我們先來了解下什么是硅烷化處理,它是以有機硅烷水溶液為主要成分對金屬或非金屬材料進行表面處理的過程。在涂裝行業,涂裝前的表面處理以磷化為主,硅烷化處理與傳統磷化相比具有節能、環保和降低成本的優點。本文簡述了硅烷化處理的特點、基本原理、施工工藝等。

硅烷化處理是以有機硅烷為主要原料對金屬或非金屬材料進行表面處理的過程。硅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。硅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,槽液可重復使用。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

硅烷含有兩種不同化學官能團,一端能與無機材料(如玻璃纖維、硅酸鹽、金屬及其氧化物)表面的羥基反應生成共價鍵;另一端能與樹脂生成共價鍵,從而使兩種性質差別很大的材料結合起來,起到提高復合材料性能的作用。硅烷化處理可描述為四步反應模型,(1)與硅相連的3個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)加熱固化過程中伴隨脫水反應而與基材形成共價鍵連接,但在界面上硅烷的硅羥基與基材表面只有一個鍵合,剩下兩個Si-OH或者與其他硅烷中的Si-OH縮合,或者游離狀態。

為縮短處理劑現場使用所需熟化時間,硅烷處理劑在使用之前第一步是進行一定濃度的預水解。

①水解反應:

在水解過程中,避免不了在硅烷間會發生縮合反應,生成低聚硅氧烷。低聚硅氧烷過少,硅烷處理劑現場的熟化時間延長,影響生產效率;低聚硅氧烷過多,則使處理劑渾濁甚至沉淀,降低處理劑穩定性及影響處理質量。

②縮合反應:

成膜反應是影響硅烷化質量的關鍵步驟,成膜反應進行的好壞直接影響涂膜耐蝕性及對漆膜的附著力。因此,對于處理劑的PH值等參數控制顯的尤為重要。并且對于硅烷化前的工件表面狀態提出了更高的要求:1、除油完全;2、進入硅烷槽的工件不能帶有金屬碎屑或其他雜質;3、硅烷化前處理最好采用去離子水。

③成膜反應:

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成:其一即在金屬表面,硅烷處理劑通過成膜反應形成反應③產物,二是通過縮合反應形成大量反應②產物,從而形成完整硅烷膜,金屬表面成膜狀態微觀模型可描述為圖1所示結構。

硅烷處理與磷化的相比較,環保型涂裝前處理產品以代替傳統磷化如今顯的尤為重要。硅烷前處理技術做為磷化替代技術之一,目前已引起了世界涂裝行業的廣泛關注。與傳統磷化相比,硅烷處理技術具有環保性(無有毒重金屬離子)、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),無渣等優點。