前处理硅烷技术
传统磷化在金属防腐方面具有优良的性能，在涂装前处理过程中被广泛使用。
但是磷化处理因为含有锌、镍、锰等有害重金属，处理温度较高，废水、
废渣处理较复杂而面临日益严峻的形势。
硅烷化处理是目前技术发展较成熟
的可取代磷化的前处理技术。
硅烷处理与传统磷化相比具有许多突出的优点：无镍、锌、锰等有害重金属离子，不含磷，无需加温；硅烷处理过程无渣，
处理时间短，控制简便；处理步骤少，可省去表调及钝化工序，槽液使用寿命长，维护简单；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。
2金属表面硅烷处理的机理在发现硅烷卓越的防腐性能以前，硅烷作为胶黏剂被广泛应用于玻璃或陶瓷强化高聚复合材料中。
硅烷防锈性能系统全面地研
究始于20世纪90年代初。
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。
硅烷在金属表面成膜模型
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。
3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。
4硅烷处理与磷化处理之间的区别
(1)磷化与硅烷处理技术在使用条件方面的区别。
(2)磷化产品与硅烷产品实际应用时在成本方面的差异。
5金属表面硅烷处理实例
随着硅烷技术的不断推广，
很多厂家都将原来的传统磷化前处理工艺改成了环保型的硅烷前处理工
艺。
笔者曾参与了某空调机箱前处理工艺转换，该厂原来使用磷化处理时的工艺如下：
热水洗→预脱脂→主脱脂→水洗1→水洗2→表调→磷化→水洗3→水洗4→烘干→喷粉
在使用硅烷处理后，选用的处理工艺为：
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。
磷化产品与硅烷产品成本方面的差异
5.2处理条件
该线硅烷处理条件如下：
处理方式：喷淋；
温度：室温；
时间：
2min
槽液处理面积：
2000m2/kg
pH：3.8～4.5～5.5。
5.3处理性能
该线使用硅烷处理，成品性能见表
3。
5.4
综合成本
无表调，节约表调槽所需化学品
(
该线原本无钝化步骤
)。
硅烷槽工作温度降低至室温，热能耗下降，节约成本计算如下：
磷化
(
以磷化温度
40
～45℃计算
)
，
目前国内一般磷化线热能消耗在
80
元
/km2。
硅烷
(
仅冬天加热到
15℃以上
)
，预计热能消耗在
10
元
/km2。
热能方面：磷化比硅烷贵了
100
元
/km2
，节约热能约
0.07
元
/m2。
(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。
4
硅烷处理与磷化处理之间的区别
(1)
磷化与硅烷处理技术在使用条件方面的区别见表
1。
(2)
磷化产品与硅烷产品实际应用时在成本方面的差异见表
2。
5
金属表面硅烷处理实例
5.1
应用工艺
随着硅烷技术的不断推广，
很多厂家都将原来的传统磷化前处理工艺改成了环保型的硅烷前处理工
艺。
笔者曾参与了某空调机箱前处理工艺转换，该厂原来使用磷化处理时的工艺如下：
热水洗→预脱脂→主脱脂→水洗
1→水洗
2→表调→磷化→水洗
3→水洗
4→烘干→喷粉
在使用硅烷处理后，选用的处理工艺为：
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
磷化产品与硅烷产品成本方面的差异
5.2
处理条件
该线硅烷处理条件如下：
处理方式：喷淋；
温度：室温；
时间：
2min
；
槽液处理面积：
2000m2/kg
；
pH
：
3.8
～
4.5
～
5.5。
5.3
处理性能
该线使用硅烷处理，成品性能见表
3。
5.4
综合成本
无表调，节约表调槽所需化学品
(
该线原本无钝化步骤
)。
硅烷槽工作温度降低至室温，热能耗下降，节约成本计算如下：
磷化
(
以磷化温度
40
～45℃计算
)
，
目前国内一般磷化线热能消耗在
80
元
/km2。
硅烷
(
仅冬天加热到
15℃以上
)
，预计热能消耗在
10
元
/km2。
热能方面：磷化比硅烷贵了
100
元
/km2
，节约热能约
0.07
元
/m2。
硅烷槽循环泵的数量减少，电能耗下降，节约成本计算如下：
磷化一般有
4
个
30kW/h
的泵，每年电费
(
以电价
l
元计算)1×4×30×6000h=72
万元；而硅烷只需
要运错
1
个泵，每年电赞
1×30×6000h=18
万元，年处理面积约
360
万
m2
，计节约电能
0.15
元
/m2
废水处理压力很大改善。
据统计，该条生产线在使用硅烷处理后废水处理所需
化学品比原来降低了
40%
～
50%。
原因是硅烷处理不产生有害重金属废弃物，仅需调节酸碱性后即可排放。
6
硅烷处理在实际应用中的注意事项
(1)
需使用纯水。
为了得到往髓优良的漆膜性能，同时为了延长槽液的使用寿命，硅烷槽液需使用
纯水。
(2)
不可使用铸铁槽体。
为了减少对槽体侵蚀及由此引起的硅烷有效成分的损失，槽体建议使用铸
铁外的其它材质，如
304
以上不锈钢、有玻璃钢内衬或硬
PVC
和
PE
内衬的铸铁槽体。
(3)
老线改造对需清理磷化渣。
7
结语
硅烷作为新型环保前处理技术，在国际上已经得到广泛应用，凯密特尔的硅烷
产品在白色家电、汽
率零部件、农用及重型车等行业都已稳定运行。
随着硅烷技术的不断发展，硅烷产品已经逐渐通过国内
外轿车生产线的认可，第一条硅烷前处理轿车生产线于
2008
年底在法国雷诺启动生产，在国内也有格
力电器、海信、博世、辉门等客户。
硅烷技术由于良好的性能，将代替传统磷化技术，给国内前处理业带来发展的新高潮。