涂装前处理工艺设计与药剂选型

文/程圣奎

摘要

随着工业技术的发展，涂装已由手工向工业自动化方向发展，而且自动化的程度越来越高，所以涂装生产线的应用也越来越广泛，并深入到国民经济的多个领域。

粉末涂料由于其低VOC排放、高回收利用率的特性，已经在家电、家具、一般工业、3C及工程机械行业得到广泛的应用。

在这个大的行业背景前提下，按照国家十三五的规划要求，粉末喷涂配套的前处理工艺设计和产品选型就显得尤为重要。

本文将主要介绍各地区环保要求，新环保形势下的涂装前处理工艺设计与药剂选型。

关键字：环保，金属表面处理剂，氧化硅烷

涂装是指通过喷涂方式将底材覆盖上一层涂膜，以达到保护、装饰和特殊功能性的要求，达到延长使用寿命、美观、增加制品附加值之目的。涂装是指对金属和非金属表面覆盖保护层或装饰层，而涂装机械就是建立在涂装的基础上而迅速发展的行业。

随着工业技术的发展，涂装已由手工向工业自动化方向发展，而且自动化的程度越来越高，所以涂装生产线的应用也越来越广泛，并深入到国民经济的多个领域。

涂装是产品的表面制造工艺中的一个重要环节，是防锈、防蚀的重要手段，因此，其应用领域广泛，包括汽车及汽车零部件、家电、家具、一般工业、3C及工程机械行业等等。

涂装材料、涂装工艺与设备、涂装管理是涂装的三大要素，相互之间相辅相成，涂装采用化学品施工决定了其在效果开发、EHS、能耗管理、有效应用、智能技术方面存在诸多的提升价值。

新涂装材料的应用是涂装技术进步的先导，汽车、3C手机等消费品特殊效果颜色工艺成为打开市场的重要发力点，双高产品（高耐候、高防腐）产品受到汽车底盘、工程机械底盘等环境苛刻应用领域的追捧。在不断满足涂层性能要求、提高外观价值的前提下，始终以应用可减少公害、降低涂装成本的材料为主要发展目标。

近几年新建涂装线上已多采用水性涂料，部分改造的涂装线采用高固体分涂料，粉末涂料。目前的重点是采用这些环保材料的前提下能够在能耗和施工性上逐步达到原有溶剂型材料的能力，且尽力避免这些环保材料带来的生产工序外不环保的因素。粉末涂料由于其低VOC排放、高回收利用率的特性，已经在家电、家具、一般工业、3C及工程机械行业得到广泛的应用。

在这个大的行业背景前提下，按照国家十三五的规划要求，粉末喷涂配套的前处理工艺设计和产品选型就显得尤为重要。

由生物可降解性活性剂配制的脱脂剂、无磷无镍表面处理剂、低温脱脂剂处理温度35℃、氧化硅烷表面处理剂和基于氟锆酸和聚合物的表面处理剂得到越来越多用户的认可。本文将着重介绍如何根据法规要求、客户性能要求及投资条件等进行前处理工艺设计和产品选型。

No.1 各地环保法规要求情况

近年来，全国各地陆续颁布了各种和涂装前处理相关的法律、法规，这就对新建涂装生产线提出了更高的要求，新的生产线必须要符合所在地的最新环保法规，以下是近年各地涂装相关法规的汇总：

表一：主要工业地区涂装前处理相关法规

随着国家对环保要求越来越高，相应的标准也在不断修正，涂装制造企业必须时刻关注，这里仅列出几个典型标准变化供参考：

表二：主要工业地区涂装前处理相关法规新旧标准对比

以太湖流域为例，其中一级、二级保护区对氮磷的限制如下：

在这样的环保要求下如何进行前处理化学品的选型，传统的做法是：

当前环保形势下，我们推荐从源头控制氮、磷元素来源，从而降低废水处理成本。

脱脂剂选用无磷无氮脱脂剂和相应的表面活性剂，如脱脂剂Gardoclean S 5335，Gardoclean S 5249/1等，表面活性剂如Gardobond Additive H 7357/2，Gardobond Additive H 7359等，转化膜可以选择Gardobond X 2025/2无磷无氮表面处理剂等。当然，市场上也有其他前处理化学品供应商可以提供类似产品和技术。关键是从源头减少氮、磷的输入，从而降低废水处理的成本。

No.2 家电、家具、一般工业3C及工程机械行业性能要求

国民经济的不同领域对于涂装前处理及喷粉的喷涂质量各有不同，对于一般工业领域，主要是家电、家具、其他一般工业、3C及工程机械行业。按照中性盐雾实验要求，以单边扩蚀<2mm为分类标准，大体可以分成三个等级：

表三：不同行业涂装前处理性能要求

对于中性盐雾小于500h要求的生产线，可以推荐基于氟锆酸体系的无机系列产品，如Gardobond X 2020金属表面处理剂，也可以推荐基于氟锆酸加有机聚合物的产品系列，如Gardobond X 4597表面处理剂。

★ 2.1 Gardobond X 2020金属表面处理剂反应机理及性能表现

Gardobond X2020 是液态无磷金属表面处理剂。Gardobond X2020 配合表面活性剂，可以对钢铁进行清洗、转化膜二合一处理，为后续粉末喷涂、喷漆等涂装工艺提供优异的附着性能。Gardobond X2020 亦可用于铝、锌合金表面处理。Gardobond X2020 通常喷淋使用。

→ 其反应机理如下：

→ Gardobond X 2020金属表面处理剂的性能表现：

★ 2.2 Gardobond X 4597金属表面处理剂反应机理及性能表现

Gardobond X 4597是一款基于氟锆酸和特殊有机聚合物的环保型无磷薄膜前处理剂。广泛应用于钢铁、镀锌钢及铝基材表面处理。采用独特的配方技术，用以增强粉末，电泳,喷漆等不同涂装工艺涂层的综合性能。可以喷淋或浸渍使用。

其反应机理除具备Gardobond X 2020相同功能形成无机氧化锆薄膜外，在氧化锆的基础上吸附特殊有机聚合物：

→ Gardobond X 4597与粉末配套性能如下：

对于性能要求较高的行业，比如3C行业的通信行业的控制柜户外机型，ACE行业的工程机械、农业机械底盘件。其中性盐雾实验要求多为720h，单边扩蚀小于2mm，甚至更高。基于此性能要求，推荐使用基于氟锆酸和有机硅烷的无机-有机杂化体系表面处理技术。

★ 2.3 Oxsilan 981x（x=1,2,3）氧化硅烷表面处理剂反应机理及性能表现

OXSILAN 981x系列氧化硅烷表面处理剂，是基于氟锆酸和有机硅烷低聚物的无机-有机杂化体系表面处理剂。广泛应用于钢铁、镀锌钢及铝基材表面处理。OXSILAN 981x(x=1,2,3)可取代铁系磷化、锌系磷化和铬处理工艺。可提高大部分粉末、油漆体系处理性能。喷淋或浸渍使用。

→ OXSILAN 981x(x=1,2,3)系列反应机理如下：

→ OXSILAN 981x(x=1,2,3)性能表现如下：

以下为喷粉后中性盐雾测试结果：

以下为喷粉后湿热实验结果：

以下为对心折弯测试结果：

不同的涂装前处理用户可以根据各自工厂的环保要求，性能要求选择合适的前处理工艺。

以上三种前处理技术均为环保技术，只是侧重点有所不同，对于以上三种前处理技术，普遍适用的工艺流程如下：

No.3 新建生产线一般废水处理方法

表四：环保前处理工艺废水主要成分

脱脂废水处理步骤： （油漆废水也可参照此工艺）：

1、破乳：加入盐酸，调节废水 PH 值至 2~3。加入量 2~2.5kg/吨

2、絮凝：加入无机絮凝剂聚合双酸铝铁，加入量 1~1.5kg/吨

3、助凝：加入碱，调节废水 PH 值至 8.5~9.0。加入量 1.5~2.0kg/吨

4、混凝：分别加入 A-PAM，C-PAM 凝聚剂。加入量各为 0.1~0.5kg/吨。脱脂废水处理后效果：出水清亮，COD 降低 60%以上。金属离子去除率在 95%以上

酸洗（如有）废水处理步骤：

1、絮凝：加入石灰乳，分别利用钙离子、氢氧根离子与金属离子形成金属氢氧化物沉淀。调节废水的 PH 值至 10.2

2、混凝：分别加入 A-PAM，C-PAM 凝聚剂。加入量各为 0.1~0.5kg/吨。酸洗废水处理后效果：出水清亮，金属离子去除率在 99%以上

硅烷废水处理步骤：

1、絮凝：加入石灰乳，分别利用钙离子、氢氧根离子与金属离子形成金属氢氧化物沉淀。调节废水的 PH 值至 10.2

2、混凝：分别加入 A-PAM，C-PAM 凝聚剂。加入量各为 0.01~0.05kg/吨。硅烷废水处理后效果：出水清亮，金属离子去除率在 99%以上

生化处理：

利用好氧微生物的内源呼吸活动，分解废水中的溶解性有机物以及消化吸收废水当中残留的金属离子。

利用高效生物滤池的吸附、过滤以及微生物的厌氧呼吸作用，降低有机物含量。

  结语  

◆ 本文主要归纳了目前中国主要工业集中区域的环保要求及其对涂装前处理工艺设计产生的影响；

◆ 本文主要介绍了几种常见的环保前处理技术、反应机理和其能够达到的涂装性能；

◆ 本文最后介绍了环保前处理标准的工艺流程设计及其废水处理要求；

期望此文能够对于有新线设计规划的用户有所帮助。