2：与实施例3的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少海藻酸复合物。
对比例3：襄樊市某公司生产的硅烷处理剂。
将实施例1、2、3和对比例1、2、3制备的钢材硅烷处理剂对同一种钢材按照涂覆后中性盐雾试验《B 10125-1997》、漆膜附着力等级《GB9286-1998》，漆膜耐冲击《GB1732-1993》标准进行性能检测，其检测结果记录如表1。
表1：测试项目实施例1实施例2实施例3对比例1对比例2对比例3处理时间（min）303030303030使用温度（℃）282828282828涂覆后盐雾试验（h）935910920460480520漆膜的耐冲力（kg·cm）505050404040漆膜附着力等级（级）000222一周后腐蚀性无腐蚀现象无腐蚀现象无腐蚀现象轻微腐蚀轻微腐蚀轻微腐蚀
综上所述，由表1可知，本发明的钢材硅烷处理剂各项性能优于现有技术，成膜性能较好，耐冲击力和抗腐蚀性有明显提高，有较好的发展前景。