金属表面硅烷化处理在家电行业中的应用

《金属表面硅烷化处理在家电行业中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、金属表面硅烷化处理在家电行业中的应用2008/12/19/09:23来源：武汉材料保护研究所作者：荣光，李新立，王子建    [摘要]针对家电行业目前涂装前处理行业所广泛采用的磷化及铬钝化处理存在的缺陷，提出一种节能环保型涂装前处理新技术。该技术具有无有害重金属离子，不含磷，无需加温，无渣，处理时间短，控制简便，可共线处理铁板、镀锌板、铝板多种基材等优点。同时将硅烷处理与传统处理在工位布置、工艺条件、使用成本以及性能等方面进行比较。    [关键词]硅烷；表面处理；磷化    0前言    家电行业目前喷漆或喷粉前处理根据板材不同多采用磷化以及铬钝化处理。但以上两种处理方法均存在较大缺陷。在

2、环保方面：磷化含锌、锰、镍等重金属离子并且含有大量的磷，铬钝化处理本身就含有严重毒性的铬，已不能适应国家对于涂装行业的环保要求。在使用成本方面：磷化处理过程中会产生大量磷化渣，需要一套除渣装置与之配套。并且磷化使用温度大多为30-50℃，因此还需要辅助加热设备及热源对磷化槽进行加热。同时磷化及铬钝化后需要大量溢流水对工件进行漂洗。由于在环保性及使用成本方面存在缺陷，一种新型的环保、节能、低排放、低使用成本的喷漆前处理技术成为国内外广大业内技术人员研究的重点。    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。硅烷化处理与传统磷化相比具有以下多个优点：无有害重金属离子

3、，不含磷，无需加温。硅烷处理过程不产生沉渣，处理时间短，控制简便。处理步骤少，可省去表调工序，槽液可重复使用。有效提高油漆对基材的附着力。可共线处理铁板、镀锌板、铝板等多种基材。    美国已于上世纪90年代就开始对金属硅烷前处理技术进行理论研究，欧洲于上世纪90年代中期也开始着手对于硅烷进行试探性研究。我国在本世纪初迫于环保方面的巨大压力，各大研究机构及生产企业也着手对硅烷进行研究。    １基本原理    硅烷含有两种不同化学官能团，一端能与无机材料（如玻璃纤维、硅酸盐、金属及其氧化物）表面的羟基反应生成共价键；另一端能与树脂生成共价键，从而使两种性质差别很大的材料结合起来，起到提高复合

4、材料性能的作用。硅烷化处理可描述为四步反应模型：（1）与硅相连的3个Si-OR基水解成Si-OH；（2）Si-OH之间脱水缩合成含Si-OH的低聚硅氧烷；（3）低聚物中的Si-OH与基材表面上的OH形成氢键；（4）加热固化过程中伴随脱水反应而与基材形成共价键连接。为缩短处理剂现场使用所需熟化时间，硅烷处理剂在使用之前第一步是进行一定浓度的预水解。    ①水解反应：    在水解过程中，避免不了在硅烷间会发生缩合反应，生成低聚硅氧烷。低聚硅氧烷过少，硅烷处理剂现场的熟化时间延长，影响生产效率；低聚硅氧烷过多，则使处理剂浑浊甚至沉淀，降低处理剂稳定性及影响处理质量。    ②缩合反应：    

5、成膜反应是影响硅烷化质量的关键步骤，成膜反应进行的好坏直接影响涂膜耐蚀性及对漆膜的附着力。因此，对于处理剂的PH值等参数控制显的尤为重要。并且对于硅烷化前的工件表面状态提出了更高的要求：1、除油完全；2、进入硅烷槽的工件不能带有金属碎屑或其他杂质；3、硅烷化前处理最好采用去离子水。    ③成膜反应：    其中R为烷基取代基，Me为金属基材    成膜后的金属硅烷化膜层主要由两部分构成：其一即在金属表面，硅烷处理剂通过成膜反应形成金属硅烷复合膜，二是通过缩合反应形成大量低聚硅氧烷，从而形成完整硅烷膜，金属表面成膜状态微观模型可描述为图1所示结构。    2硅烷处理与磷化的比较    硅烷处

6、理与磷化及铬钝化比较在工位数量、处理条件、使用成本以及与漆膜附着力性能方面优势明显。并且在环保方面更适应国家对于各家电涂装生产企业的要求，真正达到节能减排的目的。    2.1工位工序方面比较    硅烷化处理对传统磷化处理在操作工艺上有所改进，在工艺过程方面现有磷化处理线无需改造即可投入硅烷化生产。表1对传统磷化工艺和硅烷化处理进行比较。表1磷化与硅烷化工位布置比较传统磷化硅烷化①预脱脂★★②脱脂★★③水洗★★④水洗★★⑤表调★☆⑥表面成膜★★⑦水洗★☆⑧水洗★☆   注：★需要  ☆不需要    由表1可见，硅烷化处理与磷化处理相比较可省去表调及磷化后两道水洗工序。因硅烷化处理时间短，因

7、此在原有磷化生产线上无需设备改造，只需调整部分槽位功能即可进行硅烷化处理：（1）对于悬链输送方式改造，可将①预脱脂、②脱脂、④水洗、保留；③水洗改为脱脂槽；⑤表调、⑥磷化改为水洗槽；⑦水洗改为硅烷化处理；⑧备用。在改换槽位功能的同时提高链速进行生产，以加快前处理生产节拍，提高生产率。改造后工位设置见图2所示。    1.预脱脂2.脱脂3.脱脂4.水洗5.水洗6.水洗7.硅烷化8备用    1.1.2处理条件方