金屬表面處理環(huán)保新技術(shù)硅烷化處理

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1、金屬表面處理環(huán)保新技術(shù)——硅烷化處理[摘要]硅烷化處理是以有機硅烷水溶液為主要成分對金屬或非金屬材料進行表面處理的過程。在涂裝行業(yè)，涂裝前的表面處理以磷化為主，硅烷化處理與傳統(tǒng)磷化相比具有節(jié)能、環(huán)保和降低成本的優(yōu)點。本文簡述了硅烷化處理的特點、基本原理、施工工藝等。[關(guān)鍵詞]硅烷；表面處理；磷化硅烷化處理是以有機硅烷為主要原料對金屬或非金屬材料進行表面處理的過程。硅烷化處理與傳統(tǒng)磷化相比具有以下多個優(yōu)點：無有害重金屬離子，不含磷，無需加溫。硅烷處理過程不產(chǎn)生沉渣，處理時間短，控制簡便。處理步驟少，可省去表調(diào)工序，槽液可重復(fù)使用。有效提高油漆對基

2、材的附著力?？晒簿€處理鐵板、鍍鋅板、鋁板等多種基材0基本原理硅烷含有兩種不同化學(xué)官能團，一端能與無機材料（如玻璃纖維、硅酸鹽、金屬及其氧化物）表面的羥基反應(yīng)生成共價鍵；另一端能與樹脂生成共價鍵，從而使兩種性質(zhì)差別很大的材料結(jié)合起來，起到提高復(fù)合材料性能的作用。硅烷化處理可描述為四步反應(yīng)模型，（1）與硅相連的3個Si-OR基水解成Si-OH；（2）Si-OH之間脫水縮合成含Si-OH的低聚硅氧烷；（3）低聚物中的Si-OH與基材表面上的OH形成氫鍵；（4）加熱固化過程中伴隨脫水反應(yīng)而與基材形成共價鍵連接，但在界面上硅烷的硅羥基與基材表面只有一個鍵

3、合，剩下兩個Si-OH或者與其他硅烷中的Si-OH縮合，或者游離狀態(tài)。為縮短處理劑現(xiàn)場使用所需熟化時間，硅烷處理劑在使用之前第一步是進行一定濃度的預(yù)水解。①水解反應(yīng)：在水解過程中，避免不了在硅烷間會發(fā)生縮合反應(yīng)，生成低聚硅氧烷。低聚硅氧烷過少，硅烷處理劑現(xiàn)場的熟化時間延長，影響生產(chǎn)效率；低聚硅氧烷過多，則使處理劑渾濁甚至沉淀，降低處理劑穩(wěn)定性及影響處理質(zhì)量。②縮合反應(yīng)：成膜反應(yīng)是影響硅烷化質(zhì)量的關(guān)鍵步驟，成膜反應(yīng)進行的好壞直接影響涂膜耐蝕性及對漆膜的附著力。因此，對于處理劑的PH值等參數(shù)控制顯的尤為重要。并且對于硅烷化前的工件表面狀態(tài)提出了更高

4、的要求：1、除油完全；2、進入硅烷槽的工件不能帶有金屬碎屑或其他雜質(zhì)；3、硅烷化前處理最好采用去離子水。③成膜反應(yīng)：其中R為烷基取代基，Me為金屬基材成膜后的金屬硅烷化膜層主要由兩部分構(gòu)成：其一即在金屬表面，硅烷處理劑通過成膜反應(yīng)形成反應(yīng)③產(chǎn)物，二是通過縮合反應(yīng)形成大量反應(yīng)②產(chǎn)物，從而形成完整硅烷膜，金屬表面成膜狀態(tài)微觀模型可描述為圖1所示結(jié)構(gòu)。1硅烷處理與磷化的比較隨著涂裝行業(yè)中環(huán)保壓力的逐漸增大，環(huán)保型涂裝前處理產(chǎn)品以代替?zhèn)鹘y(tǒng)磷化如今顯的尤為重要。硅烷前處理技術(shù)做為磷化替代技術(shù)之一，目前已引起了世界涂裝行業(yè)的廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)磷化相比，硅烷處

5、理技術(shù)具有環(huán)保性（無有毒重金屬離子）、低能耗（常溫使用）、低使用成本（每公斤處理量為普通磷化的5-8倍），無渣等優(yōu)點。美國已于上世紀(jì)90年代就開始對金屬硅烷前處理技術(shù)進行理論研究，歐洲于上世紀(jì)90年代中期也開始著手對于硅烷進行試探性研究。我國在本世紀(jì)初迫于環(huán)保方面的巨大壓力，各大研究機構(gòu)及生產(chǎn)企業(yè)也著手對硅烷進行研究。1.1工位工序方面比較硅烷化處理對傳統(tǒng)磷化處理在操作工藝上有所改進，在工藝過程方面現(xiàn)有磷化處理線無需改造即可投入硅烷化生產(chǎn)。表1對傳統(tǒng)磷化工藝和硅烷化處理進行比較。傳統(tǒng)磷化硅烷化?傳統(tǒng)磷化硅烷化①預(yù)脫脂★★②脫脂★★③水洗★★④水

6、洗★★⑤表調(diào)★☆⑥表面成膜★★⑦水洗★☆⑧水洗★☆????注：★—需要☆—不需要????表1磷化與硅烷化工位布置比較????由表1可見，硅烷化處理與磷化處理相比較可省去表調(diào)及磷化后兩道水洗工序。因硅烷化處理時間短，因此在原有磷化生產(chǎn)線上無需設(shè)備改造，只需調(diào)整部分槽位功能即可進行硅烷化處理：（1）對于懸鏈輸送方式改造，可將①預(yù)脫脂、②脫脂、④水洗、保留；③水洗改為脫脂槽；⑤表調(diào)、⑥磷化改為水洗槽；⑦水洗改為硅烷化處理；⑧備用。在改換槽位功能的同時提高鏈速進行生產(chǎn)，以加快前處理生產(chǎn)節(jié)拍，提高生產(chǎn)率。????1.2處理條件方面比較????傳統(tǒng)磷化處理

7、因沉渣、含磷及磷化后廢水等環(huán)保問題，一直是各涂裝生產(chǎn)企業(yè)為之困擾的問題。隨著國家對環(huán)保及節(jié)能減排的重視程度不斷提高，在未來時間里，涂裝行業(yè)的環(huán)保及能耗問題會越來突出。硅烷技術(shù)的推出，對于整個涂裝行業(yè)的前處理環(huán)保及節(jié)能降耗問題，進行了革命性的改善。表2將傳統(tǒng)磷化與硅烷化處理的使用條件進行比較。傳統(tǒng)磷化硅烷化使用溫度35-40℃常溫處理過程是否產(chǎn)生沉渣有無倒槽周期3-6個月6-12個月是否需要表調(diào)有無處理后水洗有無表2磷化與硅烷化處理條件比較由表2可見，在使用溫度方面，由于硅烷成膜過程為常溫化學(xué)反應(yīng)，因此在日常使用中槽液無需加熱即可達到理想處理效果

8、。此方面與磷化處理比較，為應(yīng)用企業(yè)節(jié)省了大量能源并減少燃料廢氣排放；另一方面硅烷化反應(yīng)中無沉淀反應(yīng)，所以在日常處理中不產(chǎn)生沉渣，消除了前處理工序中的固