硅烷偶聯(lián)劑在美合金表面處理的應(yīng)用研究【畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　硅烷偶聯(lián)劑在美合金表面處理的應(yīng)用研究</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 化學(xué)工程

2、與工藝 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p>　　摘要:本文用電導(dǎo)率法研究了硅烷偶聯(lián)劑γ-氨丙基三乙氧基

3、硅烷和N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷的水解工藝,考察了溫度、溶液配比、硅烷偶聯(lián)劑類型等因素對(duì)水解工藝的影響，得到了γ-氨丙基三乙氧基硅烷的最佳水解條件為在40℃下以配比為1:1:8為最佳；N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷的最佳水解條件為40℃下以配比為1:1:12為最佳。在最佳工藝下對(duì)鎂金屬進(jìn)行表面涂覆處理，并測(cè)定了涂膜的厚度和腐蝕鹽霧試驗(yàn)，鹽霧試驗(yàn)2小時(shí)結(jié)果：4-5級(jí)，失重率：2.5%-5%。</p

4、><p>　　關(guān)鍵詞: 鎂合金；硅烷偶聯(lián)劑；表面處理；水解</p><p>　　Abstract: In this paper, hydrolysis process was researched the conductivity of silane coupling agent γ-aminopropyl triethoxysilane and N-β-(aminoethyl)-γ-amin

5、opropyl methyl dimethoxy silane with conductivity, the hydrolysis process was inspected temperature, solution ratio, silane coupling agent type and other factors. obtained γ-aminopropyl triethoxysilane the best hydrolysi

6、s conditions at 40℃, the ratio of 1:1:8 the best; N-β-(aminoethyl)-γ-aminopropyl methyl dimethoxy silane optimal condition</p><p>　　Keywords: Magnesium alloy; silane coupling agent; surface treatment; hydrol

7、ysis</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景和意義1<

8、/p><p>　　1.1.1 汽車、摩托車等交通類產(chǎn)品用鎂合金1</p><p>　　1.1.2 電子及家電用鎂合金2</p><p>　　1.1.3 其它如鋁合金添加劑、鎂犧牲陽(yáng)極和型材用鎂合金2</p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展3</p><p>　　1.2.1 鎂金屬表面處理方法3</p>

9、;<p>　　1.2.2 硅烷偶聯(lián)劑表面處理技術(shù)4</p><p>　　1.3 研究思路及方案6</p><p><b>　　2 實(shí)驗(yàn)部分7</b></p><p>　　2.1 實(shí)驗(yàn)試劑和實(shí)驗(yàn)儀器7</p><p>　　2.2 實(shí)驗(yàn)操作7</p><p>　　2.3實(shí)驗(yàn)

10、測(cè)定方法8</p><p>　　3 結(jié)果與分析9</p><p>　　3.1 水解溫度的影響9</p><p>　　致 謝錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)17</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p>

11、<p>　　1.1 課題背景和意義</p><p>　　在世界鎂需求日益高漲的同時(shí)，各類相關(guān)配套技術(shù)必須不斷發(fā)展，以滿足鎂在不同領(lǐng)域應(yīng)用的需要。鎂合金作為具有許多優(yōu)良特性輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，有著廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿?huì)在各種自然環(huán)境和工作環(huán)境下應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，但是鎂合金耐蝕性能卻很差，已成為鎂合金擴(kuò)大應(yīng)用的嚴(yán)重制約因素，并一直受到人們的關(guān)注 。[1]現(xiàn)有的鎂合金表面處理技術(shù)：一是無(wú)法通過(guò)表面處理直接獲

12、得色彩多樣、美觀的表面，必須由后續(xù)涂裝解決這個(gè)問(wèn)題，而涂裝處理將帶來(lái)更多的污染和資源的損耗,而且涂裝工序復(fù)雜、返工率高、設(shè)備投資大，這大大增加了表面處理成本，且增加環(huán)保，廢液處理的壓力。二是現(xiàn)有的鎂合金表面處理技術(shù)存在能耗高與環(huán)境污染大的問(wèn)題，據(jù)統(tǒng)計(jì)，環(huán)保處理費(fèi)用已占現(xiàn)有表面處理生產(chǎn)成本的30％～40%，有的甚至危害人體健康。</p><p>　　本項(xiàng)目目標(biāo)：成功開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鎂合金環(huán)保節(jié)能型表面處理新

13、技術(shù)，應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。使得表面處理費(fèi)用總體下降10%-20%，具有環(huán)保、節(jié)能等特點(diǎn)，滿足了市場(chǎng)的需求，提升我國(guó)鎂合金的表面處理技術(shù)水平，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策。[2]</p><p>　　目前，鎂合金應(yīng)用主要有以下三個(gè)方面。</p><p>　　1.1.1 汽車、摩托車等交通類產(chǎn)品用鎂合金</p><p>　　20世紀(jì)70年代以來(lái)，各國(guó)尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)汽車的節(jié)能和尾氣排放

14、提出了越來(lái)越嚴(yán)格的限制，1993-1994年歐洲汽車制造商提出“3公升汽油轎車”的新概念。美國(guó)提出了“PNGV”（新一代交通工具）的合作計(jì)劃。其目標(biāo)是生產(chǎn)出消費(fèi)者可承受的每百公里耗油３公升的轎車，且整車至少80%以上的部件可以回收。這些要求迫使汽車制造商采用更多高新技術(shù)，生產(chǎn)重量輕、耗油少、符合環(huán)保要求的新一代汽車。據(jù)測(cè)算，汽車自重減輕10%,其燃油效率可提高5.5%，如果每輛汽車能使用70公斤鎂，CO的年排放量就能減少30%以上。鎂作

15、為實(shí)際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，在汽車的減重和性能改善中的重要作用受到人們的重視。[3]</p><p>　　世界各大汽車公司已經(jīng)將鎂合金制造零件作為重要發(fā)展方向。在歐美國(guó)家中，各國(guó)的汽車廠商正極力爭(zhēng)取采用鎂合金零件的多少來(lái)作為自身車輛領(lǐng)先的標(biāo)志，大眾、奧迪、菲亞特汽車公司紛紛使用鎂合金。在未來(lái)的7-8年中，歐洲汽車用鎂將占鎂總消耗量的14%，預(yù)計(jì)今后將以15%的速度遞增，2005年將達(dá)到20萬(wàn)噸。</p&

16、gt;<p>　　美、歐、日等發(fā)達(dá)國(guó)家投入大量人力和物力，實(shí)施多項(xiàng)大型聯(lián)合研究發(fā)展計(jì)劃，研究用鎂合金制造汽車零部件。這些研究開發(fā)計(jì)劃促進(jìn)了鎂合金在汽車上應(yīng)用的發(fā)展。目前，鎂合金壓鑄汽車零部件至少已超過(guò)60種，例如，已經(jīng)使用并在近期要快速推廣的零部件有輪轂、儀表盤、座椅框架、變速箱殼體、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、汽缸蓋、進(jìn)氣歧管和剎車踏板架。正在加緊著手開發(fā)的有門框、大的車體外部件、支撐柱、發(fā)動(dòng)機(jī)箱體、油底盤。其中，安裝安全氣囊的汽車都開始

17、改用鎂合金方向盤，這既可減重，又可降低震動(dòng)，在發(fā)生意外撞擊時(shí)，鎂合金可吸收更多的能量，有利于保證駕駛員的安全。[4]</p><p>　　我國(guó)是一個(gè)摩托車生產(chǎn)、消費(fèi)和出口大國(guó)，也是一個(gè)潛在的汽車生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。在改革開放的二十年中，我國(guó)已經(jīng)在長(zhǎng)春、上海、十堰、重慶等地形成了以汽車、摩托車為龍頭的生產(chǎn)基地。2000年已形成生產(chǎn)250萬(wàn)輛各型汽車、1000萬(wàn)輛各型摩托車的能力。按2001年汽車產(chǎn)量237萬(wàn)輛（其中轎車

18、和微車100萬(wàn)輛），摩托車產(chǎn)量1000萬(wàn)輛，每輛汽車鎂合金用量20公斤，每輛摩托車用量5公斤計(jì)算，該產(chǎn)業(yè)將使用鎂合金9.7萬(wàn)噸。</p><p>　　1.1.2 電子及家電用鎂合金</p><p>　　汽車行業(yè)對(duì)鎂合金的大量需求，推動(dòng)了鎂合金生產(chǎn)技術(shù)的多項(xiàng)突破，鎂合金的使用成本也大幅度下降，從而促進(jìn)了鎂合金在計(jì)算機(jī)、通訊、儀器儀表、家電、醫(yī)療、輕工等行業(yè)的應(yīng)用發(fā)展。其中，鎂合金應(yīng)用發(fā)展最快

19、的是電子信息和儀器儀表行業(yè)。電子信息行業(yè)由于數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)電子及通訊產(chǎn)品的高度的集成化、輕薄化、微型化和符合環(huán)保的要求是越來(lái)越高。工程塑料曾作為主要材料，但其強(qiáng)度終究無(wú)法和金屬相比。例如，鎂合金具有優(yōu)異的薄壁鑄造性能，其壓鑄件的壁厚可達(dá)11.5mm，并保持一定的強(qiáng)度、剛度和抗撞能力，這非常有利于產(chǎn)品超薄、超輕和微型化的要求。這是工程塑料，甚至鋁合金所無(wú)法達(dá)到的。[5]在薄壁、微型、抗摔撞的要求之下，加上電磁屏蔽、散熱和環(huán)保方面

20、的考慮，鎂合金成了廠家的最佳選擇。另外，鎂合金外殼可使產(chǎn)品更豪華、美觀，也是工程塑料所無(wú)法比擬的。在電子信息和儀器儀表行業(yè)的鎂合金制品的單位重量和尺寸不如汽車零部件，但它的數(shù)量大、覆蓋面大，其用量也是巨大的。所以，近幾年電子信息行業(yè)鎂合金的消耗量急劇增加，成為拉動(dòng)全球鎂消耗量增加的另一重要因素。[6]</p><p>　　1.1.3 其它如鋁合金添加劑、鎂犧牲陽(yáng)極和型材用鎂合金</p><p&

21、gt;　　鎂犧牲陽(yáng)極作為有效的防止金屬腐蝕的方法之一，廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)距離輸送的地下鐵制管道和石油儲(chǔ)罐。目前，作為鎂犧牲陽(yáng)極的鎂合金有3萬(wàn)～4萬(wàn)噸／年的市場(chǎng)需求量，且每年以20%的速度增長(zhǎng)。[7]</p><p>　　鎂金屬性質(zhì)活潑，易腐蝕。目前鎂合金表面表面處理方法有以下幾種：鎂合金表面彩色陽(yáng)極氧化技術(shù)、鎂合金表面納米復(fù)合電沉積技術(shù)、硅烷化處理等。在鎂合金表面處理中硅烷偶聯(lián)劑具有耐蝕性和耐磨性好，而且環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，所

22、以本文就硅烷偶聯(lián)劑在美合金表面處理的應(yīng)用進(jìn)行研究探索。</p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展</p><p>　　1.2.1 鎂金屬表面處理方法</p><p>　　1.鎂合金表面彩色陽(yáng)極氧化技術(shù)</p><p>　　自2001年起，對(duì)鎂合金微弧氧化開展了深入研究，系統(tǒng)研究了電解液組分、電脈沖頻率、占空比、電流密度、微弧氧化時(shí)間對(duì)鎂合金微

23、弧氧化膜的影響，積累了豐富經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，開發(fā)了SIMANODE鎂合金微弧氧化工藝，于2006年在本公司成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，為國(guó)內(nèi)數(shù)家鎂制品廠進(jìn)行微弧氧化加工，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。通過(guò)對(duì)鎂合金彩色陽(yáng)極氧化進(jìn)行了初步的研究，在3mol/L的KOH溶液中，控制電壓在40V，陽(yáng)極氧化30min后得到膜厚約20μm的半透明陽(yáng)極氧化膜，該膜層進(jìn)行形貌分析，發(fā)現(xiàn)該膜層由外側(cè)多孔層和內(nèi)側(cè)致密層組成，類似鋁合金陽(yáng)極氧化膜結(jié)構(gòu)，對(duì)該膜層進(jìn)行染色處

24、理，獲得黑色、紅色、黃色等色彩，在對(duì)其作進(jìn)一步深入的系統(tǒng)研究，如電參數(shù)優(yōu)化、染色工藝優(yōu)化、封閉工藝、性能測(cè)試等。優(yōu)點(diǎn)：耗能低，色彩多樣，耐蝕性好，環(huán)保（無(wú)鉻化），但是其耗能大，成本高，設(shè)備投資大難以擴(kuò)大應(yīng)用，色澤單一，難以滿足彩色產(chǎn)品的更大需求。[8]</p><p>　　2. 鎂合金表面納米復(fù)合電沉積技術(shù)</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：高耐蝕性和耐磨性，高的硬度和矯頑力，但是得到的復(fù)合薄膜或

25、表面粗糙不平或不具有整體的納米結(jié)構(gòu)，與基體結(jié)合力低，目前國(guó)內(nèi)的鎂合金表面處理工藝中一般均含有P或Cr或F等環(huán)境污染成分，且工序復(fù)雜。</p><p>　　表面前處理藥劑在穩(wěn)定性方面仍需進(jìn)一步提高，以使其使用周期更長(zhǎng)，減少?gòu)U水排放和降低使用成本。因此，本項(xiàng)目將進(jìn)一步研究，開發(fā)出鎂合金穩(wěn)定，使用周期長(zhǎng)，價(jià)格低廉且環(huán)保的前處理工藝來(lái)替代原有工藝。同時(shí)，鎂合金針對(duì)鎂合金型材的應(yīng)用需要，開發(fā)適合型材這種大面積連續(xù)通過(guò)、對(duì)表

26、面均勻性要求較高的鎂合金表面處理的預(yù)處理技術(shù)。[11]</p><p>　　以硅烷試劑處理金屬表面的研究國(guó)外已有30年的歷史，但大多處在實(shí)驗(yàn)室研究，直到20世紀(jì)90年代中后期．才由美國(guó)辛辛那提大學(xué)的Van Ooij教授經(jīng)過(guò)對(duì)不同硅烷、處理液濃度、酸度、溫度等條件的大量研究，以各種表面分析方法研究膜的形成機(jī)制、結(jié)構(gòu)等，評(píng)價(jià)膜的性能，進(jìn)而優(yōu)化處理工藝條件，申請(qǐng)了多種硅烷試劑處理工藝的專利，才開始在小范圍的工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)

27、用。</p><p>　　但國(guó)內(nèi)直到目前仍很少有人涉及，國(guó)內(nèi)應(yīng)用硅烷試劑大多是用來(lái)作其他有機(jī)涂料的輔助劑，很少有人研究用其處理金屬表面和探討金屬表面硅烷膜的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)。目前，國(guó)內(nèi)急需探明硅烷試劑在金屬表面的形成過(guò)程機(jī)制，膜中的離子組成，界面上的鍵合狀態(tài)，硅烷試劑在界面上的反應(yīng)性能，膜的特性對(duì)防腐、粘接效果的影響，提出一個(gè)完整的理論，以指導(dǎo)工藝條件，期望能把該技術(shù)更早的用于工業(yè)生產(chǎn)，以取代對(duì)環(huán)境有毒害的磷化和鉻化技

28、術(shù)。[12]</p><p>　　我國(guó)和世界上在金屬表面處理上的一些新的或剛剛采用的作法。</p><p><b>　　3.硅烷化處理：</b></p><p>　　目前，國(guó)內(nèi)在鋼表面、鋁表面、鐵表面硅烷化技術(shù)取得了初步的進(jìn)展，如北京科技大學(xué)許立寧等研究了鋼表面硅烷處理層的粘結(jié)性能及防腐性能，通過(guò)對(duì)不同工藝參數(shù)下硅烷處理層的性能比較，分析界面粘

29、結(jié)性能和防腐性能各自的主要影響因素，探討粘結(jié)性能與防腐性能之間的相關(guān)性。重慶大學(xué)徐溢等用反射吸收紅外光譜法研究鋁表面和鐵表面硅烷化試劑膜的結(jié)構(gòu)與性能，以VS,GS,r-APS三種硅烷溶液涂覆鋁金屬和鐵金屬，在應(yīng)用大角度入射的條件下，以反射-吸收紅外光譜法測(cè)定了膜的結(jié)構(gòu)，初步判斷硅烷和金屬表面之間是以化學(xué)鍵結(jié)合，而非簡(jiǎn)單的物理吸收；膜的厚度只在一定時(shí)間內(nèi)增長(zhǎng)，超出此時(shí)間后以化學(xué)鍵結(jié)合的膜的厚度不再增厚；膜的性能和老化時(shí)間有關(guān)，另外，初步探

30、討了硅烷在金屬結(jié)合的分子和基團(tuán)取向，論證了硅烷試劑作金屬表面處理新技術(shù)的表面化學(xué)鍵合過(guò)程和防腐機(jī)理，同時(shí)為硅烷處理技術(shù)的實(shí)用和工藝優(yōu)化提供了依據(jù)。山東大學(xué)王雪明等采用紅外反射吸收光譜分析硅烷膜的成分和結(jié)構(gòu)，由電導(dǎo)率在線監(jiān)測(cè)硅烷偶聯(lián)劑水解程度，以涂層拉伸法測(cè)試膜的結(jié)合強(qiáng)度，研究了影響該硅烷膜性能的各種制備工藝條件[10]。</p><p>　　隨著硅烷技術(shù)的日趨成熟，硅烷化將取代磷化和鉻化技術(shù)，使得鎂的表面處理工藝

31、更加環(huán)保。硅烷偶聯(lián)劑方法時(shí)，強(qiáng)調(diào)一下意義，最后引出本課題研究。</p><p>　　1.2.2 硅烷偶聯(lián)劑表面處理技術(shù)</p><p><b>　　1.硅烷偶聯(lián)劑簡(jiǎn)介</b></p><p>　　硅烷偶聯(lián)劑是由硅氯仿（HSiCl3）和帶有反應(yīng)性基團(tuán)的不飽和烯烴在鉑氯酸催化下加成，再經(jīng)醇解而得。它在國(guó)內(nèi)有KH550，KH560，KH570，KH7

32、92，DL602，DL171這幾種型號(hào)。硅烷偶聯(lián)劑實(shí)質(zhì)上是一類具有有機(jī)官能團(tuán)的硅烷，在其分子中同時(shí)具有能和無(wú)機(jī)質(zhì)材料（如玻璃、硅砂、金屬等）化學(xué)結(jié)合的反應(yīng)基團(tuán)及與有機(jī)質(zhì)材料（合成樹脂等）化學(xué)結(jié)合的反應(yīng)基團(tuán)。</p><p>　　2.硅烷偶聯(lián)劑作用機(jī)理</p><p>　　硅烷偶聯(lián)劑含有兩種不同化學(xué)性質(zhì)基團(tuán)（有機(jī)官能基團(tuán)和可水解基團(tuán)），正是由于這兩種功能團(tuán)，可以把無(wú)機(jī)底層和有機(jī)外涂層連接起來(lái)

33、，形成一種新型的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化膜。</p><p>　　3.硅烷偶聯(lián)劑的種類</p><p>　　硅烷偶聯(lián)劑是由硅氯仿（HSiCl3）和帶有反應(yīng)性基團(tuán)的不飽和烯烴在鉑氯酸催化下加成，再經(jīng)醇解而得。它在國(guó)內(nèi)有KH550，KH560，KH570，KH792，DL602，DL171這幾種型號(hào)。硅烷偶聯(lián)劑實(shí)質(zhì)上是一類具有有機(jī)官能團(tuán)的硅烷，在其分子中同時(shí)具有能和無(wú)機(jī)質(zhì)材料（如玻璃、硅砂、金屬等）化學(xué)

34、結(jié)合的反應(yīng)基團(tuán)及與有機(jī)質(zhì)材料（合成樹脂等）化學(xué)結(jié)合的反應(yīng)基團(tuán)。</p><p>　　4.硅烷偶聯(lián)劑的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　?。?）能改善玻璃纖維和樹脂的粘合性能，大大提高玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度、電氣、抗水、抗氣候等性能，即使在濕態(tài)時(shí)，它對(duì)復(fù)合材料機(jī)械性能的提高，效果也十分顯著。</p><p>　?。?）能改善填料在樹脂中的分散性及粘合力，改善工藝性能和提高填

35、充塑料（包括橡膠）的機(jī)械、電學(xué)和耐氣候等性能。</p><p>　?。?）能提高它們的粘接強(qiáng)度、耐水、耐氣候等性能。</p><p>　　5.硅烷偶聯(lián)劑的應(yīng)用</p><p>　　（1）用于玻璃纖維的表面處理</p><p>　　能改善玻璃纖維和樹脂的粘合性能，大大提高玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度、電氣、抗水、抗氣候等性能，即使在濕態(tài)時(shí)，它對(duì)復(fù)

36、合材料機(jī)械性能的提高，效果也十分顯著。目前，在玻璃纖維中使用硅烷偶聯(lián)劑已相當(dāng)普遍，用于這一方面的硅烷偶聯(lián)劑約占其消耗總量的50％，其中用得較多的品種是乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷等。 </p><p>　?。?）用于無(wú)機(jī)填料填充塑料</p><p>　　可預(yù)先對(duì)填料進(jìn)行表面處理，也可直接加入樹脂中。能改善填料在樹脂中的分散性及粘合力，改善工藝性能和提高填充塑料（包括橡膠）的機(jī)械

37、、電學(xué)和耐氣候等性能。 </p><p>　?。?）用作密封劑、粘接劑和涂料的增粘劑</p><p>　　能提高它們的粘接強(qiáng)度、耐水、耐氣候等性能。 硅烷偶聯(lián)劑往往可以解決某些材料長(zhǎng)期以來(lái)無(wú)法粘接的難題。硅烷偶聯(lián)劑作為增粘劑的作用原理在于它本身有兩種基團(tuán)；一種基團(tuán)可以和被粘的骨架材料結(jié)合；而另一種基團(tuán)則可以與高分子材料或粘接劑結(jié)合，從而在粘接界面形成強(qiáng)力較高的化學(xué)鍵，大大改善了粘接強(qiáng)度。硅

38、烷偶聯(lián)劑的應(yīng)用一般有三種方法：一是作為骨架材料的表面處理劑；二是加入到粘接劑中，三是直接加入到高分子材料中。從充分發(fā)揮其效能和降低成本的角度出發(fā)，前兩種方法較好。</p><p>　　1.3 研究思路及方案</p><p>　　本項(xiàng)課題選擇兩種硅烷偶聯(lián)劑：KH-550；KH-602。配置成一定比例的水解液，考察溫度、水解液配比等因素對(duì)其水解液的水解工藝影響，并對(duì)其水解工藝進(jìn)行優(yōu)化。選擇最優(yōu)

39、水解工藝條件下，對(duì)鎂金屬表面涂覆處理，并測(cè)定涂膜的性能。</p><p><b>　　2 實(shí)驗(yàn)部分</b></p><p>　　2.1 實(shí)驗(yàn)試劑和實(shí)驗(yàn)儀器</p><p>　　2.1.1試驗(yàn)試劑及產(chǎn)地 </p><p>　　表2-1 試驗(yàn)試劑及產(chǎn)地</p><p>　　2.1.2 試驗(yàn)儀器及

40、產(chǎn)地</p><p>　　表2-2 試驗(yàn)所用儀器及其產(chǎn)地</p><p>　　其他小型儀器：試管，試管架，洗瓶。</p><p><b>　　2.2 實(shí)驗(yàn)操作</b></p><p>　　2.2.1硅烷偶聯(lián)劑水解液的配制與測(cè)定</p><p>　　稱取KH-550 0.8g、水0.79g、乙醇6.

41、40g加入20ml試管中攪拌均勻,經(jīng)密封處理后，在40℃的恒溫水浴池中恒溫，并每小時(shí)測(cè)一次水解液的電導(dǎo)率并記錄數(shù)據(jù)。</p><p>　　2.2.2鎂金屬表面預(yù)處理和硅烷化處理</p><p>　　先將鎂片拋光打磨，然后鎂片進(jìn)行酸洗以及堿洗處理并將鎂片烘干。將烘干的鎂片放入配置好的水解液中浸漬10-15min，取出后放入烘箱后在90℃下進(jìn)行烘干。重復(fù)上述操作四次，待所有鎂片都處理后檢測(cè)其性

42、能。得到結(jié)果①和②樣品膜厚1-2 μm；③和④樣品膜厚4-17μm。①，②，③，④樣品Cass 鹽霧試驗(yàn)2小時(shí)結(jié)果：4-5級(jí)，失重率：2.5%-5%。</p><p>　　分別測(cè)定KH-602、KH-550在不同配比及不同溫度下的水解率，分析并選擇最優(yōu)配比進(jìn)行鎂金屬表面涂覆，并檢測(cè)涂覆后鎂金屬表面性質(zhì)。</p><p><b>　　2.3實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法</b></

43、p><p>　　硅烷水解程度的檢測(cè)是水解工藝中的一個(gè)難點(diǎn)，常規(guī)化學(xué)反應(yīng)測(cè)定方法和某些對(duì)體系產(chǎn)生干擾的測(cè)定方法，均會(huì)導(dǎo)致水解平衡的破壞，不能有效監(jiān)測(cè)硅烷的水解程度。研究表明]：光學(xué)測(cè)定法和電導(dǎo)率測(cè)定法能直接在線監(jiān)測(cè)硅烷生成，不對(duì)體系帶來(lái)干擾和破壞，器重，電導(dǎo)率測(cè)定法設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便。又因硅烷與去離子水的電導(dǎo)率很低，而水解產(chǎn)物硅醇和醇的電導(dǎo)率較高，即使溶劑中采用了醇，因其在反應(yīng)前后量不變而對(duì)體系電導(dǎo)率變化無(wú)影響，所以硅

44、烷體系在水解過(guò)程中電導(dǎo)率會(huì)逐漸增大，一定時(shí)間后反應(yīng)達(dá)到平衡，相應(yīng)電導(dǎo)率值也穩(wěn)定在某一值，這表明水解已達(dá)到平衡，此時(shí)硅醇含量為該水解條件下的最大量。因此，本試驗(yàn)采用了電導(dǎo)率法在線檢測(cè)硅烷的水解程度。從導(dǎo)電機(jī)理來(lái)看，在高聚物中，存在電子電導(dǎo)，也存在離子電導(dǎo),至于硅醇的導(dǎo)電機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。</p><p><b>　　3 結(jié)果與分析</b></p><p>　　3.

45、1 水解溫度的影響</p><p>　　考慮到硅烷偶聯(lián)劑結(jié)構(gòu)影響其水解速率我們分別選擇KH-550和KH-602硅烷偶聯(lián)劑，用水和乙醇溶劑配成一定比例的水解液。</p><p>　　1.在質(zhì)量比為1:1:4條件下測(cè)定KH-550硅烷偶聯(lián)劑水解液的電導(dǎo)率值，所得結(jié)果如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 KH-550硅烷偶聯(lián)劑在質(zhì)量比為1:1:4的配比不同溫

46、度下的電導(dǎo)率值</p><p>　　由圖3-1可知水解速率隨著溫度的升高而升高，水解時(shí)間隨著溫度的降低而延長(zhǎng)。</p><p>　　2.在質(zhì)量比為1:1:4條件下測(cè)定KH-550硅烷偶聯(lián)劑水解液的電導(dǎo)率值，所得結(jié)果如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 KH-550硅烷偶聯(lián)劑在質(zhì)量比為1:1:12的配比不同溫度下的電導(dǎo)率值</p><p&

47、gt;　　由圖3-2可知，水解速率隨著溫度的升高而升高，水解時(shí)間隨著溫度的降低而延長(zhǎng)。</p><p>　　3、在質(zhì)量比為1:1:8條件下測(cè)定KH-602硅烷偶聯(lián)劑水解液的電導(dǎo)率值，所得結(jié)果如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 KH-602硅烷偶聯(lián)劑在質(zhì)量比為1:1:8的配比不同溫度下的電導(dǎo)率值</p><p>　　由圖3-3可知，水解速率隨著溫度的升高而

48、升高，水解時(shí)間隨著溫度的降低而延長(zhǎng)。</p><p>　　4.在質(zhì)量比為1:1:12條件下測(cè)定KH-602硅烷偶聯(lián)劑水解液的電導(dǎo)率值，所得結(jié)果如圖3-4所</p><p><b>　　示。</b></p><p>　　圖3-4 KH-602硅烷偶聯(lián)劑在1:1:12的配比不同溫度下的電導(dǎo)率值</p><p>　　由圖3-4

49、可知，KH-602的水解速率40℃>30℃>20℃，在20℃，水解16h后達(dá)到水解平衡；在30℃，水解13h達(dá)到平衡；在40℃，水解10h達(dá)到平衡。在40℃時(shí)達(dá)到水解平衡時(shí)間最短，水解率最大。所以KH-602硅烷偶聯(lián)劑在質(zhì)量比為1:1:12的配比下，水解速率隨著溫度的升高而升高，水解時(shí)間隨著溫度的降低而延長(zhǎng)。</p><p>　　由圖3-1～圖3-4可得：KH-550和KH-602均在40℃下的水解效

50、果為最佳。</p><p>　　3.2 水解配比的影響</p><p>　　1.KH-550在20℃下但不在同一個(gè)配比下其電導(dǎo)率值如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 不同配比的KH-550在20℃下的電導(dǎo)率值</p><p>　　由圖3-5可以看出KH-550配比為1:1:4時(shí)的水解率最高，KH-550配比為1:1:12時(shí)到達(dá)水解

51、平衡的時(shí)間最少。配比1:1:8比1:1:12配比到達(dá)水解平衡所需的時(shí)間略微要多一些。電導(dǎo)率隨著配比的增大而減小。在20℃下KH-550的配比在1:1:8下水解最佳。</p><p>　　2.KH-550在30℃下但不在同一個(gè)配比下其電導(dǎo)率值如圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6 不同配比的KH-550在30℃下的電導(dǎo)率值</p><p>　　由圖3-6可以看

52、出KH-550配比為1:1:4時(shí)的水解率最高，KH-550配比為1:1:12時(shí)到達(dá)水解平衡的時(shí)間最少。配比1:1:8比1:1:12配比到達(dá)水解平衡所需的時(shí)間略微要多一些。電導(dǎo)率隨著配比的增大而減小。在30℃下KH-550的配比在1:1:8下水解最佳。</p><p>　　3.KH-602在20℃下但不在同一個(gè)配比下其電導(dǎo)率值如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7 不同配比的KH-6

53、02在20℃下的電導(dǎo)率值</p><p>　　由圖3-7可以看出在20℃下KH-602的配比在1:1:8下水解最佳。</p><p>　　3.3 不同偶聯(lián)劑的影響</p><p>　　1.KH-550和KH-602在同一溫度（30℃）和配比（1:1:12）下的電導(dǎo)率值如3-8圖所示。 </p><p>　　圖3-8 KH-550和KH-602

54、在30℃下、1:1:12的配比下的電導(dǎo)率值</p><p>　　由圖3-8可知，在相同溫度及同一配比下KH-602的水解率大于KH-550的水解速率，KH-550和KH-602達(dá)到水解平衡的時(shí)間差不多。</p><p>　　2.KH-550和KH-602在同一溫度（30℃）和配比（1:1:8）下的電導(dǎo)率值如3-9圖所示。 </p><p>　　圖3-9 KH-550

55、和KH-602在30℃下1:1:8的配比下的電導(dǎo)率值</p><p>　　由圖3-9可知，在相同溫度及同一配比下KH-602的水解率大于KH-550的水解速率，KH-550和KH-602達(dá)到水解平衡的時(shí)間差不多。</p><p>　　從圖3-8和圖3-9可以得出在30℃下KH-602在實(shí)用性上比KH-550高。</p><p><b>　　3.4涂膜<

56、;/b></p><p>　　本次研究鎂金屬表面涂膜采用30℃下KH-550溶液配比為1:1:8及1:1:12及30℃下KH-602溶液配比為1:1:8及1:1:12這四組分別編號(hào)為①，②，③，④進(jìn)行研究討論。</p><p>　　圖3-10涂覆前鎂合金表面</p><p>　　圖3-11涂覆后鎂合金表面</p><p>　　檢測(cè)結(jié)果：

57、①和②樣品膜厚1-2 μm；③和④樣品膜厚4-17μm。①，②，③，④樣品Cass 鹽霧試驗(yàn)2小時(shí)結(jié)果：4-5級(jí)，失重率：2.5%-5%。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：KH-602比KH-550的效果好。</p><p><b>　　4 結(jié)論與展望</b></p><p>　　測(cè)定了KH-550和KH-602在不同溫度（20℃、30℃、

58、40℃）和不同配比下的電導(dǎo)率值。電導(dǎo)率值達(dá)到最大則水解速率等于縮合速率，當(dāng)電導(dǎo)率值從最大值往下降時(shí)則水解速率小于縮合速率導(dǎo)致溶液開始變渾濁。</p><p><b>　　得到的結(jié)論：</b></p><p>　　1、γ-氨丙基三乙氧基硅烷的最佳水解條件為在40℃下以配比為1:1:8為最佳；</p><p>　　2、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基

59、甲基二甲氧基硅烷的最佳水解條件為40℃下以配比為1:1:12為最佳</p><p>　　本次實(shí)驗(yàn)由于時(shí)間倉(cāng)促和本人水平有限，有些工作有待于以后進(jìn)行：</p><p>　　1、由于本實(shí)驗(yàn)反應(yīng)時(shí)間很長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)由于安全問(wèn)題不能通宵，反應(yīng)中間有中斷，可能對(duì)結(jié)果有一定的影響。</p><p>　　2、考察的反應(yīng)條件不夠完全。</p><p>　　3、后續(xù)

60、還可以進(jìn)行試驗(yàn)的更佳的水解條件。</p><p>　　4、金屬鎂表面只進(jìn)行了去離子水洗，效果不是很好。</p><p>　　5、硅烷偶聯(lián)劑只有兩種，不能進(jìn)行全面的比較。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 陳世容,瞿晚星,徐卡秋等.硅烷偶聯(lián)劑的應(yīng)用進(jìn)展[J].有機(jī)硅材料.2003,1

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