環保無鉻Sol-gel水性/溶劑型防蝕塗料

 

領域別:化學化工日期:2021/1/29
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■ 技術說明
六價鉻Cr+6 廣泛被使用於金屬防蝕,隨著歐盟於2002 年訂定廢電子電機設備指令(Waste Electronics and Electrical Equipment; WEEE) 與電子電機設備中危害物質禁用指令(Restriction of the use of certain Hazardous Substance in EEE; RoHS) 後(歐洲RoHS 指令2002/95/EC) ,歐洲議會通過法規要求2006 年7 月1 日起實施商品禁止含有鎘、六價鉻、汞及鉛,美國、中國及日本等也都相繼於2006 年後開始限制六價鉻的使用。由於六價鉻為致癌物質,產品廢棄後會被水氣緩慢溶出,再經由地下水引入自然環境中,不僅造成健康損害或遺傳性基因缺陷,對環境也有永久危險性,至於六價鉻被禁用後,三價鉻化成處理為主要替代防蝕處理方式,但此類化成皮膜均有表面粗糙或結晶鬆散等缺點,使其防蝕性遠不如六價鉻化成皮膜,加上三價鉻仍有毒性疑慮,未來發展完全無鉻的防蝕皮膜將是必然的趨勢。
 
工研院材化所為了發展環保自癒合無鉻防蝕塗料,以溶膠- 凝膠(Sol-gel) 有機無機混成合成技術,將奈米SiO2 導入環氧樹脂中,並利用自癒合之腐蝕抑制劑(Corrosion Inhibitor) 來增加防蝕效果,在鍍鋅鐵片、鋁片等金屬上可大幅提升防蝕性。本技術已成功應用於鍍鋅鋼與鋁表面處理,並減少金屬防蝕皮膜製程90% 以上廢水,解決目前採用磷酸、鉻酸鹽皮膜,廢水優養化和環境毒性危害的問題。
 
■ 技術特徵
本專利藉由三烷氧基矽烷(Trialkoxysilane)、四烷氧基矽烷(Tetraalkoxysilane)、觸媒進行溶膠-凝膠(Sol-gel) 反應,並透過四烷氧基矽烷及三烷氧基矽烷的比例以及反應的pH 值,控制分子線性與網狀交聯程度,而合成同時具有部分線性與部分網狀結構的無機防蝕樹脂材料,利用其高無機含量而使所形成的無機鈍化保護膜具有耐蝕性佳、耐熱性佳、硬度高等優點。除此之外,並導入自癒合腐蝕抑制劑技術,更能提升其耐蝕效果。且一般用於表面處理的鈍化皮膜通常利用無機鹽類將金屬表面氧化形成化學金屬複合氧化物皮膜層,雖可達到鈍化防蝕的目的,但通常製程是使用金屬無機酸鹽處理液,例如:磷酸鋅、硝酸鈉或重鉻酸鉀等酸性處理液,並且常使用浸塗,故需要大量處理液與浸泡槽,不但增加廠區酸性污水處理費用,酸性蒸氣也對操作人員造成危害。
 
由於導電度需求,此類無機鹽類防蝕皮膜厚度約3μm以下,除六價鉻皮膜外,其餘的防蝕性僅48~96小時。然而,本專利所提供的無機鈍化保護膜利用磷酸酯改質,可以不添加無機酸鹽類,且其膜厚≦ 20μm 即可達到相當理想防蝕性與表面導電度需求,符合電子產品用鋼板對表面導電度1mΩ/sq 的需求。
 
■ 技術規格
   ► 鍍鋅鋼板耐鹽霧 ≧ 200小時
   ► 通過 500˚C熱處理 1分鐘耐熱性
   ► 硬度高 ≥ 4H
 
■ 應用範圍/領域
   ► 建築材料如鋁門窗、金屬建築屋頂與外牆
   ► 3C金屬外殼
   ► 航太、船舶、汽車車體防護
 
■ 技術成果
1. 溶劑型環保無鉻Sol-gel 防蝕塗料(ITRI Sol-gel coating Cr+6 Free)
溶劑型無機鈍化保護膜可於金屬表面形成良好的接著性、耐熱性、耐蝕性等鈍化保護,經過中性鹽霧試驗(Salt Spray; SST),其表面5% 白鏽產生的時間延長到400 小時以上,其耐蝕性可提升五倍以上。
 
表一、材化所之環保無鉻Sol-gel 溶劑型防蝕塗料與市售商品之鹽霧測試比較
表一、材化所之環保無鉻Sol-gel 溶劑型防蝕塗料與市售商品之鹽霧測試比較
 
表二、環保無鉻Sol-gel 溶劑型防蝕塗料塗佈於鍍鋅鋼上之鹽霧防蝕測試
表二、環保無鉻Sol-gel 溶劑型防蝕塗料塗佈於鍍鋅鋼上之鹽霧防蝕測試
 
2. 水性環保無鉻Sol-gel 防蝕塗料(ITRI Sol-gel + V+5 /Cr+6 Free / water-based)
工研院材化所藉由導入五價釩離子後的水性自乳化 Sol-gel 防蝕塗料(ITRI Sol-gel + V+5),可以取得比含六價鉻Cr+6 防蝕塗料還要好的防蝕效果。經ASTM B117 破壞性的鹽霧試驗,從原有的23小時可提升到96小時,非破壞的鹽霧試驗耐蝕效果達201小時,如下表所示,均高於目前市售六價鉻或無鉻有機塗料,而且具有與六價鉻類似的自癒合能力。
 
表三、工研院材化所之水性環保無鉻Sol-gel 防蝕塗料與市售產品之性能比較
表三、工研院材化所之水性環保無鉻Sol-gel 防蝕塗料與市售產品之性能比較
 
■ 專利/技術資訊
專利組合名稱:環保無鉻Sol-gel水性/溶劑型防蝕塗料
專利標的:材料
專利組合案件數:2案6件
專利/技術成熟度:試量產(水性防蝕塗料)/雛型(溶劑型防蝕塗料) 
技術發展潛力:70% ~ 85%
國別分布:TW、US、CN
合作方式:專利讓與/授權、技術授權、合作開發
 
■ 洽詢窗口
工研院 材料與化工研究所  康靜怡   
Tel:03-5916928、Email:kang@itri.org.tw

 


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