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硅烷处理加工
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    硅烷处理加工
硅烷化处理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。
硅烷化处理
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。但就目前的国内技术来说,不是十分成熟,有待提高!尤其是硅烷和助剂的选型上,得很下功夫!
一、金属表面硅烷化处理的机理:
硅烷是一类含硅基的有机/无机杂化物,其基本分子式为:R'(CH2)nSi(OR)3。其中OR是可水解的基团,R'是有机官能团。
硅烷在水溶液中通常以水解的形式存在:
-Si(OR)3+H2OSi(OH)3+3ROH
硅烷水解后通过其SiOH基团与金属表面的MeOH基团(Me表示金属)的缩水反应而快速吸附于金属表面。
SiOH+MeOH=SiOMe+H2O
一方面硅烷在金属界面上形成Si-O-Me共价键。一般来说,共价键间的作用力可达700kJ/tool,硅烷与金属之间的结合是非常牢固的;另一方面,剩余的硅烷分子通过SiOH基团之间的缩聚反应在金属表面形成具有Si-O-Si三维网状结构的硅烷膜[2]。
该硅烷膜在烘干过程中和后道的电泳漆或喷粉通过交联反应结合在一起,形成牢固的化学键。这样,基材、硅烷和油漆之间可以通过化学键形成稳固的膜层结构。
二、金属表面硅烷处理的特点
(1)硅烷处理中不含锌、镍等有害重金属及其它有害成分。镍已经被证实对人体危害较大,世界卫生组织(WHO)规定,2016年后镍需达到零排放,要求磷化废水、磷化蒸气、磷化打磨粉尘中不得含镍。
(2)硅烷处理是无渣的。渣处理成本为零,减少设备维护成本。
磷化渣是传统磷化反应的必然伴生物。比如一条使用冷轧板的汽车生产线,每处理1辆车(以100m2计),就会产生约600g含水率为50%的磷化渣,一条10万辆车的生产线每年产生的磷化渣就有60t。
(3)不需要亚硝酸盐促进剂,从而避免了亚硝酸盐及其分解产物对人体的危害。
(4)产品消耗量低,仅是磷化的5%~10%。
(5)硅烷处理没有表调、钝化等工艺过程,较少的生产步骤和较短的处理时间有助于提高工厂的产能,可缩短新建生产线,节约设备投资和占地面积。
(6)常温可行,节约能源。硅烷槽液不需要加温,传统磷化一般需要35~55℃。
(7)与现有设备工艺不冲突,无需设备改造而可直接替换磷化;与原有涂装处理工艺相容,能与目前使用的各类油漆和粉末涂装相匹配。
三、工艺流程
根据硅烷化的用途及处理板材不同,分为不同的工艺流程。它的处理工艺,比以前的磷化,要求很严格。
(1)铁件、镀锌件
预脱脂——脱脂——水清洗——水清洗——硅烷化——烘干或晾干——后处理
(2) 铝件
预脱脂——脱脂——水洗——水洗——出光——水洗——硅烷化——烘干或晾干——后处理
四、常用的硅烷试剂
BSA N,O-Bis(trimethylsiyl)acetamide N,O-双(三甲基硅烷基)乙酰胺
BSTFA Bis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide 双(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺
DMDCS Dimethyldichlorosilane 二甲基二氯硅烷
HMDS 1,1,1,3,3,3-Hexamethyldisilazane 1,1,1,3,3,3,-六甲基二硅烷
MTBSTFA N-(ter-Butyldimethylsilyl)-N-methyltrifluoroacetamide N-(特丁基二甲基硅烷基)-N-甲基三氟乙酰胺
TBDMCS t-Butyldimethyl chlorosilane 特丁基二甲基氯硅烷
TFA Trifluoroacetic acid 三氟乙酸
TMCS Trimethylchlorosilane 三甲基氯硅烷
TMSDEA Trimethylsilyldiethylamine 三甲基硅烷基二乙胺
TMSI Trimethylsilylimidazole 三甲基硅烷咪唑

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