我们先来了解下什么是硅烷化处理,它是以有机硅烷水溶液为主要成分对金属或非金属材料进行表面处理的过程。在涂装行业,涂装前的表面处理以磷化为主,硅烷化处理与传统磷化相比具有节能、环保和降低成本的优点。本文简述了硅烷化处理的特点、基本原理、施工工艺等。

硅烷化处理是以有机硅烷为主要原料对金属或非金属材料进行表面处理的过程。硅烷化处理与传统磷化相比具有以下多个优点:无有害重金属离子,不含磷,无需加温。硅烷处理过程不产生沉渣,处理时间短,控制简便。处理步骤少,可省去表调工序,槽液可重复使用。有效提高油漆对基材的附着力。可共线处理铁板、镀锌板、铝板等多种基材

硅烷含有两种不同化学官能团,一端能与无机材料(如玻璃纤维、硅酸盐、金属及其氧化物)表面的羟基反应生成共价键;另一端能与树脂生成共价键,从而使两种性质差别很大的材料结合起来,起到提高复合材料性能的作用。硅烷化处理可描述为四步反应模型,(1)与硅相连的3个Si-OR基水解成Si-OH;(2)Si-OH之间脱水缩合成含Si-OH的低聚硅氧烷;(3)低聚物中的Si-OH与基材表面上的OH形成氢键;(4)加热固化过程中伴随脱水反应而与基材形成共价键连接,但在界面上硅烷的硅羟基与基材表面只有一个键合,剩下两个Si-OH或者与其他硅烷中的Si-OH缩合,或者游离状态。

为缩短处理剂现场使用所需熟化时间,硅烷处理剂在使用之前第一步是进行一定浓度的预水解。

①水解反应:

在水解过程中,避免不了在硅烷间会发生缩合反应,生成低聚硅氧烷。低聚硅氧烷过少,硅烷处理剂现场的熟化时间延长,影响生产效率;低聚硅氧烷过多,则使处理剂浑浊甚至沉淀,降低处理剂稳定性及影响处理质量。

②缩合反应:

成膜反应是影响硅烷化质量的关键步骤,成膜反应进行的好坏直接影响涂膜耐蚀性及对漆膜的附着力。因此,对于处理剂的PH值等参数控制显的尤为重要。并且对于硅烷化前的工件表面状态提出了更高的要求:1、除油完全;2、进入硅烷槽的工件不能带有金属碎屑或其他杂质;3、硅烷化前处理最好采用去离子水。

③成膜反应:

其中R为烷基取代基,Me为金属基材

成膜后的金属硅烷化膜层主要由两部分构成:其一即在金属表面,硅烷处理剂通过成膜反应形成反应③产物,二是通过缩合反应形成大量反应②产物,从而形成完整硅烷膜,金属表面成膜状态微观模型可描述为图1所示结构。

硅烷处理与磷化的相比较,环保型涂装前处理产品以代替传统磷化如今显的尤为重要。硅烷前处理技术做为磷化替代技术之一,目前已引起了世界涂装行业的广泛关注。与传统磷化相比,硅烷处理技术具有环保性(无有毒重金属离子)、低能耗(常温使用)、低使用成本(每公斤处理量为普通磷化的5-8倍),无渣等优点。