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绿色涂装工艺——硅烷技术

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绿色涂装工艺——硅烷技术

发布日期:2017-07-18 作者:江苏中宝机械科技有限公司 点击:

如今,全球环境政策日趋严格,各种可能对地球和人类造成危害的物质正逐渐被淘汰。虽然占当前世界主流地位的金属表面前处理技术——锌系磷化和铁系磷化的发展已经较为成熟,但是其与生俱来的缺点依旧无法克服。硅烷(OXSILAN)技术就是其中一种较为成熟的新型金属表面前处理应用技术。

硅烷技术克服了锌系磷化过程中那些无法克服的先天不足,经过多年发展,现已具有较高的工业化应用水平,能够满足汽车、家电等行业的使用要求。

1、机理及特点

作为一种金属预处理技术,硅烷技术是利用硅烷的特性为使用者提供所需要的防腐蚀性能和更好的油漆结合力。而作为该技术核心的硅烷是一类硅基的有机/无机杂化物,其化学结构通式可表示为:Y-R-Si-X;其中X为水解基团,Y为能与树脂等起反应的有机官能团。不同的硅烷含有不同的X基团和Y基团,并表现出不同的水解速度和反应性。正是因为硅烷具备这种特性,每一特定的领域都可以寻找到与之需求相适应的硅烷溶液。

硅烷发生水解反应生成硅醇,硅醇羟基在无机物(金属)表面形成氢键,进一步发生脱水反应形成-Si-O-Me共价键(Me代表金属),并在无机物表面形成覆膜;同时,硅烷的水解产物硅醇分子间又可以相互缩合、齐聚,形成具有Si-O-Si三维网状结构的膜覆盖于金属基材表面。这就是硅烷在金属表面形成涂层的作用机理。

烘干后,金属基材表面形成的硅烷膜,与电泳漆或喷粉通过交联反应结合在一起,形成牢固的化学键,从而使得金属基材、硅烷和油漆之间可以通过化学键形成良好的附着力和稳固的膜层结构。

2、技术优点:

与锌系磷化相比,硅烷技术具有环保、节能、综合成本低三大优点:

首先,硅烷技术前处理很好地解决了传统磷化过程中产生的磷化渣问题。例如,对冷轧板进行前处理,锌系磷化的出渣量约为1gm2,而硅烷前处理基本不产生渣,仅在处理时产生极少量的沉淀;同时,硅烷处理不会排放有害的重金属和磷,相反,锌系磷化则必然排放磷、镍、锌等有害物质和大量磷化渣。据了解,大量含磷废水的排放会导致水域富氧化,而镍等重金属是危害人体的致癌物质,磷化渣更是给整个生产带来诸多问题,特别是在生产旺季,也必须停线清理槽体和管道的磷化渣。

其次,锌系磷化的过程需要保持高温状态(50~55℃,而硅烷技术只需在室温下就可成膜,对成膜环境的要求低,且成膜速度快,从而能够节省大量热能;且由于去掉了锌系磷化的表调和钝化两道工序,降低了电能的消耗。另外,由于硅烷处理液不含铬及金属磷酸盐,在前处理过程中,不会产生酸性金属废弃物,从而能够减少水的消耗总量。

第三,无论锌系磷化还是硅烷,都要消耗一定量的化学制剂。虽然二者的化学品的消耗成本基本持平,但是硅烷在如下方面有着巨大的优势:一是废水处理的成本低;而磷化过程中会产生大量的废水和磷化渣,后期处理成本较高。二是设备投资较少,工序简单,仅需控制三项参数;而磷化工艺复杂,工序较多,要控制多项参数。

3、切换改造和成本:

鉴于硅烷的低成本和高环保性能与家电企业降低成本和环保生产的诉求不谋而合,现在已经有越来越多的家电企业开始选择这种新型的前处理技术。据了解,除了新的生产线可以选择硅烷技术,原有的磷化生产线也可以直接切换成硅烷工艺。

当前,常见的锌系磷化前处理工艺已经在慢慢地淘汰钝化工艺,但是一般前处理都需要两道脱脂才能满足现场的清洁度要求,所以实际需要使用化学品的槽体数量为4个(见表1)。而硅烷使用的工艺更为简便,只需将原有磷化工艺生产线直接进行切换改造即可,即只需将锌系磷化中的表调槽换成水洗槽或空置(见表2)。另外,硅烷可以与各种后道处理方式配套,比如喷粉、电泳、喷漆等。而硅烷技术还有一个较为突出优势就是:一条生产线、一套控制参数,同时共线处理冷轧板、镀锌板、铝板等多种基材。

当然,并不是所有种类的硅烷都能与金属之间形成良好的结合性,凯密特尔公司所采用的氧化硅烷等偶联剂可以明显提高涂层的附着力和耐蚀性。同时,包括盐雾试验在内的多种试验结果表明:采用硅烷溶液对金属表面进行处理,能够大大增强金属与涂层之间的结合性能,大幅度提高其抗腐蚀能力,与铬酸盐或磷酸盐转化层(即采用磷化工艺形成的)的防腐蚀效果相当。

作为一项纳米级金属预处理技术,硅烷技术不含任何有害金属,并能够为多种金属基材提供优越的防腐性能,正在逐步替代可适用产业的预处理工艺。


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