专利名称：铝材喷涂前复合纳米陶瓷硅烷复合膜的方法
技术领域：
本发明涉及铝材表面处理技术领域，尤其是涉及到铝材喷涂前复合有复合膜的铝材。
背景技术：
目前，铝材在喷涂前一般采用铬酸盐进行表面处理以形成铬化层，当中的铬化废弃物含有大量六价铬离子等有害成分。由于这些六价铬以及它的流失扩散而构成对生态环境的污染危害。其次是铬渣的强碱性危害。当铬渣在露天堆存时，经长期雨水冲淋后大量的六价铬离子随雨水溶渗、流失、渗入地表，从而污染地下水、江河、湖泊，进而危害农田、水产和人体健康。六价铬离子对人体健康的毒害很大，经科学研究发现，其在人体内具有致癌作用。为此，各国政府及有关部门开始极力倡导具有环境协调性环保材料和绿色材料的开发和研制。可以预见，在相关政策法规的支撑下，铬酸盐在工业生产中的应用必将受到越来越严格的限制，铝型材无铬化表面处理技术将具有广阔的产业化前景和广泛市场需求。由于传统的铬化槽液工艺中含有氟离子，铝材在处理过程中会产生氟化铝附着在铝材工件的表面上，氟化铝是不溶于水，如果不经过水洗，将严重影响铝材喷涂后的附着力，涂层甚至脱落，因此铝材在喷涂前必须经过水洗。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种在铝材表面复合无污染的、喷涂前无需水洗的纳米陶瓷硅烷复合膜。为解决上述技术问题所采用的技术方案一种铝材喷涂前复合纳米陶瓷硅烷复合膜的方法，包括有以下步骤1、酸性除油将铝材浸在硫酸液槽中，其中游离酸含量130g 200g/L，温度为常温，时间Imin 3min ；2、水洗将除油后的铝材浸在水中，其中水要保持溢流，PH值> 2，温度为常温，时间 Imin 2min ；3、碱蚀将铝材浸在碱液槽中，其中游离碱含量40 60g/L，温度为常温，时间 Imin 3min，碱蚀蚀刻量至少1. 5g/m2以上；4、水洗将碱蚀后的铝材浸在水中，其中水要保持溢流，PH值彡10，温度为常温， 时间Imin 2min ；5、中和将铝材浸在硝酸液槽中，中和残留在铝材上的碱液，其中游离酸含量 150 200g/L，温度为常温，时间Imin 3min ；6、水洗将铝材浸在水中，PH值彡5，温度为常温，时间Imin ;3min ；7、纯水洗其中纯水要保持溢流，PH值6. 0 7. 0，电导率< 200us/cm，温度为常温，时间Imin 3min ；8、硅烷处理应用溶胶-凝胶技术原理，用有机酸作为化学转化膜成膜催化剂，往
3硅烷中添加入纳米级SiO2聚合成纳米陶瓷硅烷处理液，经浸渍或喷淋，在铝材上进行协同复合成膜，其中硅含量25 ;35mg/L，PH值6. 0 7. 0，电导率30 200us/cm，温度为常温， 时间20s 2min ；9、滴干将硅烷处理好的铝材进行滴干，滴干至无明显水滴为止；10、烘干温度70°C 80°C，时间IOmin 15min，水分烘干为准。硅烷是一类硅基的有机物和无机化合物复配而成的化合物，其主要成分的通式为Y-Si-(0R)3，其中OR是可水解的基团，Y是有机官能团，硅烷处理后可与涂料等各种有机聚合物结合。硅烷可以有效的用于金属或其合金的表面防护铝及铝合金，锌及锌合金 (包括镀锌钢板)，铁及铁合金(包括普通碳钢与不锈钢)，铜及铜合金，镁及镁合金。硅烷处理后的金属表面膜层厚度均在纳米级，其成膜反应机理如下(1)水解反应
-Si(OR)3 +H2O ^ -Si(OH)3 +ROH式中主要的水解产物为硅醇。当溶液中形成足量的活性-Si-OH基团(硅羟基)， 该溶液便可用于金属表面钝化处理。(2)缩聚反应-Si-OH基团问可脱水缩合成低聚硅醇(带活性硅羟基)。(3)交联反应低聚物中的-Si-OH与金属表面的羟基-OH形成氢键。(4)脱水反应并成膜-Si-OH基团和金属表面的羟基-OH进一步脱水聚合，在界面上生成Si-O-Me共价
键，其反应如下
-Si-OHmm +Me-OH纖面 H-Si-O-Mefm +H2O式中Si-O-Me构成化学共价键；-Si-OH基团脱水聚合成Si-O-Si键构成硅烷膜的三维网状结构；其中铝材界面的硅烷膜主要包含Si-O-Al键和Si-O-Si键，其化学成份类似于 (Al2O3)x · (XSiO2)，值得注意的是，界面上的Si-O-Al键虽然使硅烷与铝材表面紧密结合在一起，当该键本身的水稳定性并不好。当表面膜不进行脱水反应，Si-O-Al共价键重新水解， 重新会生成Si-OH和Al-OH基团。可见当界面上大量的Si-O-Al共价键水解后，界面上的粘合力会大大降低，从而导致硅烷膜从铝材表面剥离并进一步失去其防护性能。因此，铝材表面硅烷处理后要求脱水反应，形成Si-O-Al共价键，这样可以不进行水洗脱水干燥后，即可以进入粉末涂装工艺，这样又可以达到免水洗工艺，并显著提高了涂层的附着力。根据金属氧化物表面电子结构，以铝材表面陶瓷(Al2O3)为代表的金属氧化物具有电子导体功能，具有非常宽的电子结构特性。而铝材表面化学转化(钝化)膜是一种过渡金属前氧化物(pre-transition metal compouds，即为S区元素)。从能带理论考虑，按照与晶格平移对称性一致，共占有轨道和非占有轨道都看成是充分扩展的Bloch态。应用溶胶-凝胶技术原理，由一种有机酸(如单宁酸等)作为化学转化膜成膜催化剂，添加入纳米级SiO2构成了纳米陶瓷转化膜处理液，同时与硅烷复合，在铝等基材上进行协同成膜，这就形成了纳米陶瓷硅烷复合膜无铬处理技术。经电镜分析，这种复合表面膜比表面积大，表面存在不饱和的残键及不同键合状态的羟基，其分子状态呈三维网状结构。由于复合膜表面含有大量的羟基，充分吸附在铝材表面上，脱水反应后可以形成共价键充分吸附、键合；有利于表面涂层的应力传递，并可以提高耐冲击能力，具有增强韧度的功能。采用发明所带来的有益效果1、纳米陶瓷硅烷复合膜是无铬处理，解决了铝材行业中的铬污染问题。2、硅烷系是一种有机物，在表面处理过程中不产生任何影响成膜的物质附着在铝材表面，所以铝材在喷涂前无需水洗。3、添加的纳米填料，分散在网状结构的膜层中，与水解的硅烷复合后可在铝材表面形成一种桥键，使紧密结合而无裂纹，以化学共价键的结合模式与铝材复合显著提高了涂层的附着力。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步说明一种铝材喷涂前复合纳米陶瓷硅烷复合膜的方法，包括有以下步骤1、酸性除油将铝材浸在硫酸液槽中，其中游离酸含量130g 200g/L，温度为常温，时间Imin 3min ；2、水洗将除油后的铝材浸在水中，其中水要保持溢流，PH值> 2，温度为常温，时间 Imin 2min ；3、碱蚀将铝材浸在碱液槽中，其中游离碱含量40 60g/L，温度为常温，时间 Imin 3min，碱蚀蚀刻量至少1. 5g/m2以上；4、水洗将碱蚀后的铝材浸在水中，其中水要保持溢流，PH值彡10，温度为常温， 时间Imin 2min ；5、中和将铝材浸在硝酸液槽中，中和残留在铝材上的碱液，其中游离酸含量 150 200g/L，温度为常温，时间Imin 3min ；6、水洗将铝材浸在水中，PH值彡5，温度为常温，时间Imin ;3min ；7、纯水洗其中纯水要保持溢流，PH值6. 0 7. 0，电导率< 200us/cm，温度为常温，时间Imin 3min ；8、硅烷处理将铝材浸在纳米陶瓷硅烷处理液槽中，其中处理液的硅含量25 35mg/L, PH值6. 0 7. 0，电导率30 200us/cm，温度为常温，浸渍时间20s 2min ；9、滴干将硅烷处理好的铝材进行滴干，滴干至无明显水滴为止；10、烘干温度70°C 80°C，时间IOmin 15min，水分烘干为准。经烘干脱水后，在铝材表面复合上一层以桥键键合的，紧密无裂纹的纳米陶瓷硅烷复合膜，无需水洗，即可进行下一步的铝材喷涂工艺。
权利要求
1. 一种铝材喷涂前复合纳米陶瓷硅烷复合膜的方法，包括有以下步骤1. 1、酸性除油将铝材浸在硫酸液槽中，其中游离酸含量130g 200g/L，温度为常温， 时间Imin 3min ；1.2、水洗将除油后的铝材浸在水中，其中水要保持溢流，PH值>2，温度为常温，时间 Imin 2min ；1.3、碱蚀将铝材浸在碱液槽中，其中游离碱含量40 60g/L，温度为常温，时间 Imin 3min，碱蚀蚀刻量至少1. 5g/m2以上；1.4、水洗将碱蚀后的铝材浸在水中，其中水要保持溢流，？!1值<10，温度为常温，时间 Imin 2min ；1.5、中和将铝材浸在硝酸液槽中，中和残留在铝材上的碱液，其中游离酸含量150 200g/L，温度为常温，时间Imin 3min ；1. 6、水洗将铝材浸在水中，PH值彡5，温度为常温，时间Imin ^iin ；1. 7、纯水洗其中纯水要保持溢流，PH值6. 0 7. 0，电导率< 200us/cm，温度为常温， 时间Imin 3min ；1. 8、硅烷处理应用溶胶-凝胶技术原理，用有机酸作为化学转化膜成膜催化剂，往硅烷中添加入纳米级SiO2聚合成纳米陶瓷硅烷处理液，经浸渍或喷淋，在铝材上进行协同复合成膜，其中硅含量25 ;35mg/L，PH值6. 0 7. 0，电导率30 200us/cm，温度为常温，时间 20s 2min ；1. 9、滴干将硅烷处理好的铝材进行滴干，滴干至无明显水滴为止；1. 10、烘干温度70°C 80°C，时间IOmin 15min，水分烘干为准。
全文摘要
本发明公开一种铝材喷涂前复合纳米陶瓷硅烷复合膜的方法，该复合膜是应用溶胶-凝胶技术通过添加了纳米级SiO2的硅烷处理液处理的、经脱水后以Si-O-Si键构成三维网状结构并以Si-O-Al共价键与铝材表面复合的复合膜。由于纳米陶瓷硅烷复合膜是无铬处理，解决了铝材行业中的铬污染问题。在表面处理过程中不产生任何影响成膜的物质附着在铝材表面，所以铝材在喷涂前无需水洗。添加的纳米填料，分散在网状结构的膜层中，与水解的硅烷复合后可在铝材表面形成一种桥键，使紧密结合而无裂纹，以化学共价键的结合模式与铝材复合显著提高了涂层的附着力。
文档编号C23C22/02GK102168264SQ20111007489
公开日2011年8月31日 申请日期2011年3月28日 优先权日2011年3月28日
发明者叶泽恩 申请人:佛山市南海华豪铝型材有限公司