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        綠色涂裝工藝——硅烷技術

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        綠色涂裝工藝——硅烷技術

        發布日期:2017-07-18 作者:江蘇中寶機械科技有限公司 點擊:

        如今,全球環境政策日趨嚴格,各種可能對地球和人類造成危害的物質正逐漸被淘汰。雖然占當前世界主流地位的金屬表面前處理技術——鋅系磷化和鐵系磷化的發展已經較為成熟,但是其與生俱來的缺點依舊無法克服。硅烷(OXSILAN)技術就是其中一種較為成熟的新型金屬表面前處理應用技術。

        硅烷技術克服了鋅系磷化過程中那些無法克服的先天不足,經過多年發展,現已具有較高的工業化應用水平,能夠滿足汽車、家電等行業的使用要求。

        1、機理及特點

        作為一種金屬預處理技術,硅烷技術是利用硅烷的特性為使用者提供所需要的防腐蝕性能和更好的油漆結合力。而作為該技術核心的硅烷是一類硅基的有機/無機雜化物,其化學結構通式可表示為:Y-R-Si-X;其中X為水解基團,Y為能與樹脂等起反應的有機官能團。不同的硅烷含有不同的X基團和Y基團,并表現出不同的水解速度和反應性。正是因為硅烷具備這種特性,每一特定的領域都可以尋找到與之需求相適應的硅烷溶液。

        硅烷發生水解反應生成硅醇,硅醇羥基在無機物(金屬)表面形成氫鍵,進一步發生脫水反應形成-Si-O-Me共價鍵(Me代表金屬),并在無機物表面形成覆膜;同時,硅烷的水解產物硅醇分子間又可以相互縮合、齊聚,形成具有Si-O-Si三維網狀結構的膜覆蓋于金屬基材表面。這就是硅烷在金屬表面形成涂層的作用機理。

        烘干后,金屬基材表面形成的硅烷膜,與電泳漆或噴粉通過交聯反應結合在一起,形成牢固的化學鍵,從而使得金屬基材、硅烷和油漆之間可以通過化學鍵形成良好的附著力和穩固的膜層結構。

        2、技術優點:

        與鋅系磷化相比,硅烷技術具有環保、節能、綜合成本低三大優點:

        首先,硅烷技術前處理很好地解決了傳統磷化過程中產生的磷化渣問題。例如,對冷軋板進行前處理,鋅系磷化的出渣量約為1gm2,而硅烷前處理基本不產生渣,僅在處理時產生極少量的沉淀;同時,硅烷處理不會排放有害的重金屬和磷,相反,鋅系磷化則必然排放磷、鎳、鋅等有害物質和大量磷化渣。據了解,大量含磷廢水的排放會導致水域富氧化,而鎳等重金屬是危害人體的致癌物質,磷化渣更是給整個生產帶來諸多問題,特別是在生產旺季,也必須停線清理槽體和管道的磷化渣。

        其次,鋅系磷化的過程需要保持高溫狀態(50~55℃,而硅烷技術只需在室溫下就可成膜,對成膜環境的要求低,且成膜速度快,從而能夠節省大量熱能;且由于去掉了鋅系磷化的表調和鈍化兩道工序,降低了電能的消耗。另外,由于硅烷處理液不含鉻及金屬磷酸鹽,在前處理過程中,不會產生酸性金屬廢棄物,從而能夠減少水的消耗總量。

        第三,無論鋅系磷化還是硅烷,都要消耗一定量的化學制劑。雖然二者的化學品的消耗成本基本持平,但是硅烷在如下方面有著巨大的優勢:一是廢水處理的成本低;而磷化過程中會產生大量的廢水和磷化渣,后期處理成本較高。二是設備投資較少,工序簡單,僅需控制三項參數;而磷化工藝復雜,工序較多,要控制多項參數。

        3、切換改造和成本:

        鑒于硅烷的低成本和高環保性能與家電企業降低成本和環保生產的訴求不謀而合,現在已經有越來越多的家電企業開始選擇這種新型的前處理技術。據了解,除了新的生產線可以選擇硅烷技術,原有的磷化生產線也可以直接切換成硅烷工藝。

        當前,常見的鋅系磷化前處理工藝已經在慢慢地淘汰鈍化工藝,但是一般前處理都需要兩道脫脂才能滿足現場的清潔度要求,所以實際需要使用化學品的槽體數量為4個(見表1)。而硅烷使用的工藝更為簡便,只需將原有磷化工藝生產線直接進行切換改造即可,即只需將鋅系磷化中的表調槽換成水洗槽或空置(見表2)。另外,硅烷可以與各種后道處理方式配套,比如噴粉、電泳、噴漆等。而硅烷技術還有一個較為突出優勢就是:一條生產線、一套控制參數,同時共線處理冷軋板、鍍鋅板、鋁板等多種基材。

        當然,并不是所有種類的硅烷都能與金屬之間形成良好的結合性,凱密特爾公司所采用的氧化硅烷等偶聯劑可以明顯提高涂層的附著力和耐蝕性。同時,包括鹽霧試驗在內的多種試驗結果表明:采用硅烷溶液對金屬表面進行處理,能夠大大增強金屬與涂層之間的結合性能,大幅度提高其抗腐蝕能力,與鉻酸鹽或磷酸鹽轉化層(即采用磷化工藝形成的)的防腐蝕效果相當。

        作為一項納米級金屬預處理技術,硅烷技術不含任何有害金屬,并能夠為多種金屬基材提供優越的防腐性能,正在逐步替代可適用產業的預處理工藝。


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