硅烷对陶瓷玻璃的表面改性研究

・工艺与应用・　

玻璃、陶瓷表面Ｎｉ－Ｐ化学镀研究　

于秋玲ｂ。　（１．陕西能源职业技术学院，陕西西安７１０６１３；２．陕西省计量科学研究院化学中心，陕西西安７１ＯＯ４８）　Ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ　Ｐｌａｔｉｎｇ　Ｕｓｉｎｇ　Ｓｏｄｉｕｍ　Ｈｙｐ０ｐｈ０ｓｐｈｉｔｅ　ａｓ　Ｒｅｄｕｃｔａｎｔ　ｏｎ　Ｐｏｒｃｅｌａｉｎ　Ｇｒａｎｕｌｅ　Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ　ａｎｄ　Ｇｌａｓｓ　Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ　

ＹＵ　Ｑｉｕ—ｌｉｎｇ　（Ｓｈａａｎｘｉ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ，Ｘｉａｎ　７１０６１３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ａｄｊｕｓｔｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｐＨ　ｖａｌｕｅ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｐｌａｔｉｎｇ　ｔｉｍｅ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｇａｉｎｅｄ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ｏｆ　Ｎｉ—Ｐ　ｐｌａｔｉｎｇ　ｏｎ　ｇｌａｓｓ　ｓｕｒｆａｃｅ　ａｎｄ　ｐｏｒｃｅｌａｉｎ　ｇｒａｎｕｌｅ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂａｔｈ　ｆｏｒ　ｇｌａｓｓ　ｉｓ　ｎｉｃｋｅｌ　ｓｕｌｆａｔｅ　３０　ｇ／Ｌ，ｓｏｄｉｕｍ　ｈｙ—　ｐｏｐｈｏｓｐｈｉｔｅ　２２　ｇ／Ｌ，ｂｕｔａｄｉｅｎｅ　５０　ｇ／Ｌ，ａｄｄｉｔｉｖｅ　Ａ　２　ｍｇ／Ｌ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ａｒｅ　ｐＨ　５．８～６．０，　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　４８￣５Ｏ￣Ｃ．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂａｔｈ　ｆｏｒ　ｐｏｒｃｅｌａｉｎ　ｇｒａｎｕｌｅ　ｉｓ　ｎｉｃｋｅｌ　ｓｕｌｆａｔｅ　２９　ｇ／Ｌ，ｓｏｄｉｕｍ　ｈｙ—　ｐｏｐｈｏｓｐｈｉｔｅ　３８　ｇ／Ｌ，ｂｕｔａｄｉｅｎｅ　５０　ｇ／Ｌ，ａｄｄｉｔｉｖｅ　Ａ　２　ｍｇ／Ｌ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ａｒｅ　ｐＨ　５．５～６．０，　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　９０±１℃．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　Ｎｉ—Ｐ　ｄｅｐｏｓｉｔ　ｏｎ　ｇｌａｓｓ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｈａｄ　ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ　ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ，ａｄｈｅｓｉｏｎ，ａｎｄ　ａｍｏｒｐｈｏｕｓ　Ｎｉ－Ｐ　ｆｉｌｍｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｏｒｃｅｌａｉｎ　ｇｒａｉｎ　ｈａｄ　ｇｏｏｄ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｓｔａ－　ｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｄｈｅｓｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ　Ｎｉ—Ｐ　ｐｌａｔｉｎｇ；Ｇｌａｓｓ；Ｐｏｒｃｅｌａｉｎ　ｇｒａｎｕｌｅ　

玻璃表面硅烷化处理

玻璃表面硅烷化处理是一种常用的表面改性技术，通过在玻璃表面形成一层硅烷化薄膜，以改善玻璃的性能和特性。硅烷化处理主要有以下几个步骤：

1. 清洗玻璃表面：使用去离子水或特定的清洁剂对玻璃表面进行清洗，以去除灰尘、污垢和油脂等污染物。

2. 表面活化：将清洗后的玻璃表面通过酸洗或等离子体处理等方式进行表面活化，以增加表面的反应性和接纳性。

3. 硅烷溶液制备：制备硅烷处理液，通常是将有机硅化合物（如三氯甲基硅烷、甲基硅烷醇等）溶解在合适的溶剂中。

4. 硅烷涂覆：将硅烷处理液均匀涂覆在玻璃表面上，可以使用喷涂、浸渍、刷涂等方式进行涂覆。

5. 硅烷化反应：处理过的玻璃样品需要在特定条件下进行硅烷化反应。反应条件可根据硅烷化剂和具体应用要求进行调整。

6. 干燥和固化：经过硅烷化反应后，将样品进行干燥和固化，使硅烷化薄膜形成稳定的玻璃表面保护层。

硅烷化处理可以提供一些优良的性能，包括：

• 水和油的抗附着性：硅烷化薄膜可以阻止水和油等液体的附着，使其在玻璃表面形成滴状，易于清洁。

• 抗污染性：硅烷化薄膜能减少灰尘、污垢和污染物的附着，使玻璃表面保持清洁。 • 耐磨性：硅烷化薄膜能增加玻璃的硬度和耐磨性。

• 耐化学性：硅烷化薄膜能提高玻璃的耐酸性和耐碱性，减少化学腐蚀。

硅烷化处理被广泛应用于建筑玻璃、光学器件、太阳能电池板等领域，以改善材料的性能和延长使用寿命。

TECHNOLOGY AND INFORMATION工业与信息化

科学与信息化2020年7月下 75硅烷化处理及其在金属表面处理中的应用分析汪洋 包英俊中国船舶重工集团第七一五研究所 浙江 杭州 311400摘 要 工业生产中，将耐腐蚀的有机物涂覆在金属表面，经固化成膜后制备的有机涂层具有屏蔽、缓蚀及电化学保护三方面的作用，防腐效果好。由于涂料具有选择性宽、可用范围广、节约能源、应用施工方便等优点，是现今最有效、最经济和研究最多的表面防护方法之一。对工作表面进行强化热处理，可在不改变零件内部组织和性能的前提下，达到工作心部与表层在组织结构、性能等的最佳配合。本文结合硅烷化处理剂的制备及金属表面处理方法的对比，来分析硅烷化处理方法的优势和应用情况。关键词 硅烷化；金属表面；处理工艺；应用分析金属表面镀层具有防腐蚀，提高耐磨性、导电性及增加美观等作用。钢结构经热镀锌处理后，在室外环境下，标准厚度的锌层可保持年不必修补，广泛应用于铁塔、铁路、公路保护、船用构件、建筑钢结构的防腐处理。表面处理是指在基体材料表面上人工制备一层与基体的机械、物理和化学性能不同的表层的工艺[1]。磷化和钝化工艺是目前最典型、广泛应用的表面处理工艺。表面处理技术对金属保护起到了明显的作用，但也存在不少问题。例如，有机涂层中毒性挥发成分对人体有严重危害，喷砂处理会产生大量粉尘，铬酸盐处理和磷化工艺均存在较为严重的环境污染等问题。因此，开展硅烷化处理剂的制备研究并将其应用在金属表面的处理过程中会改变当前传统的处理模式，更加环保节能。1 硅烷化处理的原理硅烷化处理是以有机硅烷为主要原料对金属或非金属材料进行表面处理的过程，该过程通过引入硅烷基与基材形成共价键连接，在金属表面形成高致密的保护膜。硅烷是一类含硅基的有机/无机杂化物，其基本分子式为X-R-SiY3，其中的Y指的是与硅原子连接的可水解基团，其中R则是指非水解脂肪族链，其中的X指的是可以和有机材料实现反应的基团，例如乙烯基以及氨基等[2]。金属表面硅烷化试剂可以在极难融合的环境下，将有机物以及材料进行连接，要想将这一过程实现全面的分析和研究，仅凭单一的理论内容很难完整，因此要将各理论有机统一，并对金属处理技术的作用进行分析，这样才能使技术分析更为科学合理。其中化学键理论的主要内容包括：硅烷偶联剂的表面张力较弱，它与无机材料的接触面比较小，所以根据这一理论，运用表面硅烷化处理技术可以有效地对玻璃、陶瓷以及金属等物质进行作用，为这些物质表面提供一层有效的保护膜，促进硅烷偶联剂的作用发挥。硅烷偶联剂对金属表面的改性技术正成为一种新型磷化法的替代技术，具有很大的潜力。然而该工艺也存在着一定的不足，由于硅烷金属表面处理剂pH升高有利于硅醇缩聚反应的进行，但是pH的升高会导致其产生絮凝，进而导致处理剂失效，使得工业上大规模应用受限。为此，结合电沉积法，在金属表面施加阴极电位后电极表面局部溶液的pH升高，使其不会影响本体溶液的稳定性，从而使有机硅烷附着在金属表面，得到更厚、均匀、致密的硅烷膜层，使涂层的防护性能更好[3]。此外，还可以通过对沉积过程电化学参数的控制，研究硅烷膜结构及耐蚀性的影响，实现硅烷膜的可控制制备。2 硅烷化处理工艺与传统处理工艺对比磷化处理是一种广泛应用于金属涂装前处理的传统工艺，它是磷酸盐与金属基体进行化学反应而在其表面形成磷酸盐化学转化膜的工艺过程，这种磷酸盐转化膜成为磷化膜。磷化的主要目的是为基体金属提供短期工序间保护，在一定程度上防止金属基体被腐蚀。工艺流程：脱脂→热洗→冷水洗→酸洗→冷水洗→中和→水洗→表调→磷化→水洗→中和热洗→晾干。一般来说，硅烷表面处理剂可采用以下两种方法对金属表面改性：（1）浸渍硅烷化法。通过有机硅烷的特殊结构，金属工件经硅烷处理后，表面会吸附一层类似于磷化晶体的三维网状结构的超薄有机纳米膜（50～500nm），同时在界面形成结合力很强的Si-O-Me共价键（其中Me为金属），可将金属表面和涂层偶合，具有很好的附着力。工艺流程：脱脂→水洗→压缩空气吹干金属表面→浸渍于硅烷溶液中→晾干。（2）电沉积硅烷化法。优化硅烷化金属表面处理技术，根据电沉积理论，阴极电位下金属表面发生O2和H2O的去极化生成OH-，而OH-的生成促进了硅醇间的缩合反应，有利于硅烷膜的形成。工艺流程：脱脂→水洗→压缩空气吹干金属表面→硅烷溶液电沉积→晾干。通过硅烷化处理与传统磷化处理相比较，能够省去表调及磷化前后的水洗工序，处理时间大大缩短，并减少了污水处理量。硅烷化处理相比传统的处理工艺有以下优势：（1）硅烷化金属表面处理工艺路线相比传统工艺省去了表调和磷化前后两道水洗工序，减少了废水的排放量，减轻了环境污染程度，降低了生产成本。（2）在使用温度方面，由于硅烷成膜过程为常温化学反应，因为在日常使用中槽液无须加热即可达到理想处理效果。此方面相比较来说，为行业应用节省了大量能源并减少了燃料废气排放。（3）硅烷化反应中无沉淀反应，所以在日常处理中不产生沉渣，消除了前处理工序中的固体废物处理问题并有效地延长了槽液的倒槽周期。（4）在配槽用量方面，硅烷化较磷化工艺也减少了20%～50%，更关键的是在每平方米单耗方面硅烷化的消耗量为传统磷化工艺的15%-20%。在处理时间上硅烷化较磷化也有较大幅度的缩短，从而提高了生产率，降低了设备持续运作成本。（5）电沉积硅烷化金属表面处理工艺除具有硅烷化金属表面处理工艺的优点外，还可以通过对沉积过程电化学参数的调节，实现对硅烷化膜结构的可控制备。（6）通过对现有磷化处理设备的简单改造，投入少量资金，即可将磷化金属表面生产线改装成硅烷化和电沉积硅烷化 TECHNOLOGY AND INFORMATION工业与信息化

γ-巯丙基三甲氧基硅烷对纳米

二氧化硅表面接枝改性的研究

李峰，李红强，赖学军，吴文剑，曾幸荣

（华南理工大学材料科学与工程学院，广东广州510640）

摘要：采用γ-巯丙基三甲氧基硅烷（KH590）对纳米二氧化硅表面进行接枝改性，研究KH590用量、反应时间

和反应温度等对纳米二氧化硅相对接枝率和粒径的影响；采用红外光谱（FT-IR）和扫描电子显微镜（SEM）等手段对

改性前后的纳米二氧化硅进行表征。结果表明：KH590通过水解后与二氧化硅粒子表面的羟基发生反应，成功接枝

到纳米二氧化硅表面；其最佳工艺条件为：KH590用量为二氧化硅质量的15%，反应温度为80℃，反应时间为10h，

其相对接枝率达到10.3%；与未改性纳米二氧化硅相比，其平均粒径明显变小，分散性及亲油性明显变好。关键词：纳米SiO2；γ-巯丙基三甲氧基硅烷；表面接枝改性

中图分类号：TQ127.2文献标识码：A文章编号：1006-4990（2014）04-0033-04

Surfacegraftingmodificationofnano-sizedsilicawith3-mercaptopropyltrimethoxysilane

LiFeng，LiHongqiang，LaiXuejun，WuWenjian，ZengXingrong

（SchoolofMaterialsScienceandEngineering，SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou510640，China）

Abstract：Thenano-sizedSiO2wasgraftedandmodifiedwith3-mercaptopropyltrimethoxysilane（KH590）.Theinfluencesof

KH590content，reactiontime，andtemperatureongraftingrateandparticlesizeofnano-sizedSiO2werestudied.Themodified