我想了解一些关于硅烷磷化的信息。
1简介
传统磷化在金属防腐方面具有优异的性能，广泛应用于涂装前处理工艺中。但磷化处理因含有锌、镍、锰等有害重金属，处理温度高，废水废渣处理复杂，面临着日益严峻的形势。
硅烷化处理是目前比较成熟的可以替代磷化的前处理技术。与传统磷化相比，硅烷处理有很多突出的优点:不含镍、锌、锰等有害重金属离子，无磷，无需加热；硅烷处理过程无渣、处理时间短、控制简单；处理步骤少，可省去表面调整和钝化工序，槽液使用寿命长，维护简单；有效提高油漆对底材的附着力，可加工铁板、镀锌板、铝板等各种底材。
金属表面硅烷处理的机理
硅烷作为一种粘合剂，在其优异的防腐蚀性能被发现之前，被广泛应用于玻璃或陶瓷增强聚合物复合材料中。对硅烷防锈性能的系统而全面的研究始于20世纪90年代初[1]。通过研究发现，硅烷可以有效地用于金属或合金的防腐。
硅烷是一种含硅的有机/无机杂化物，其基本分子式为:R’(CH2)nSi(OR)3。其中OR是可水解基团，r’是有机官能团。
硅烷通常在水溶液中以水解的形式存在:
-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代表金属)之间的收缩反应，迅速吸附在金属表面。
SiOH+MeOH=SiOMe+H2O
一方面，硅烷在金属界面上形成Si-O-Me价键。一般来说，* * *价键之间的作用力可以达到700kJ/tool，硅烷与金属的结合非常牢固；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三维网络结构的硅烷膜[2]。
在干燥过程中，硅烷膜通过交联反应与后续工序中的电泳漆或粉末喷涂结合，形成牢固的化学键。这样基材、硅烷和涂料就可以通过化学键形成稳定的膜结构。
金属表面硅烷处理的特点
(1)硅烷处理不含锌、镍等有害重金属及其他有害成分。镍已被证明对人体有害。世界卫生组织(世卫组织)规定2016后镍要达到零排放，要求磷化废水、磷化蒸汽、磷化抛光粉尘中不含镍。
(2)硅烷处理无渣。炉渣处理费用为零，降低了设备维护费用。
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1辆车(按100m2计算)会产生含水量为50%的磷化渣约600g，一条65438+万辆车的生产线每年会产生60t磷化渣。
(3)不需要亚硝酸盐促进剂，避免了亚硝酸盐及其分解产物对人体的危害。
(4)产品消耗低，仅为磷化量的5% ~ 10%。
(5)硅烷处理无表面调整、钝化等工艺过程。生产步骤少，处理时间短，有助于提高工厂的生产率，缩短新生产线，节省设备投资和占地面积。
(6)常温可行，节约能源。硅烷槽液不需要加热，传统磷化一般需要35 ~ 55℃。
(7)与现有设备工艺不冲突，可直接替代磷化，无需设备改造；与原涂装工艺兼容，可与目前使用的各类油漆、粉末涂料配套。
4硅烷处理和磷化处理的区别
(1)磷化和硅烷处理工艺在使用条件上的区别见表1。
(2)磷化产品和硅烷产品在实际应用中的成本差异见表2。
金属表面硅烷处理实例
5.1应用技术
随着硅烷技术的不断推广，很多厂家将原来传统的磷化预处理工艺改为环保的硅烷预处理工艺。笔者曾参与某空调机柜的前处理工艺改造。该厂原磷化工艺如下:
热水洗→预脱脂→主脱脂→水洗1→水洗2→表面调理→磷化→水洗3→水洗4→烘干→喷粉。
硅烷处理后，选择的处理工艺如下:
热水洗→预脱脂→主脱脂→水洗1→水洗2→纯水直喷→硅烷处理→水洗3→水洗4→烘干→喷粉。
表2磷化产品和硅烷产品的成本差异
5.2处理条件
硅烷处理条件如下:
处理方法:喷涂；
温度:室温；
时间:2分钟；
槽液处理面积:2000 m2/kg；；
pH值:3.8~4.5~5.5。
5.3加工性能
用硅烷处理该线，最终产品的性能如表3所示。
5.4综合成本
无需表面调整，节省了表面调整槽所需的化学品(该生产线原本没有钝化步骤)。
当硅烷罐的工作温度降至室温时，热能消耗减少，节约成本计算如下:
磷化(按磷化温度40 ~ 45℃计算)，目前国内一般磷化线的热能消耗在80元/km2。硅烷(冬季只加热到15℃以上)预计消耗10元/km2。
热能:磷化比硅烷贵100元/km2，节约热能约0.07元/m2。
硅烷罐循环泵数量减少，电能消耗减少，节约成本计算如下:
磷化一般有四台30kW/h的泵，年电费(按L元的电价计算)为1× 4× 30× 6000h = 72万元；而硅烷只需错运1台泵，年用电好评为1×30×6000h = 1.8万元，年处理面积约360万m2，节约0.1.5元/m2。
废水处理的压力有了很大提高。据统计，该生产线硅烷处理后废水处理所需的化学品减少了40% ~ 50%。原因是硅烷处理不会产生有害的重金属废物，调整酸碱度后才能排放。
6硅烷处理实际应用中的注意事项
(1)需要纯水。为了获得优异的漆膜性能，延长硅烷浴的使用寿命，硅烷浴应使用纯水。
(2)不要使用铸铁油箱。为了减少对罐体的侵蚀和由此造成的硅烷有效成分的损失，建议罐体采用铸铁以外的其他材料，如304以上的不锈钢，内衬玻璃钢或硬PVC、PE的铸铁罐体。
(3)老线改造时需要清理磷化渣。
7结论
硅烷作为一种新型环保预处理技术，在世界范围内得到了广泛应用。卡米特尔的硅烷产品已经在白色家电、蒸汽备件、农业和重型汽车领域稳定运行。随着硅烷技术的不断发展，硅烷产品逐渐被国内外汽车生产线所认可。第一条硅烷预处理汽车生产线于2008年底在法国雷诺投产，在中国也有格力电器、海信、博世、辉门等客户。
硅烷技术因其良好的性能将取代传统的磷化技术，给国内前处理行业带来一个新的高潮。