硅烷化處理68680

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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(jī)硅烷水溶液為主要成分對(duì)金屬或非金屬材料進(jìn)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(diǎn)。本文簡述了硅烷化處理的特點(diǎn)、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(jī)硅烷為主要原料對(duì)金屬或非金屬材料進(jìn)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(gè)優(yōu)點(diǎn)：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(shí)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(duì)基材

2、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(tuán)，一端能與無機(jī)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(jià)鍵；另一端能與樹脂生成共價(jià)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(gè)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(jià)鍵連接，但在界面上硅烷的硅羥基與基材表面只有一個(gè)鍵合，

3、剩下兩個(gè)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(chǎng)使用所需熟化時(shí)間，硅烷處理劑在使用之前第一步是進(jìn)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(huì)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(chǎng)的熟化時(shí)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(jìn)行的好壞直接影響涂膜耐蝕性及對(duì)漆膜的附著力。因此，對(duì)于處理劑的PH值等參數(shù)控制顯的尤為重要。并且對(duì)于硅烷化前的工件表面狀態(tài)提出了更高的要求

4、：1、除油完全；2、進(jìn)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，硅烷處理技術(shù)具

5、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(diǎn)。美國已于上世紀(jì)90年代就開始對(duì)金屬硅烷前處理技術(shù)進(jìn)行理論研究，歐洲于上世紀(jì)90年代中期也開始著手對(duì)于硅烷進(jìn)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(jī)構(gòu)及生產(chǎn)企業(yè)也著手對(duì)硅烷進(jìn)行研究。1.1工位工序方面比較硅烷化處理對(duì)傳統(tǒng)磷化處理在操作工藝上有所改進(jìn)，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(duì)傳統(tǒng)磷化工藝和硅烷化處理進(jìn)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水洗★★⑤表

6、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(shí)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(jìn)行硅烷化處理：（1）對(duì)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(shí)提高鏈速進(jìn)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?xiàng)l件方面比較????傳統(tǒng)磷化處理因沉渣、含磷

7、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(duì)環(huán)保及節(jié)能減排的重視程度不斷提高，在未來時(shí)間里，涂裝行業(yè)的環(huán)保及能耗問題會(huì)越來突出。硅烷技術(shù)的推出，對(duì)于整個(gè)涂裝行業(yè)的前處理環(huán)保及節(jié)能降耗問題，進(jìn)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(jìn)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(gè)月6-12個(gè)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?xiàng)l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(dá)到理想處理效果。此方面與磷化

8、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