矽烷化處理是以有機矽烷為主要原料對金屬或非金屬材料進行表面處理的過程。矽烷化處理與傳統磷化相比具有以下多個優點：無有害重金屬離子，不含磷，無需加溫。矽烷處理過程不產生沉渣，處理時間短，控制簡便。處理步驟少，可省去表調工序，槽液可重複使用。有效提高油漆對基材的附著力。可共線處理鐵板、鍍鋅板、鋁板等多種基材。
基本介紹
- 中文名：矽烷處理劑
- 原料：有機矽烷
- 功能：對金屬或非金屬材料進行表面處理
- 特點：無有害重金屬離子，不含磷
基本介紹,與磷化比較,工位工序比較,使用成本比較,微觀形貌比較,鹽水浸泡比較,鹽霧試驗比較,溫水浸泡比較,
基本介紹
家電行業目前噴漆或噴粉前處理根據板材不同多採用磷化以及鉻鈍化處理。但以上兩種處理方法均存在較大缺陷。在環保方面：磷化含鋅、錳、鎳等重金屬離子並且含有大量的磷，鉻鈍化處理本身就含有嚴重毒性的鉻，已不能適應國家對於塗裝行業的環保要求。在使用成本方面：磷化處理過程中會產生大量磷化渣，需要一套除渣裝置與之配套。並且磷化使用溫度大多為30-50℃，因此還需要輔助加熱設備及熱源對磷化槽進行加熱。同時磷化及鉻鈍化後需要大量溢流水對工件進行漂洗。由於在環保性及使用成本方面存在缺陷，一種新型的環保、節能、低排放、低使用成本的噴漆前處理技術成為國內外廣大業內技術人員研究的重點。
與磷化比較
矽烷處理與磷化及鉻鈍化比較在工位數量、處理條件、使用成本以及與漆膜附著力性能方面優勢明顯。並且在環保方面更適應國家對於各家電塗裝生產企業的要求，真正達到節能減排的目的。
工位工序比較
矽烷化處理對傳統磷化處理在操作工藝上有所改進，在工藝過程方面現有磷化處理線無需改造即可投入矽烷化生產。表1對傳統磷化工藝和矽烷化處理進行比較。
表1 磷化與矽烷化工位布置比較
傳統磷化 | 矽烷化 | |
①預脫脂 | ★ | ★ |
②脫脂 | ★ | ★ |
③水洗 | ★ | ★ |
④水洗 | ★ | ★ |
⑤表調 | ★ | ☆ |
⑥表面成膜 | ★ | ★ |
⑦水洗 | ★ | ☆ |
⑧水洗 | ★ | ☆ |
註：★ 需要 ☆ 不需要
由表1可見，矽烷化處理與磷化處理相比較可省去表調及磷化後兩道水洗工序。因矽烷化處理時間短，因此在原有磷化生產線上無需設備改造，只需調整部分槽位功能即可進行矽烷化處理：（1）對於懸鏈輸送方式改造，可將①預脫脂、②脫脂、④水洗、保留；③水洗改為脫脂槽；⑤表調、⑥磷化改為水洗槽；⑦水洗改為矽烷化處理；⑧備用。在改換槽位功能的同時提高鏈速進行生產，以加快前處理生產節拍，提高生產率。改造後工位設定見圖2所示。
1.預脫脂 2.脫脂 3.脫脂 4.水洗 5.水洗 6.水洗 7.矽烷化 8備用
處理條件比較
傳統磷化處理因沉渣、含磷及磷化後廢水等環保問題，一直是各塗裝生產企業為之困擾的問題。隨著國家對環保及節能減排的重視程度不斷提高，在未來時間裡，塗裝行業的環保及能耗問題會越來突出。矽烷技術的推出，對於整個塗裝行業的前處理環保及節能降耗問題，進行了革命性的改善。表2將傳統磷化與矽烷化處理的使用條件進行比較。
表2 磷化與矽烷化處理條件比較
傳統磷化 | 矽烷化 | |
使用溫度 | 35-40℃ | 常溫 |
處理過程是否產生沉渣 | 有 | 無 |
倒槽周期 | 3 -6個月 | 6-12個月 |
是否需要表調 | 有 | 無 |
處理後水洗 | 有 | 無 |
由表2可見，在使用溫度方面，由於矽烷成膜過程為常溫化學反應，因此在日常使用中槽液無需加熱即可達到理想處理效果。此方面與磷化處理比較，為套用企業節省了大量能源並減少燃料廢氣排放；另一方面矽烷化反應中無沉澱反應，所以在日常處理中不產生沉渣，消除了前處理工序中的固體廢物處理問題並有效地延長了槽液的倒槽周期；此外，矽烷化處理對前處理工位設定進行了最佳化，省去傳統表調及磷化後水洗工序。通過此項最佳化，大大減輕了塗裝企業的污水處理的壓力
使用成本比較
因成膜原理的差異，矽烷化處理與磷化相比在使用溫度上就已有較大幅度的降低，省去表調工序。並且在其他涉及生產成本方面，矽烷化相比較磷化也有著明顯的優勢。表3在使用成本方面將矽烷化與磷化相比較。
表3 磷化與矽烷化使用成本比較
傳統磷化 | 矽烷化 | |
配槽用量 | 60-70kg/噸 | 30-50kg/噸 |
每公斤濃縮液處理面積 | 30-40m | 200-300m |
處理時間 | 4-5min | 0.5-2min |
是否需要除渣槽 | 是 | 否 |
使用矽烷化工藝能省去磷化加溫設備、除渣槽、板框壓濾機及磷化污水處理等設備，節省設備初期投入。在配槽用量方面矽烷化較磷化也減少20%-50%，更關鍵的是在每平方單耗方面矽烷化的消耗量為傳統磷化的15%-20%。在減少單位面積消耗量的同時，在處理時間上矽烷化較磷化也有較大幅度的縮短，從而提高生產率，減少設備持續運作成本。
微觀形貌比較
因為各種磷化及矽烷化的成膜機理大有不同，因此金屬表面的膜層狀態及形貌也各不相同。從微觀形貌方面，通過電子掃描電鏡（SEM）圖3觀察可發現在金屬表面生成的膜層的區別。
金屬裸板 鐵系磷化
鋅系磷化 矽烷化
由以上電鏡照片可明顯看出，各種處理之間膜層形貌存在較大差異。其中鋅系磷化槽液主體成份是：Zn2+、H2PO3-、NO3-、H3PO4、促進劑等。形成的磷化膜層主體組成（鋼鐵件）成分為Zn3(PO4)2·4H2O、Zn2Fe(PO4)2·4H2O。磷化晶粒呈樹枝狀、針狀、孔隙較多。相比較鋅系磷化而言，傳統鐵系磷化槽液主體組成：Fe2+、H2PO4-、H3PO4以及其它一些添加物。磷化膜主體組成（鋼鐵工件）：Fe5H2(PO4)4·4H2O,磷化膜厚度大，磷化溫度高，處理時間長，膜孔隙較多，磷化晶粒呈顆粒狀。矽烷化處理為有機矽烷與金屬反應形成共價鍵反應原理，矽烷本身狀態不發生改變，因此在成膜後，金屬表面無明顯膜層物質生成。通過電鏡放大觀察，金屬表面已形成一層均勻膜層，該膜層較鋅系磷化膜薄，較鐵系磷化膜均勻性有很大提高此膜層即為矽烷膜。
鹽水浸泡比較
冷軋板是目前家電企業用途最為廣泛的金屬材料，但冷軋板沒有鍍鋅板那樣的鍍鋅層、熱軋板的氧化皮及鋁板的氧化膜保護，因此冷軋板的耐腐蝕性能依賴於塗裝的保護。對已塗覆冷軋板試片採用500小時鹽水（5%濃度）浸泡試驗，檢驗各種經過不同前處理工藝靜電粉末噴塗後（漆膜平均厚度為50±2μm）的耐鹽水性能。由試驗結果可看出，在鹽水浸泡500小時後各種處理的試片都無變化。由此可知，各種處理方式對於工件的耐鹽水腐蝕性能無明顯差別。為檢驗各種處理工藝的附著力表現，對經過500小時鹽水（5%濃度）浸泡試驗後的試片進行附著力比較實驗，具體實施為圖4所示。
鐵系磷化 鋅系磷化 矽烷化
通過附著力比較試驗結果後可以明顯看到，鐵系磷化可剝離寬度較鋅系磷化與矽烷化差別明顯。鐵系磷化為大面積可剝離，而鋅系磷化與矽烷化處理板其可剝離寬度基本為零。因此可明顯看出鋅系磷化和矽烷化處理與漆膜附著力相當，同時兩者附著力明顯優於鐵系磷化。採用矽烷化處理效果與鋅系磷化效果在耐鹽水及附著力方面相當。
鹽霧試驗比較
鍍鋅板目前因其本身具有較高耐腐蝕性能已被廣大高質量家電企業所採用。為檢驗矽烷化處理對於鍍鋅板的耐腐蝕性能以及附著力表現，設計試驗對鍍鋅試片採用各種前處理工藝，並對其噴塗相同厚度的粉末塗料進行塗裝，通過500小時鹽霧試驗對其進行附著力比較。
根據GB/T10125人造氣氛腐蝕試驗--鹽霧試驗對試驗鍍鋅試片進行500小時中性鹽霧試驗。試片漆膜平均厚度為70±2μm。對鍍鋅板進行附著力比較試驗，同樣用劃刀延劃叉部位向邊緣部位剝離，考察其可剝離寬度。圖5所示為此項試驗結果。
普通鋅系磷化 鍍鋅專用磷化 矽烷化
通過試驗結果可以看出，普通鋅系磷化可剝離寬度最大，鍍鋅專用磷化可剝離寬度較普通鋅系磷化小，矽烷化可剝離寬度幾乎為零，附著力表現最佳。由此可得出結論，在鍍鋅板上運用矽烷化處理工藝後，可顯著提高鍍鋅板與漆膜間的附著力，提高鍍鋅塗裝產品的質量。
溫水浸泡比較
鋁及鋁合金材料本身具有重量輕、高強度等優點，目前已被家電零部件配套廠商所使用，傳統的鋁材表面處理主要為陽極氧化和鉻鈍化兩種。但陽極氧化處理存在使用成本高，設備投入大等缺點，而鉻鈍化本身存在對環境的巨大危害性。矽烷處理本身為環保型處理產品，對環境友好，同時使用成本與鉻鈍化相當，大大低於陽極氧化成本，因此可看做為鋁件塗裝前處理的理想替代產品。
根據GB/T1720漆膜附著力測定法，對鋁板進行不同處理並塗覆聚酯粉末塗料（厚度50±2μm），溫水（40±2℃）浸泡1200小時後，對其進行劃圈試驗。.通過試驗結果可以看出，未處理板為7級；鉻鈍化板為4級；矽烷處理板為1級。矽烷處理附著力最佳。
