我們先來(lái)了解下什么是硅烷化處理,它是以有機(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(guò)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(jiǎn)述了硅烷化處理的特點(diǎn)、基本原理、施工工藝等。

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(guò)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(wú)有害重金屬離子,不含磷,無(wú)需加溫。硅烷處理過(guò)程不產(chǎn)生沉渣,處理時(shí)間短,控制簡(jiǎn)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)基材的附著力。可共線處理鐵板、鍍鋅板、鋁板等多種基材

硅烷含有兩種不同化學(xué)官能團(tuán),一端能與無(wú)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(shù)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(lái),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(guò)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,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(guò)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(guò)少,硅烷處理劑現(xiàn)場(chǎng)的熟化時(shí)間延長(zhǎng),影響生產(chǎn)效率;低聚硅氧烷過(guò)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: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(guò)成膜反應(yīng)形成反應(yīng)③產(chǎn)物,二是通過(guò)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)。

硅烷處理與磷化的相比較,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)具有環(huán)保性(無(wú)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(wú)渣等優(yōu)點(diǎn)。