耐水洗硅烷膜處理在鋁型材行業的應用

　　一.前言

　　金屬型材以其優異的耐久性，裝飾性和加工成型性的特點，廣泛應用于建筑等各個行業。而鋁型材因其加工性能佳、質輕等特點，用量占金屬型材的80%以上，尤其是粉末涂料涂裝的鋁型材，與陽極氧化/電泳涂裝等處理方法相比較，生產能耗明顯降低，涂層的一些機械性能卻大幅提高，且色彩豐富，更能滿足人們對多樣化和個性化的追求。

　　為獲得優良的涂層和型材品質，須在涂裝前對鋁型材進行必要的表面預處理。鋁合金（詞條“鋁合金”由行業大百科提供）常采用陽極氧化法和化學氧化（詞條“化學氧化”由行業大百科提供）法進行表面處理，其中化學氧化具有對鋁材疲勞性能影響小、工藝簡單等優點，常用作鋁型材涂裝的前處理工藝。目前化學氧化主要是鉻酸鹽法，眾所周知，六價鉻是致癌重金屬，在歐盟的ROHS指令中對其含量有嚴格的規定，因此尋找一種能夠替代傳統的鉻化處理的新材料具有積極深遠的意義。

　　二.硅烷處理技術發展和工作原理

　　杭州五源公司表面工程研究所于2003年開始立項研發“節能環保涂裝工程技術”，其中金屬表面硅烷處理技術衍生出涂裝前處理材料、工藝裝備和系列產品，為了加強國際化合作，推動這項新技術的市場化，五源公司2007年開始與美國依科技術公司(ECOSil)進行合作，依科公司創始人威姆教授(Prof. Wim J.van Ooij)是世界上率先提出將硅烷處理技術應用于金屬表面處理的，進行該項目研發工作已有20多年，擁有50多項專利，著有350多篇論文。并成功將硅烷技術應用于汽車、金屬制品等表面處理行業，解決了金屬表面磷化處理和六價鉻鈍化帶來的環境污染等問題，深受用戶歡迎。。經多年合作和努力，五源公司開發出的涂裝前處理材料硅烷處理產品有：

　　PSi-1 (鋼鐵專用)

　　PSi-2 (有色金屬專用)

　　PSi-3 (陰極電泳專用)

　　PSi-75(鋁型材專用)

　　五源PSi-75硅烷處理劑的工作液是由納米陶瓷有機硅烷為主體，高分子材料快速交聯劑等助劑復合而成的。在清潔的鋁材表面形成一層納米膜層，與傳統的鉻化處理相比較，裸模的耐腐蝕性相應要差些，但是轉化膜較緊密，在噴涂后，漆膜的總體性能與鉻化沒有差別。其反應原理如下：

　　硅烷的基本結構為：R'(CH2)nSi(OR)3。其中-OR是可水解基團，R'是有機官能團。

　　硅烷在水溶液中的水解平衡反應式可簡單表示為：

　　水解后的硅烷通過其SiOH基團與金屬表面的MeOH基團(Me表示鋁，鐵等金屬)形成氫鍵而快速吸附于金屬表面。

　　一方面硅烷在金屬界面上形成Si-O-Me共價鍵。硅烷與金屬之間的結合是非常牢固的;另一方面，剩余的硅烷分子通過SiOH基團之間的縮聚反應形成Si-O-Si鍵：

　　從而在金屬表面形成具有三維網狀結構的硅烷膜，見圖1：

　　圖1：金屬表面硅烷成膜過程

　　三. 硅烷技術在鋁型材上的應用與性能測試

　　3.1 鋁型材硅烷技術應用工藝

　　研制的硅烷處理劑PSi-75在鋁型材應用的工藝流程分別如下：

　　⑴酸性清洗→水洗→水洗→PSi-75硅烷處理→水洗→水洗→烘干→涂裝;

　　⑵堿性清洗→水洗→水洗→酸出光→水洗→水洗→PSi-75硅烷處理→水洗→水洗→烘干→涂裝。

　　根據鋁材表面狀態選擇不同的清洗方案，一般地，選用酸性清洗工藝可節省生產處理時間。五源公司研發生產的酸脫脂劑，適合噴淋與浸漬兩種處理方式，且清洗過程中可達到每分鐘1.2g/m2的刻蝕量效果，與我司PSi-75硅烷處理劑配套使用，完全能達到標準流程(即流程2)處理鋁材的涂裝性能。且PSi-75硅烷處理劑能在鋁合金（詞條“合金”由行業大百科提供）表面形成淺黃灰色透明膜，解決了無鉻處理在實際應用中因不改變鋁材外觀難以辨識這一難題。

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