环保型板带处理剂的种类与选择
来源：《涂装指南》杂志 作者：本网编辑 时间：2004-8-25 13:23:00 阅读次数:
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1 前言
在带钢连续热镀锌工艺与彩涂板制造工艺中， 都需要去除基板表面的油脂、灰尘、金属屑等杂质，使基板表面洁净。带钢连续热镀锌之后还需要进行钝化处理或涂油处理，以提高带钢连续热镀锌钢板的防腐性能，防止产生氧化锌(ZnO)和氢氧化锌Zn(OH)2白锈。彩涂板在涂装前需要进行转化处理与钝化处理，以提高涂层的附着力、耐蚀力。人们把带钢连续热镀锌与彩涂板上述两种处理工艺，称之为预处理，所用的预处理剂与传统的先加工后涂装的处理剂有着较大的区别，属于专用处理剂，我们把它称之为板带处理剂。
板带处理剂按作用来分，有板带脱脂剂、板带转化液、板带钝化剂及配套的表调剂等；按板带处理剂所含的有毒有害成份来分，有环保型板带处理剂，如板带非磷(无磷)脱脂剂、板带低磷脱脂剂、板带非磷非铬转化液、板带低磷非铬转化液、板带非铬钝化剂、三价铬板带钝化剂等；非环保型板带处理剂有板带高磷脱脂剂、板带含六价铬转化液、板带含六价铬钝化剂等。本文从带钢连续热镀锌工艺与彩涂板制造工艺的发展趋势，以及环境保护需要出发，根据我国带钢连续热镀锌行业与彩涂板行业的实际需要，谈谈环保型板带处理剂的种类与选择技巧。
2 磷与铬被严格限制的原因
要了解环保型板带处理剂的开发原因，首先应了解板带含磷含铬处理剂被环保部门限制的排放的原因。
2.1 磷的危害
采用电解脱脂与化学脱脂去除基板表面的油脂、灰尘和金属等杂质，是带钢连续热镀锌与彩涂板制造中的重要工序。而目前所用的板带脱脂剂，通常含有大量的磷酸盐，如磷酸三钠、磷酸二氢钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠、磷酸氢二钠等，这些磷酸盐具有调节碱度、软化硬水、改善水洗性和乳化的作用，是板带脱脂剂中的重要成份。磷元素还是钛盐表调剂与磷化液类转化液的主要成份。但是由于磷元素具有下列危害而受到排放限制。
第一，不可克服的过肥作用。
排放的含磷废水到了江河湖泊中会引起水中的含磷量增加。磷是植物生长的三大营养元素之一，进而促进水中藻类的繁殖和生长。大量繁殖的藻类枯死后，释放出糜烂恶臭造成水中缺氧，进而导致水质污染，给水生物的生长带来不良影响。
第二，与金属离子生成沉淀。
传统板带脱脂剂所用的磷酸盐与金属离子结合或产生化学反应，生成不溶于或难溶于水的磷酸盐沉淀。若不及时排出，含磷板带脱脂剂在喷淋时易堵塞喷嘴，含磷板带转化液会在基板上附着大量沉淀物，若清洗不彻底则会影响处理效果。
2.2 铬的危害
铬分六价铬与三价铬两种，它们都是板带转化液与板带钝化剂的主要成份。但是由于铬具有下列危害，而受到排放限制。
第一，严重污染周围环境。
铬是一种大气污染物，会经空气、水与食物进入机体，六价铬的毒性比三价铬大约高出100倍，是强烈的突变物质，对环境与人体危害更大。所以有的用污染较轻的三价铬代替六价铬，这对减轻污染确有一定效果，但是废水排放的规定中，把三价铬也列入了严格限制的范畴。例如，欧洲就把废水中允许排放的Cr3+的量限制在0mg/L～0.005mg/L之内，中国是限制总铬的排放。
第二，严重危害人体健康。
铬对机体的危害是先以六价铬离子形式渗入细胞，然后在细胞内还原为三价铬而构成致癌物，引起细胞的突变与癌变。三价铬也会透过胎盘对胎儿的生长起抑制作用和致畸作用。
2.3 消除磷污染与铬危害的努力
鉴于板带含磷与含铬处理剂的上述严重危害，全世界的专家、学者及科技工作者，都在进行科技攻关，寻找磷与铬的替代物或减少磷酸盐或铬，尤其是六价铬的用量，也有的用三价铬代替六价铬，开发出非磷含三价铬的环保型板带处理剂，但至今真正进入工业化应用的尚不多。祥和涂料磷化(成都)总部所属的国家级高新技术企业成都祥和磷化有限公司，从加拿大引进的非磷板带脱脂剂、非磷非铬板带转化液、非磷非铬板带钝化剂技术，已经工业化大量应用，受到带钢连续热镀锌与彩涂板厂商的欢迎。
经过近年来非磷板带脱脂剂、非磷非铬板带转化液与非磷非铬板带钝化剂的研发，环保型板带处理剂在使用成本、工艺管理、产品单价等方面，已与含磷板带脱脂剂、含铬板带转化液相当，其耐蚀能力也有了大大提高，已达到了实际应用阶段。
3 环保型板带处理剂的种类
环保型板带处理剂的品种有环保型板带脱脂剂、环保型板带转化液、环保型板带钝化剂三大类。
3.1 环保型板带脱脂剂种类
①粉状非磷板带脱脂剂。
这种板带脱脂剂分板带电解脱脂剂与板带化学脱脂剂两种，一般由强碱、碱性盐、磷酸盐替代物、络合剂、去污剂、表面活性剂、非硅消泡剂等组成，有的非磷板带脱脂剂还不含硅酸盐、氯化物、亚硝酸盐等有毒有害的物质，成都祥和磷化有限公司从加拿大引进的非磷板带处理剂还能在同一条生产线上，用同一种非磷板带脱脂剂，即可电解脱脂，又可化学脱脂。
②液体非磷板带脱脂剂。
这种非磷板带脱脂剂的组成与粉状非磷板带脱脂剂相似，但由于是液状，在配制时不需要经过溶解过程，直接搅拌均匀即可，配制十分方便，但运费相对较高。
③粉状低磷板带脱脂剂。
这种环保型板带脱脂剂与传统的高磷板带脱脂剂相比，磷含量低得多，对水质的危害也少得多，但环保性能不如非磷板带处理剂。
3.2 环保型板带转化液种类
①含锆板带转化液。
这种板带转化液所形成的转化膜为无定形膜，既可用于镀锌钢板也可用于铁基钢板，其溶液一般由碱金属、烧碱、硝酸盐、含锆化合物、稳定剂、成膜助剂等组成，。含锆板带转化液用稀有金属锆取代污染严重，对人体危害大的铬，是因为锆同时具备了以下三大独特的优点：
第一，锆的抗腐蚀性能特强。锆在空气中极其稳定，是制造性能良好的遮光剂、干燥剂、稳定剂的主要原料。锆的防腐蚀性能十分优异，在水中也不被腐蚀，具有排水性能，对多种腐蚀介质都有极好的耐蚀性能，耐各种碱性溶液腐蚀能力超过不锈钢与金属钛，是制造高耐蚀设备，如耐酸碱、耐热泵的首选材料，是替代污染严重，毒性大的铬元素的理想材料。含锆板带转化液与含锆板带钝化剂，以锆作为膜层的主要成膜物质，就是充分发挥了锆的上述优异抗腐蚀性能。
第二，锆的物理性能特优。
锆的原子层结构与钛相似，原子序数为40，锆的熔点高达1852±10℃，属高熔点金属，高纯度的锆的弹性系数为9.82×1010kg/㎡，硬度为64～67HB,抗拉强度极限为(2.3～2.5)×108Pa。含锆板带转化液与含锆板带钝化剂，就是把锆的这些优异物理性能用于板带转化液与板带钝化剂，使之有效提高彩涂板与镀锌板的强度、韧性、耐磨性、塑性等性能。
第三，锆的环保生态性能特好。
锆与人体生物相容性好，不会与人体的血液、骨骼及组织发生作用，故人们用锆来制备某些药剂和药物，如化妆品、皮肤病药、胃药等的添加剂，外科、牙科、医疗器械，神经外科用的销钉，螺丝和头盖板等。含锆板带转化液与含锆板带钝化剂，选用锆作主要成膜物一般都是从环境保护与生态的角度出发，而将含铬板带转化液与含锆板带钝化剂的高品质与环保生态的协调统一的。
②复合金属氧化物板带转化液。
这种板带转化液所形成的转化膜为无定形膜，主要用于镀锌钢板，其溶液成分由一种碱金属离子、多种金属离子与络合剂、稳定剂等组成，其水溶液的pH值一般在12～13之间。其碱度来源主要是碱金属氢氧化物、碳酸盐、磷酸盐、硼酸盐、硅酸盐、聚磷酸盐、焦磷酸盐、乙醇胺等化合物。金属离子有钼、锆、钛、锑、铅、锡、钨、锰、钴、二价铁、三价铁和镍等。
复合金属氧化物板带转化液存在的主要问题是三个，一是溶液的高碱度维护问题，二是使用中所形成的沉渣堵塞喷嘴和泵的问题，三是耐蚀性不理想的问题。
③磷酸锌盐转化液。
这种板带转化液所形成的转化膜是结晶形膜，主要用于镀锌钢板，其溶液中一般含有磷酸、磷酸锌、硝酸盐、镍和氟化物等，其处理温度一般在65℃左右，处理时间一般为5～20s，其转化膜要求薄而致密。如果过厚则可挠性差，后续加工成型过程中易引起涂层脱离、剥落。用于彩涂板的磷酸锌盐，与其它先加工后涂装的磷酸锌转化液(磷化液)有下列区别：一是转化液中所需补充的全部锌，主要靠溶解镀锌层中足够的锌来补充；二是含一定量的氟化物和镍。加入氟化物的目的是通过侵蚀镀层的铝来形成坚固的铝复合物，镍起到加速磷化膜初始速度的作用，同时提高磷化膜的硬度；三是需要加入钠离子，以形成不溶性Na3AlF6沉渣从而去除铝；四是需要加入微量铁，以使镀锌钢板中生成附着力好的磷酸锌膜，当然未镀锌的带钢不用加。
注意：在磷酸锌盐转化液处理中，一方面要注意控制涂层附着力所容许的Al浓度，另一方面要注意控制转化液中Al浓度。由于镀锌层中的的Zn、Al两个成分，溶解到转化槽液中超过溶解度后会形成淤泥，而影响机组的正常运行，加之磷对水质的污染，进而使磷酸锌板带转化液的使用正在慢慢减少。
3.3 环保型板带钝化剂种类
①含锆非铬板带钝化剂。
这种板带钝化剂一般由含锆化合物和其它稀有元素、络合剂、稳定剂、成膜助剂等组成，具有化学性质稳定，环保生态效益好，抗腐蚀性优，废水治理成本低等优点。确保含锆非铬板带钝化剂的抗腐蚀能力，通常还需要添加其它稀有金属元素和添加多种耐蚀助剂。
②含锆三价铬板带钝化剂。
这是充分发挥铬的特殊作用，又消除了六价铬危害的板带钝化剂，其溶液一般由三价铬化合物、锆化合物、稳定剂、络合剂等组成，保留了三价铬化学性质稳定，钝化效果好的优点，对于六价铬的自修复作用，则通过添加其它助剂来解决，消除了六价铬的高毒性与易致癌性的危害。
③其它非铬板带钝化剂。
除了上述环保型板带钝化剂外，还有钼酸盐钝化剂、硅酸盐钝化剂、钨酸盐钝化剂、含钴钝化剂、有机钝化剂和稀土钝化剂等。但多数非铬的环保型钝化剂，均是多种钝化技术的组合。
4 环保型板带处理剂的选择
正确选择环保型非磷板带脱脂剂、非磷非铬板带转化液及非铬板带钝化剂，不仅有助于提高环境保护水平，改善劳动条件，降低废水治理成本，而且更重要的是确保板带的处理质量，提高带钢连续热镀锌镀层的抗潮性与耐蚀性，延长储存时间，增强彩涂板的涂层附着力、抗潮性与耐蚀性。
下面是祥和涂料磷化(成都)总部所属的成都祥和磷化有限公司，在板带处理剂的售前、售中、售后服务中，总结的一些经验与技巧，供顾客在选购环保型板带处理剂时参考。
4.1 选择真正符合排放要求的环保型药剂
要从源头上减轻板带处理过程中的废水治理难度，降低废水治理成本，最简单最有效的方法是，按照废水排放的有关标准，从板带处理剂的选择入手，选择非磷的板带脱脂剂、非磷非铬的板带转化液及非铬的板带钝化剂。例如，选购板带脱脂剂时，尽量选购非磷(无磷)的板带脱脂剂或低磷的板带脱脂剂；选购板带转化液时，尽量选购非磷非铬的板带转化液或低磷与三价铬的板带转化液；选购板带钝化剂时，尽量选购非铬的板带钝化剂或仅含三价铬的板带钝化剂。这样，从板带处理剂这个源头上，将受到国家严格限制的磷元素、铬元素等有毒有害物质彻底根除。
4.2 选择满足质量要求的环保型药剂
环保型板带处理剂的处理质量是人们十分关注的话题，虽然全世界都在致力于环保型非磷(无磷)板带脱脂剂，非铬或仅含三价铬的板带转化液与板带钝化剂的研发，但能真正与含磷的传统板带脱脂剂、含铬的板带转化液、六价铬的板带钝化剂处理质量相当或更优的环保型板带处理剂还是为数甚少。这就导致了一些单位不愿意甚至不敢使用环保型板带处理剂。随着人们环境保护意识的日益加强，特别是有关部门环保监察力度的加强，人们越来越关注并开始使用环保型板带处理剂了。
对于带钢连续热镀锌与采用镀锌钢板的彩涂工艺来说，选购环保型板带脱脂剂时，主要要选购脱脂能力强，去污效果好，处理速度快的非磷(无磷)板带脱脂剂，并根据具体板带油脂多少、污物种类、及生产机组的速度等因素选择。
选购环保型板带转化液时，对于耐蚀性能要求较高的彩涂板，一般选用低锌含锰含镍的三元素体系板带磷化液，当然最好是含锆的板带磷化液；对于耐蚀性要求一般的彩涂板工艺，则可选用非磷非铬的含锆板带复合转化液，当然也可选用钼酸盐板带转化液。
对于带钢连续热镀锌钢板的钝化与彩涂板转化膜处理后的钝化，则可选用耐蚀性较好的含三价铬的板带钝化剂或非铬的含水性树脂的板带钝化剂。
4.3 选择符合工艺的环保型药剂
无论是带钢连续热镀锌还是彩涂板的预处理，生产机组的工艺不同，所选用的板带药剂也不一样。例如，在彩涂板的预处理工艺中，对于淋洗的板带预处理工艺，一般选用非磷非铬或仅含三价铬的板带转化液与非铬或仅含三价铬的板带钝化剂；对于不淋洗的彩涂板预处理而言，则一般选用含铬或仅含三价铬的辊涂板带转化液。
第二，选购槽液稳定性好，化学成分控制简单，对溶液波动性敏感程度低， 不易在储罐管线和各种辊子上形成淤渣或堆积现象的板带处理剂；
第三，选购处理槽液浓度、工艺温度、工艺线速度、涂料固化温度、镀锌层活化程度及涂料类型波动小的板带处理剂。
除了考虑以上因素外，还要考虑板带处理剂的处理成本、满足设备要求、与卷材涂料的配套性、销售单位的售后服务能力等因素。这里要特别指出的是需要重点考察板带处理剂供应商的下述能力：
①售后服务人员的构成、文化结构、处理实际问题的能力；
②售后服务的管理措施及有效性；
③处理带钢连续热镀锌与彩涂板预处理的经验和能力等；
④处理带钢连续热镀锌与彩涂板预处理实际问题的技术能力；
⑤公司的经济实力和供货能力；
⑥质量体系证书和内部管理水平。
5 小结
综上所述，环保型板带处理剂，是随着人们环保意识的加强与有关部门对磷与铬的排放严格限制下产生的，常见的环保型板带处理剂各有其特点，在选购环保型板带处理剂产品时，除了考虑板带处理剂的环保性能外，还应考虑处理质量要求与符合本单位的带钢连续热镀锌或彩涂板生产机组、用户对热镀锌板或彩涂板的性能要求等因素。 |
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