家电行业无磷涂装前处理剂

朱日东

（深圳市荣强科技有限公司，广东 深圳 518000）

1 磷化工艺与无磷前处理工艺及特点

家用电器(如空调、电冰箱、微波炉、饮水机和台式电脑等)材质一般为钢板、镀锌板，多采用喷淋式涂装前处理。已经投入使用的绝大部分涂装前处理喷淋线是按磷化处理工艺设计的。

1.1 常见磷化工艺流程

(1) 喷淋锌系磷化处理流程：预脱脂(15 ～ 40 °C，30 s ～ 2 min)─脱脂(15 ～ 40 °C，1 ～ 2 min)─水洗─水洗─表调(0 ～ 40 °C，10 ～ 30 s)─磷化(15 ～ 40 °C，1.5 ～ 3.0 min)─水洗─水洗─烘干。

(2) 喷淋铁系磷化处理流程：预脱脂(15 ～ 40 °C，30 s ～ 2 min)─脱脂(15 ～ 40 °C，1 ～ 2 min)─水洗─水洗─磷化(15 ～ 40 °C，1 ～ 3 min)─水洗─水洗─烘干。

1.2 常见无磷涂装前处理工艺流程

(1) 全无磷陶化处理喷淋线流程：无磷预脱脂(15 ～ 40 °C，30 s ～ 2 min)─无磷脱脂(15 ～ 40 °C，1 ～ 2 min)─水洗─水洗─锆盐处理(0 ～ 40 °C，10 s ～ 1 min)─水洗─水洗。

(2) 全无磷硅烷处理喷淋线流程：无磷预脱脂(15 ～ 40 °C，30 s ～ 2 min)─无磷脱脂(15 ～ 40 °C，1 ～ 2 min)─水洗─水洗─硅烷处理(0 ～ 40 °C，5 s ～ 1 min)─烘干。

从处理流程上来看，无磷处理流程更短，其成膜时间更快速，成膜温度也更低，而且沉渣极少，不用大幅改动现有设备，在现有的磷化前处理生产线上基本可以使用。同时，利用无磷成膜处理流程更短更快速的特点，将多余的处理槽(表调改水洗)改为脱脂槽(即第一水洗改脱脂)，延长脱脂时间，更有利于实现常(低)温处理并保证前处理的品质。

2 常用无磷脱脂配方与应用

家电行业使用的板材品质较好，油污相对较轻，脱脂相对较为容易，所以脱脂温度一般在15 ～ 40 °C，而成膜处理一般在0 °C 以上，有利于实现全线不加温处理(在全年平均温度较高地区可实现全年不加温处理)，在气温较冷的地区，冬天适当加温到20 ～ 35 °C使用，使用稳定，效果好。

2.1 无磷脱脂配方的设计

2.1.1 脱脂剂的组成

脱脂剂通常由无机碱性助剂+有机助剂+表面活性剂组成。常见的代磷助剂有：4A 沸石、偏硅酸钠、柠檬酸钠、聚丙烯酸钠、丙烯酸与马来酸酐共聚物、层状结晶二硅酸钠、新型沸石P 和聚天冬氨酸等。在工业清洗剂中，偏硅酸钠和柠檬酸钠以及聚丙烯酸钠、丙烯酸与马来酸酐共聚物都是不错的选择。

2.1.2 脱脂剂配方设计重点

无机助剂中，偏硅酸钠具有提供较大的碱度，良好的乳化、分散性，能部分取代磷的特点。有机助剂需有良好的助洗、螯合作用，能弥补脱脂剂中无磷的不足。醇醚类溶剂能加强清洗剂的渗透与清洗力，对油污有一定助溶、增溶效果，常用的有乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、二丙二醇乙醚等。对于表面活性剂，要求是在常温或低温下有良好的低泡、乳化、渗透性能。整个脱脂剂清洗力好，不但脱脂槽要持续低泡，后续水洗槽也需低泡(水洗槽泡沫多是生产中常见的问题)。表面活性剂宜选用低泡表面活性剂，此类表面活性剂不含APEO 类物质，具有良好的生物降解性，而且其即使在浊点以上仍具有良好的清洗力。在泡沫能满足要求的情况下，脱脂剂最好是不加有机硅类消泡剂。因为有机硅类消泡剂易吸附在工件上，会造成缩孔等涂装缺陷，而且其消泡不持久，喷淋时会泡沫越来越多，所以需经常添加。因此，使用含有机硅类消泡剂的喷淋脱脂剂，一般后续水洗槽泡沫会很多。

2.2 各种性状无磷碱性脱脂剂介绍

市面上常见的商品脱脂剂有：脱脂粉(单组分粉状产品)、脱脂剂(单组分液体产品)、脱脂粉加脱脂剂双组分(粉状与液体产品同时使用)和脱脂剂与脱脂剂双液体组分产品。

2.2.1 单组分无磷粉状脱脂剂配方

粉状产品具有运输方便，包装成本低的特点。单组分无磷粉状脱脂剂配方(以质量分数表示，下同)如下：

碳酸钠 40% ～ 45%

偏硅酸钠 35% ～ 40%

葡萄糖酸钠 3% ～ 10%

螯合分散剂 1% ～ 3%

HA-11 C 2% ～ 8%

醇醚类溶剂 0 ～ 5%

使用浓度 2% ～ 5%

θ 15 ～ 40 °C

t 2 ～ 5 min

处理方式 喷淋

本配方经现场使用具有清洗力好、泡沫低的特点，配方中的偏硅酸钠具有良好的缓蚀与助洗效果，适合清洗各种金属。如只处理黑色金属，可在配方中适当加入5% ～ 30%氢氧化钠。缺点是粉状产品易结块，在添加过程中溶解较慢，易有不溶物产生，造成堵塞喷嘴的现象。

2.2.2 单组分无磷液体脱脂剂

五水偏硅酸钠 20% ～ 30%

葡萄糖酸钠 2% ～ 10%

PA 螯合分散剂 2% ～ 5%

醇醚类溶剂 0 ～ 5%

RQ-129(一种高碱可溶的低泡表面活性剂) 6% ～ 15%

水 余量

使用浓度 2% ～ 5%

θ 15 ～ 60 °C

时间 2 ～ 5 min

处理方式 喷淋

该清洗剂外观透明均匀，清洗力好，泡沫低，使用中极易与水互溶，无沉淀物，不易堵塞喷嘴，添加方便，管理简单，适合于各种金属，是非常流行和受欢迎的产品。

2.2.3 粉体与液体双组分无磷脱脂剂

A 组分：

偏硅酸钠 40%

碳酸钠 45%

葡萄糖酸钠 10%

B 组分：

HA-11(改性脂肪醇聚氧乙烯、聚氧丙烯醚类) 10% ～ 50%

醇醚类溶剂 0 ～ 10%

水 40% ～ 90%

使用浓度 2% ～ 5%(A) 0.1% ～ 2.0%(B)

θ 15 ～ 60 °C

t 2 ～ 5 min

处理方式 喷淋 表面活性剂与碱性助剂分开，无需使用或少用助溶剂，故成本相对较低。使用中，可根据油污的状况或使用中的情况调整助剂与表面活性剂的添加量。该脱脂剂适合于各种金属。

不仅如此，“全面二胎”也遭遇到现实问题。虽然66%的家庭有计划或已经生育二胎，相比2016年也提升了7个百分点，但还是有超半数家庭表示经济压力是横亘在生育二胎之路的绊脚石。养二胎不仅要花费更多的金钱，父母的时间、精力也有限。并且，目前国家在鼓励生育二胎的相关优惠政策上，比如备受关注的财政补贴、幼儿教育、义务教育等多个方面，还需不断优化和完善。

2.2.4 双液体组分脱脂剂

A 组分：

偏硅酸钠 20% ～ 30%

葡萄糖酸钠 5%

PA 分散剂 2% ～ 5%

(有机羧酸盐和改性聚丙烯酸盐类)

水 余量

B 组分：

HA-11C(低泡表面活性剂) 10% ～ 60%

醇醚类溶剂 0% ～ 10%

水 加至100%

使用浓度 2% ～ 5%(A) 0.1% ～ 2.0%(B)

θ 15 ～ 60 °C

t 2 ～ 5 min

处理方式 喷淋

双液体组分脱脂剂中表面活性剂与碱性助剂分开，可少加或无需使用助溶剂，因此成本相对较低，可根据油污状况或使用中的情况调整助剂与表面活性剂的添加量，添加较方便，使用中极易与水互溶，无沉淀物，不易堵塞喷嘴，添加管理较简单，是较流行和受欢迎的产品，适合各种金属。

2.2.5 脱脂配方验证与现场使用情况

以上清洗剂按配方配制和规定的使用量在喷淋清洗试验机中测试，清洗效果好，持续低泡，连续喷淋试验24 h 以上，泡沫高度不增加。以家电厂商提供的未清洗板材做喷淋清洗试验，均在1 min 内清洗干净，清洗力均超过99%。经家电生产厂家现场使用，脱脂槽持续低泡或无泡，后工序只有脱脂后第一水洗槽有少量泡沫且不会溢出，漂洗性好，清洗效果良好。

3 无磷化学成膜剂介绍

3.1 硅烷处理

硅烷处理可能是目前涂装前处理中最环保的处理技术，能比磷化适应更多的金属材质，不含磷、氟、重金属等特质，而且硅烷处理后可不水洗，非常环保，甚至可以直接排放。缺点是成膜后外观颜色不明显，不易直观判断成膜好环，不太适合酸洗工序使用。

3.2 纳米陶化处理

纳米陶化技术是一种以氟锆酸为主的无磷处理技术，比磷化处理能适应更多的金属材质，较为环保，工艺简单，抗污染力强，比硅烷更易管理，有一定的直观性，可凭成膜颜色初步判定成膜情况，有利于现场管理，缺点是含有少量氟离子。

涂装无磷前处理化学成膜剂的特点是：不含磷及其他有害成分，比磷化技术更环保，使用效果稳定，管理简单，能形成一层防锈膜，起暂时防锈作用，能增加涂层的附着力和综合抗腐蚀能力，符合涂装国家标准。

3.3 已经应用的部分处理剂配方

3.3.1 硅烷处理剂配方

氨基硅烷 1% ～ 10%

F-862(有机聚羧酸盐) 1% ～ 3%

稳定剂 0.5% ～ 2.0%

水 余量

使用浓度 2% ～ 5%

θ 0 ～ 40 °C

t 10 s ～ 1 min

处理方式 喷淋

适合于各种金属，成膜后颜色从无色到偏微黄色。

3.3.2 纳米陶化处理剂配方

氟锆酸 5% ～ 10%

氟化钠 1% ～ 5%

添加剂 1% ～ 10%

水 余量

使用浓度 2% ～ 5%

θ 0 ～ 40 °C

t 10 s ～ 1 min

处理方式 喷淋

适合各种金属，成膜后颜色从淡蓝色到偏微黄蓝色。

3.3.3 硅烷与陶化复合处理剂配方

氟锆酸 5% ～ 10%

氟化钠 1% ～ 5%

硅烷 1% ～ 5%

添加剂 1% ～ 10%

水 余量

使用浓度 2% ～ 5%

θ 0 ～ 40 °C

t 10 s ～ 1 min

处理方式 喷淋 适合各种金属，成膜后颜色从无色到偏微黄色。

3.3.4 其他处理剂

多元羧酸 1% ～ 10%

F-8(钝化剂) 1% ～ 10%

水 加至100%

使用浓度 2% ～ 5%

θ 10 ～ 40 °C

t 1 ～ 3 min

处理方式 喷淋

适合于各种金属，处理后的膜层呈蓝色、红蓝色、金黄色等各种干涉色。

以上无磷化学成膜配方经喷淋试验机测试，成膜效果好，喷粉附着力测试可达0 级，特别是抗冲击力明显优于锌系磷化，盐雾试验可达500 h 以上，经现场使用，效果稳定，沉渣极少，清喷嘴时间由以前一天一次降为一个月以上一次，大大降低了前处理的工作强度，能满足家电涂装生产的要求。

4 结论

家电生产中所用的板材材质较好，一般使用薄冷轧板或薄镀锌板，油污相对不重，涂装处理多为粉末涂装，相对而言，粉末涂装耐蚀性和覆盖力好，对前处理要求相对没那么苛刻，给全线常温或低温处理创造了有利条件。在国内家电涂装前处理生产线中，锆盐陶化、锆盐与硅烷复合处理剂与纯硅烷体系比相对应用较多，因为其具有管理简单，锆盐对水质要求相对没有纯硅烷体系苛刻，抗污染力较强等特点。据了解，国内大部分家电龙头企业在近几年陆续把以前的磷化工艺改为无磷前处理工艺，并实现了常温或低温处理，使家电行业无磷前处理成为一种趋势，而无磷涂装前处理剂在家电制造行业中取得了良好的应用效果，为节能环保无磷涂装前处理剂在国内的研发应用起到了积极的推动作用。

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