鋼桶涂裝前處理技術的發展（楊文亮）-中國鋼桶包裝網

鋼桶涂裝及涂裝前的表面處理，歷來都是環境污染的重要來源。涂裝前處理的污染主要是水污染，涂裝處理的污染主要是大氣污染。近年來我國經濟發展迅速，同時也帶來了嚴重的霧霾和水污染。媒體人柴靜的調查報告《穹頂之下》在全國掀起了一場環保風暴。今天，政府和民眾都在積極地為環境的改善做著努力。

鋼桶涂裝前處理，是為了在鋼桶表面建立一個良好的涂裝基礎，有利于提高鋼桶表面的油漆附著力和漆膜質量，這是眾所周知的。但是由于廢液的排放，對環境造成了嚴重的污染，所以近年來，表面處理的技術一直在進步。今天，我們著重介紹目前最前沿的鋼桶涂裝前處理的技術。

在涂裝鋼桶時為了增強涂層與鋼桶表面附著力和耐腐蝕等性能，磷化處理技術已經有100多年歷史。它是一種機械鍵力的方法，磷化膜使涂層與鋼桶表面形成表面粗糙度或基體錨狀結構有關的嵌鎖作用的機械力。下圖為鋅系磷化膜與鋼桶表面的示意圖。

磷化后鋼桶表面粗糙度增加，比表面積增大，涂層與磷化膜象錨狀結構結合，可以十分顯著地提高了涂層與基體的附著力。為了提高磷化膜的耐蝕性能，通常還采用了六價鉻鈍化封閉處理。

由于磷化處理過程中存在表調的堿金屬磷化鈦鹽廢液，磷化廢液含有磷酸、硝酸等毒害的重金屬離子(如Ni2+、Mn2+、Ca2+、Cu2+等)、亞硝酸鹽促進劑及磷化殘渣，鈍化廢液含有致癌物質的六價鉻，造成嚴重的環境污染。

隨著工業化生產要求，節能減排的環保要求，對涂裝前處理工藝、提高熱效率，逐步實現零排放，是涂裝前處理技術發展的方向和趨勢。

鋼桶在含有磷酸鹽的溶液中進行處理，形成金屬磷酸鹽化學轉化膜，這一工藝過程稱之為磷化，所形成的金屬磷酸鹽轉化膜稱之為磷化膜。

漆前磷化的目的主要是：給鋼桶表面提供短期工序間保護，在一定程度上防止鋼桶表面被腐蝕；提高漆膜層的附著力與防腐蝕能力。

磷化過程包括化學與電化學反應。磷化成膜過程主要是由如下4個步驟組成

由于促進劑氧化掉第一步反應所產生的氫原子，加快了反應（1）的速度，進一步導致鋼桶表面H+濃度急劇下降。同時也將溶液中的Fe2+氧化成為Fe3+

由于鋼桶表面的H+濃度急劇下降，導致磷酸根各級離解平衡向右移動，最終會離解出。

當鋼桶表面離解出的與溶液中（金屬表面）的金屬離子達到溶度積常數Ksp時，就會形成磷酸鹽沉淀，磷酸鹽沉淀結晶成為磷化膜。

磷酸鹽沉淀與水分子一起形成磷化晶核，晶核繼續長大成為磷化晶粒，無數個晶粒緊密堆集形成磷化膜。

磷化工藝的制訂，與鋼桶表面狀態不同而不同，對于無銹蝕的鋼桶表面：

（2）除油脂→水洗→表面調整→磷化→水洗→（鈍化→水洗）→干燥

（1）除油脂→水洗→酸洗除銹→水洗→（中和）→表面調整→磷化→水洗→（鈍化→水洗）→干燥

（2）除油除銹“二合一” →水洗→（中和）→表面調整→磷化→水洗→（鈍化→水洗）→干燥

鋼桶磷化處理，多數采用全噴淋方式：用泵將液體加壓，并以0.08～0.2MPa的壓力使液體形成霧狀，噴射在鋼桶工件上達到處理效果。由于噴淋時有機械沖刷和液體更新的作用，因此處理速度加快、時間縮短，生產線長度縮短，相應節省了場地、設備。

新型常溫鋅系除油磷化，徹底克服了傳統工藝除油、磷化容易串液，能源浪費嚴重，產品消耗量大等缺陷。提高了產品質量及工作效率，真正實現了節能減排。磷化前無需除油，實現了除油磷化一次完成。形成的磷化膜均勻致密，且油漆附著力強。溶液沉渣少，不易堵噴頭。并能很好的將油垢漂浮在溶液上。使溶液保持清潔耐用。

鐵系磷化劑的突出特點是穩定性好，即使零件污染不太干凈也不會影響使用效果。槽液易于維護，操作方便。生產成本低，具有優異的性能價格比，但耐鹽霧性能差。抗彎曲、抗沖擊性能好，膜層不易變型。單組分，不需要表面調整，促進劑。對基材適用性強。穩定性好，即使零件污染不太干凈也不會影響使用效果。

鋅系磷化劑的突出特點是磷化時間短，沉渣少，用量少，處理面積大，成本比鐵系磷化稍高。鋅系磷化劑形成的磷化膜結晶致密、均勻，外觀呈淺灰色或深灰色，表面無掛灰、返白現象。磷化膜與基體附著力強，耐腐蝕性和耐沖擊性能顯著。真正室溫磷化，全年無須加溫，不須加溫設備，0℃狀態（25分鐘）都可完全成膜，低溫低渣。

磷化方式	常溫鋅系磷化	中溫鐵系磷化
磷化膜電晶圖	晶粒細小，致密	晶粒粗大，疏松
表面狀態	發灰	發藍
涂膜附著力	非常好	較好
是否加熱	磷化液可不加熱	液化液需要加熱
生產成本	成本稍高	一般
防銹效果	很好	一般

鋯化處理也稱陶化處理。納米無磷環保陶化劑又稱鋯鈦化成劑，是一種反應性的化學處理，適用于冷軋鋼板、鍍鋅板、鋁的表面處理，在鋼桶表面形成一種金黃色或藍紫色納米陶瓷的薄膜層。鋯化劑不含重金屬、磷酸鹽和任何有機組分，符合歐盟環保要求，是一種常溫或降溫處理的環保節能型涂裝前處理劑。環保陶化劑能夠提高噴涂鋼桶的耐腐蝕性，優勝于傳統的鐵系磷化，與鋅系磷化膜性能相當。

（1）室溫（20-30℃）不需要加熱，處理時間短，不需要封存，不需要表調，不需要增加廢水處理成本，環保節能。

（2）無磷酸鹽，無COD/BOD（水體污染）,無重金屬，較少的化學處理，無渣，排除除渣的操作。

（3）環保陶化劑是鋯系，也是目前比較成熟配方；裸膜層防銹性好，涂層附著力、沖擊力，及耐鹽霧性能（>500h）強等特點。

（4）鋯化處理后的工件顏色與磷化時間的長短相當，時間加長得到的膜層顏色從無色-淡黃色-金黃色-藍色,各種顏色均為有效膜層。

鋯化技術采用氟鋯酸作為主劑，利用氟鋯酸的水解反應在鋼板基材表面形成一種化學性質穩定的無定型氧化物轉化膜；轉化膜依靠鋯化物與鋼板基材牢固結合，同時，依靠鋯化液中的高分子化合物與涂層強烈結合，從而獲得高性能的鋼板表面皮膜，從而達到優異的附著力和防腐能力。其在冷軋板上的成膜機理如反應方程式如（1）、（2）所示：

通過反應方程式（1）的腐蝕反應，HF被消耗，使反應（2）的平衡向右移動形成ZrO2，膜的主要成分以Zr的氧化物和氫氧化物。在此過程中，Zr的氧化物和氫氧化物的羥基可與高分子化合物結合，常溫下可形成納米尺寸厚度的有機-無機雜化膜。該技術采用鋯化液替代磷化液對鋼板表面進行預處理，省略了磷化工藝中對槽液進行加熱處理的升溫環節，降低了能耗。

預脫脂→脫脂→水洗→水洗→表調→中溫磷化(需加熱)→封閉→水洗→水洗→水洗→水洗→干燥

預脫脂→脫脂→水洗→水洗→常溫鋯化液處理(無需加熱)→水洗→干燥

處理類型	鐵系磷化	環保鋯化
典型處理劑	磷化劑L-990	環保鋯化劑LT-2300
配槽量	5%	2.5%
日常添加	300桶/每25公斤	750桶/每25公斤
控制指標	總酸：19點，PH值：2.5	AZ:10點，PH值：5.6
溫度	42-45℃	15-30℃
時間	1-3分鐘	30秒-1.5分鐘
更換頻次	2個月	6個月
污水處理	需要去磷，凝聚，中和	直接排放
單只鋼桶處理成本	0.85元（不含除油）	0.75元（不含除油）
處理數量（每1萬只桶）	850公斤	350公斤
除油成本（每1萬只桶）	6000元	6000元
綜合成本（每1萬只桶）	14280元	13650元

（2）環保鋯化無渣，不堵噴嘴，易清槽，比鐵系磷化好管理。

無磷轉化處理是采用無磷轉化劑對鋼桶表面進行處理，這是一種環保型處理劑，不僅能在常溫下使用，而且處理過程中不產生任何沉渣，具有環保、高效、節能等優勢。

無磷轉化劑在處理鋼桶過程中，會在鋼桶的內、外層表面形成納米級薄膜層，該膜兼顧了增強桶外油漆與基材的附著力和桶內壁裸膜的防銹能力。其裸膜顏色為冷軋板本色，均勻、致密、無雜色，感觀上看起來很舒服，尤其適用于高清桶，同時對外涂桶、內外涂桶的油漆同樣具有很強的附著力。

目前常用的一種無磷轉化膜，是屬于溶膠-凝膠法處理法，它是用含高化學活性組分的化合物作前驅體，在液相將這些原料均勻混合，并進行水解及縮合化學反應形成穩定的透明溶膠體系，溶膠經陳化膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網絡結構的凝膠，凝膠網絡間充滿了失去流動性的溶劑，形成凝膠。這些凝膠經過干燥、燒結固化可制備出納米結構的材料。

無磷轉化劑在清潔的金屬表面與金屬發生縮合反應，形成化學鍵合，在助劑中，金屬離子的作用下進而形成膠體，并以膠體的形成沉積，在工件表面形成轉化膜，該轉化膜具有很高的不溶解性和良好的耐腐蝕性能，并能為基材的后續涂裝提供優異的附著力。

另一種無磷轉化膜是屬于過渡金屬轉化膜，前面談的鋯化是其中的一種。

工件經過堿洗、水洗（去氧化膜），浸泡濃度為2.0%～5.0%的無磷轉化劑噴淋處理（處理液的PH值在4.0～5.5的范圍內，噴淋壓強0.08～0.12MPa）。經處理、水洗、烘干后涂裝。

鋯化或陶化成膜顏色為黃色，雖然也環保，但表面看起來也不很舒服，不太適用于高清鋼桶生產。鋅系磷化成膜為灰色，鐵系磷化成膜為藍色，這兩類產品一方面有沉渣，不環保，另一方面槽液參數控制難度很大，容易使成膜厚度、顏色、亮度等不均勻，影響美觀度，高清度大打折扣，無磷轉化膜為鋼板本色，沒有色差，能做到真正的高清。

相比于磷化液、鋯化液等同類產品，無磷轉化劑不含磷酸鹽、亞硝酸鹽、氟化物等污染物，不含鎳、鉛、鉻等有害重金屬，不含鄰苯二甲酸酯等塑化劑類物質，安全、環保。在處理鋼桶過程中沒有沉渣等固態廢物產生，固態廢物排放比磷化液減少100%，液態廢物排放比磷化液減少90%以上。國家《污水綜合排放標準》中所列明的污染物，無磷轉化劑從采用的原材料到產成品中都沒有，是真正的環保類產品，并已被國家環保部列入《推薦使用先進環保產品目錄》。在節能方面，無磷轉化劑常溫使用，無需加熱，節省大量的能源消耗，為客戶節省可觀的能源成本。

環保節能是大勢所趨，相比于傳統的鋅、鐵系磷化、鋯化等技術，無磷轉化處理在鋼桶的高清美觀度、油漆附著力、環保、節能、成本等方面均占明顯優勢。