打造绿色环保工艺新升级的“硅烷风”

佛山市海明威生态科技股份有限公司

　　一、项目背景

　　金属表面技术从百年前的磷酸盐转化膜工艺发展至今，民用较为重要的转化膜工艺已经发展至第三代，历经纳米锆酸盐转化膜工艺及硅烷转化膜工艺。这三种工艺仍同时存在，且随着经济发展，使用频率和量在逐渐增大，但又有不同的发展趋势。磷化工艺由于对板材的适用要求宽泛，质量稳定而优越，除了在一些特殊行业暂时不可替代，大多数行业特别是民用领域已经逐步被后续更加环保的纳米锆酸盐

转化膜工艺及硅烷转化膜工艺替代，其主要原因在于其环保性能较差。方案中含有大量的金属离子，特别是重金属离子，工作中还会产生大量含有有毒重金属的磷化渣和氮氧化合物气体，生产车间的操作环境较为恶劣，对环境和人身健康存在严重的危害。

　　较为环保的纳米锆酸盐转化膜工艺虽在环保方面有所改进，但是仍然存在不环保的因素，主要表现在以下三点：仍呈现强酸性体系，使用大量的酸性物质；含有大量的金属离子，甚至有些方案中仍使用一定量的重金属离子；含有大量的氟离子，若处理不达标而排到环境中易引起与氟相关的病害。所以现在越来越多的民用企业将较为环保的纳米锆酸盐转化膜工艺在一定范围内用更加环保的硅烷转化膜工艺进行替代，因为硅烷转化膜工艺一般整体呈现的是一个弱碱性环境，没有使用强酸、强碱，不含金属离子，合格处理后排出对环境的影响小；作用有限含量可以很低，所以固含量一般较低，污水处理更容易，所以现在越来越多的客户将前处理工艺往硅烷转化膜工艺方向更换。

　　佛山市海明威生态科技股份有限公司的硅烷产品顺应前处理发展趋势，采用优质原材料，科学合理设计复配而成，具有有效工作浓度低、性能优越、安全环保的诸多特点。目前该产品已在广东省顺德市多个大型企业成功展开使用（如美的、万和），随着推广力度加大，客户使用数量将会逐渐增大。

二、项目承担企业简介

　　佛山市海明威生态科技股份有限公司原名为佛山市顺德区海明威表面技术有限公司。公司创办于 2003 年 12 月 5 日，是以自主研发、生产和销售金属表面处理剂，即金属表面清洗剂为主，兼营其他精细化学品、化工精密设备、工业用油等的科技实业型企业。

公司拥有大批军工人才、技术精湛的科研人员和技术骨干，拥有通过专业知识学习和技能培训的优秀销售团队，具有完善科学的生产管理和军工型品质控制制度、先进的生产和实验设备。

　　三、项目内容

　　我们前处理行业所说的硅烷试剂，不是单纯的硅烷，而是以一类高分子有机化合物为主体，即硅烷偶联剂，复配其他一些必要有机成分，如树脂、防锈剂而组成的硅烷处理液。硅烷偶联剂是由美国联合碳化物公司开发的一种化学剂，主要用于玻璃纤维增强塑料。硅烷偶联剂的分子结构式一般为 Y-R-Si（OR）3（式中，Y——有机官能基，SiOR——硅烷氧基）。硅烷氧基对无机物具有反应性，有机官能基对

有机物具有反应性或相容性。因此，当硅烷偶联剂介于无机和有机界面之间，可形成有机基体 – 硅烷偶联剂 – 无机基体的结合层。

　 硅烷氧基对无机物具有反应活性的主要原因在于，烷氧基在合适条件下，具有与水的反应活性，遇水发生水解反应，生成 1~3 个硅羟基，而硅羟基具有高度活性，可以与金属基材表面的羟基之间发生脱水键合反应，且硅烷分子间同时发生相同的羟基间脱水反应，最终在金属基材表面形成 状的硅烷膜，用于增强后期粉末的附着力。

　　四、现有技术与项目创新点

　　该项目是在公司的纳米锆酸盐转化膜工艺（俗称陶化）方案基础上发展而来的。因为纯无机陶化方案存在柔韧性、附着力欠缺的现象，所以在公司的陶化方案开发过程中，探讨性地将有机物，即一些特定适合的硅烷和树脂引入陶化方案，用于弥补纯无机陶化方案的性能缺陷。

经过长时间技术开发，公司已经积累的技术基础有：

　　（1）筛选出了一批适合的硅烷，可以达到水解稳定性。

（2）筛选出了一批合适的改性有机硅树脂，可以与水解硅烷稳定存在。

　　（3）筛选出了几种对硅烷的性能没有太大负面影响的防锈剂物质，用于强化硅烷在线工艺的防锈性能。

五、工艺创新点

　　公司硅烷转化膜工艺的主要创新点如下：

　　（1）配方体系稳定，可以进行高浓度浓缩。由于选用合适的硅烷和树脂、防锈

　　剂，体系在高浓度下也不会发生明显的缩合反应，所以可以进行高倍浓度浓缩，可以浓缩到 0.1% 的使用浓度。

　　（2）有效工作浓度可以很低。由于原料的高效性，所以低浓度的硅烷工作也可

　　以达到产品质量要求，最低有效含量可以控制在 0.03%~0.05%。

　　（3）使用工艺参数控制简单。硅烷施工工艺简单，主要控制电导率、施工面积即可。

　　（4）突破性方案：双硅烷槽。硅烷工艺的出现已经有一段时间了，但是还没有真正大量推行，主要原因：第一，早期硅烷方案的性能欠佳；第二，硅烷后不水洗带来的负面影响（在积水处形成水印，水印严重的会影响此处后期粉末的附着力）。公司根据硅烷的特点，选择合适的工艺流程，设计了“双硅烷槽”工作方案，极大减轻了积水位水印的问题，提升了此处后期的粉末附着力。

六、项目取得的成绩

　　从公司硅烷方案诞生至今，特别是国家在环保监控上的态势越来越严厉的情况下，渐渐有一些大型企业开始从其他工艺转型到硅烷工艺。

美的微波炉事业部从 2020 年 10 月份开始使用硅烷工艺，现已经有 2 条线在用；美的饮水机从 2020 年 11 月开始使用；高明杨和万和厨电从 2020 年 11 月开始使用。

　　随着公司硅烷工艺在佛山地区几个大型企业的使用，已经在行业内掀起了一阵工艺升级的“硅烷风”，不断有客户咨询硅烷工艺的相关问题。硅烷工艺的切实施行，的确给行业和社会带来积极的正面影响。主要表现在：全线工艺更加环保，对环境压力更小；硅烷方案弱碱，无金属离子，废水处理更简单更有效，危废产出量较其他工艺极大减少，对环境更友好；客户生产成本有适当降低；由于硅烷的高效性，使用浓度可以处于一个较低水平，所以硅烷单位质量的原液可以处理的基材面积是其他工艺的 2~5 倍，药品使用量极大降低；硅烷工艺后续无须水洗，节省大量的漂洗用水和电机电费，废水处理的相关处理费用也随之降低；对一线生产工人的健康友好，硅烷工作状态是一个弱碱环境，接近自来水的 pH，不含金属离子，人体直接接触的伤害性极小。