成果展示

淺談鋁陽極氧化膜的化學染色

發布時間: 2014-03-23 18:04:25 來源:五金氧化分公司 羅躍鵬

要:介紹了化學染色機理,從化學預處理、氧化、染色、封孔等方面詳細分析了生產過程中影響染色效果的各種因素,從而闡明好的染色效果是集各步驟上乘工作質量之大成。

關鍵詞:陽極氧化膜 化學染色 機理 影響因素

Abstract: introduce the principles of anodize. Analysis the factors that affect the pre-treatment, anodize, coloration, and hole sealing. Good anodize needs perfect work on each above steps.

Key words: Anodize film hemical coloration rinciples actors

鋁的陽極氧化膜(一般指直流硫酸陽極氧化膜)通常是無色透明的多孔型膜,利用陽極氧化膜的微孔可以方便地實現著色處理。陽極氧化膜的著色有很多方法,工業化著色的方法大體可以分為三類:整體著色、電解著色和化學染色。

整體著色也稱自然發色,由于該方法能耗大、成本高、色種有限目前己很少使用。電解著色是以硫酸透明陽極氧化膜為基礎。在含金屬鹽的溶液中用直流或交流進行的著色處理。電解著色耐磨、耐蝕、耐光。但工藝成熟易控制的色調僅有古銅、黑色、金黃、棗紅等幾種,而且成本較高。目前一般在建材工業中應用?;瘜W染色亦稱吸附著色,由于陽極氧化膜孔隙率高、吸附能力強、易染色的特點,此種染色法便應運而生。染色法的上色速度快,操作簡單方便,顏色特別豐富而色澤鮮艷。隨著鋁制品的工業應用(室內)與日常生活運用范圍的不斷擴大,化學染色的方法以獨特的優勢得到迅速發展和廣泛應用。

本文結合實際工作所遇到的各種問題,簡要談談化學染色的影響因素。

一、化學染色基礎

化學染色可分為有機染料染色和無機染料染色,后者由于顏色有限等原因,在生產中很少使用,化學染色主要是指有機染料染色。鋁陽極氧化膜的化學染色主要取決于三種因素的相互作用:

1、氧化膜的多孔性和孔壁具有活性;

2、染料具有表面活性;

3、氧化膜孔對染料有吸附能力。

由于化學染色是在鋁陽極氧化膜孔中進行的,因此染色膜層要求具有足夠的孔隙率,同時膜孔內壁保持有一定的活性。鋁在硫酸溶液中得到的直流陽極氧化膜無色透明而多孔,最適宜于染色,用于染色的氧化膜需具有一定厚度,一般裝飾性染色氧化膜厚度為712um,較薄的膜層只能染很淺的顏色,而多孔膜厚達到12um時,只要著色條件適當,一切需要的色調都可以染得出來。

學染色一般都是在水溶液中進行,要求選用的染料能溶于水,所有水溶性有機染料均具有表面活性,這就使染料在水溶液中有向鋁氧化膜表面聚集的趨勢,因為染料分子中高比率的碳氫結構產生疏水作用,使染料分子有從水介質中逃逸而向膜表面聚集的趨勢。同時,染料與膜之間的張力小于水與膜之間的張力,也使染料有向陽極膜溶液界面聚集的趨勢,這些特點還使鋁陽極膜在染液中的吸附具有了自稀溶液中吸附的特性。

化學染色遵循物質的吸附理論,吸附包括物理吸附和化學吸附。氧化膜的組成是非晶態的氧化鋁,其靠近鋁基體的為致密的阻擋層,上面生長著呈喇叭狀向外張開的多孔型結構,表現出優良的物理吸附性能,染料分子進入膜孔時,就吸附在孔壁上。染色在發生物理吸附的同時也進行著化學吸附,而且以化學吸附為主。由于染料分子性質和結構不同,化學吸附有形成共價鍵、氫鍵和生成絡合物等方式。其吸附力大于物理吸附,化學吸附要在一定溫度中進行。所以有機染料染色通常要求在中溫中進行。

二、化學染色工藝流程

化學預處理 → 清洗 → 陽極氧化 → 清洗 → 酸活化或中和 → 清洗 → 染色 → 清洗 → 封孔 → 烘干

從工藝流程可以看出,化學染色比陽極氧化膜的其他著色法簡單易操作,但是化學染色的質量受氧化膜性能、染料、陽極氧化工藝及前后工序的影響非常大。這便是鋁陽極氧化的處理工藝的固有特點:過程中的每道工序都是承上啟下的,一環扣著一環,如果其中某環節出現問題,都會影響最后的著色效果和質量。

三、化學染色影響因素分析

1、材質的影響

化學染色鋁材材質的金相結構有差別(如晶粒大小不一或嚴重偏析等),合金成分中的硅或其他雜質含量較高,合金的膜層就會發暗,染色后同正常材質的顏色會有色差。日常氧化生產中,同一掛料中的工件有亮有啞,就往往是鋁材質問題:可能是合金成分問題,也可能是熔鑄與擠型加工過程工藝參數變化的緣故。

2、化學預處理的影響

化學預處理包括化學除油、堿蝕或化學拋光和中和(出光),化學除油一般有酸性除油、堿性除油和有機溶劑除油。除油目的是清除鋁表面的油脂和灰塵等污染物,以使堿蝕比較均勻,除油不徹底或效果不好,往往以油堆形式出現(油堆處無氧化膜),導致產品外觀質量不合格。

染色鋁材的堿蝕大都是在氫氧化鈉與硝酸鈉組合的強堿液中進行,這是一種均勻的普遍腐蝕,鋁材在熱的堿液中發生如下反應:

Al2O3+2NaOH 2NaAlO2+H2O

2Al+2NaOH+2H2O 2NaAlO2+3H2

8Al+5NaOH+3NaNO3+2H2O 8NaAlO2+3NH3

基于上述反應,鋁在堿液中堿蝕后,顯露出純凈的金屬基體,鋁材厚度均勻減薄,并調整表面光亮度,由于用藥量與比例,溶液中鋁離子含量,溶液溫度與堿蝕時間等的差別,會導致堿蝕產品表面的亮啞不同。由此,氧化染色后的色感就會不一樣,產生色差。

化學拋光能使鋁材表面光亮,但由于材質的差別,拋光液成分(比例)差別,拋光液溫度與拋光時間控制的不同都將引起拋光料的亮度不同.從而產生色差。

實際生產中要求前處理操作人員有一定的工作經驗,能據堿蝕或化學拋光表面的異常判斷引起異常的原因,并能有針對性的解決。生產過程需對每掛料作表面亮啞檢查,為產品顏色一致提供良好的基礎。

3、陽極氧化與清洗的影響

前已述及,多孔型陽極氧化膜是染色的基礎,因而陽極氧化的工藝參數變化對染色影響很大。工藝參數包括電源的紋波系數、電解電壓、電流密度、電解液硫酸的濃度、溫度、氧化時的極比、極距、槽液體積與氧化面積比、氧化面積(整槽的和一掛料的)夾具導電性等等。

正常情況下,氧化的電解電壓(定電壓)、硫酸濃度與溫度等是已設定的,一般變化不大。在生產中如果兩個氧化槽的工藝參數一樣,做同樣顏色有色差可能是電源的問題;如果同一時間槽內氧化面積太大,可能造成槽液體積與氧化面積比超出正常,電流密度降低,氧化的極比發生較大的改變等等,這樣將難免造成色差;同一掛料中,兩端產品(靠近陰極)比中間的顏色深,這主要是極距不同所致,這種情況加上槽液攪拌不均勻,往往會引起較大的色差;氧化時大多使用鈦夾具,由于鈦的導電性能不是很好,當一掛料的面積太大時,將會引起夾具發熱,發熱的鈦導電性更差,此時氧化料的電流密度就會降低,從而引起色差,這樣情況的氧化膜質量也是比較差的。

氧化后用弱堿性溶液中和處理去殘酸,有利于提高染色效果,也可以在5%左右的硝酸液或其它酸性溶液酸化以除去膜表面的膠體氫氧化鋁,有益于染色。

鋁陽極氧化后,氧化膜微孔中充滿著氧化溶液和生成的鋁鹽,在染色前必須進行清洗,由于溶液中物質的移動有對流和擴散兩種方法,在對流過程中全部溶液包括溶解的物質一起移動,攪拌是對流的一種形式,擴散過程的驅動力是濃度梯度,微孔中的殘留液是完全不可能攪拌到的,擴散才是唯一方法。水洗作用只限于確保微孔以外硫酸與鋁鹽的濃度盡可能的低,以增大微孔中驅動擴散的濃度梯度,因此攪動水溶液和清洗適當長的時間是保證清洗質量的條件,清洗不干凈,染色就會出現花臉或斑點,還可能污染染色液。

日本提出的電解中和處理是徹底清洗微孔中殘留酸液的有效方法,尤其對于具有深孔和盲孔的零部件,同時這種方法可以明顯提高陽極氧化膜的耐腐蝕性能。

4、染色工藝影響

1)染料

染料(有機)是一類能將其他基質染成一定顏色的有色有機化合物,大部份染料是為紡織染色而研發的。

選作鋁陽極氧化膜染色的染料應具優良的使用性能,如水中溶解性好,對水質不敏感,能在室溫下染色,最好不需調節PH值,上色快而均勻,對封閉要求不苛刻等,最好是各種條件都能滿足的"傻瓜"染料。由于鋁陽極氧化膜壁呈正電性,所以染料應優先選擇顯負電性的陰離子型染料,同時要求有較好的耐光性,色澤鮮艷與陽極氧化膜吸附牢固的特點。

一般地,染料分子中具有磺酸基、水楊酸基、羧酸基、羥基,硝基等,是可以用于陽極氧化膜染色的必要條件。

2)染色液的配制

配制時稱取計算量的有機染料,先用少量熱蒸餾水或去離子水調成糊狀,再?。保氨读康臒崴厰嚢柽吋尤氲胶凉{內,必要時加熱煮沸30min,直至完全溶解為止,染料溶解時加熱到足夠高溫度很重要,有時染色發花往往就是染料溶解不充分造成的。此時將染液加熱處理,發花現象就會消失。

3)染液成分含量

工業用染料是原染料經過混合,研磨,調色及加助劑等商品化加工后的產品,實際上所有染料都是混合物,由于各種染料上染速率有差別,染液使用一段時間后.其中各成分的含量就可能發生變化,導致染色產品出現顏色偏差。

進行染料調配拼色時,理論上要求用同一類型染料調配,只有染料親和力,擴散力,堅牢度和耐曬度等性能相似,上染速度相近的同一類染料拼色時才能保證良好的染色質量。但在實際應用中,往往只考慮顏色是否符合要求,沒有注意其他性能的匹配,因此很多混合染液的成分容易發生變化,造成顏色不穩定,染液維護困難。

確定染液中的主要成分,可以用分光光度法,分光光度法測定單一染料效果較好,但由于其靈敏度和精確度的限制,對于調色光的微量成分的測定,結果難能滿足應用要求;測定混合染液時,混合成分比例接近時測量準確度較好,而對于比例相差較大的,準確度不高。

4)染液溫度

染色可冷染或熱染,這主要根據染料的性質及工藝要求而定,染色溫度一般可控制在25-60,50-60最佳,實際生產中為了降低生產成本和易于控制顏色,往往采用室溫染色(20℃以上),這對于大多數染料是可行的,但也有少數染料特別是一些混合染料,常溫染色與加溫染色的顏色相差很大,有時常溫染色會得到怪怪的顏色,而且不均勻,這可能是由于染料在較低溫度下形成了分子聚合體,使得各成分不能混合均勻。

由于溫度高有利于化學吸附,因此也有利于色牢度。

5)染液PH

水中有機物的分子離解度和絡離子配位數都與PH值有關,即使采用同一種染料,由于染液的PH值不同,會變成完全不同的物質,使染色的色調和耐曬度等發生變化,對于大多數染料來說,最佳染色PH值范圍為5-6(見表1、表2)。

1 PH值對鋁黑MLW耐曬度的影響(濃度10g/l 60 染色15min)

2 染液PH值對色調的影響

6)染色時間

染色時間通常為515min,染淺色時間短到23min也可,但是時間太短時,只能染成淺色,且易褪色,還會影響耐曬度。倒不如采用低濃度的染液,延長染色時間。同時,相對長些染色時間有利于減少色差。

7)染液中雜質離子的影響

硬水中的陽離子和陰離子都對染色產生不利影響,如果染液采用去離子水配制,壽命一般很長,但在實際生產中不可避免地會混進其他雜質,影響染液的性能。

由于各種原因,染液難免混入硫酸鹽,少量硫酸鹽不會有明顯影響,但帶進硫酸鹽太多(1g/L
以上)會使染色明顯減慢。這種影響隨染料離子中磺酸基團數量的增加而增加。

染液中混進氯化物時,由于氯離子很小,能相對容易地滲透進氧化膜微孔中,阻止染色。它是引起電蝕點(白點)的主要原因,這是近海工廠經常遇到的問題。

其他如磷酸鹽、氟化物等帶入染色液也會嚴重影響染色。

8)封孔

陽極氧化膜的封孔處理是提高耐腐蝕性和使用壽命的必要條件,對于染色膜,還有提高色澤牢固度和耐曬度的作用。但是由于有機染料一般吸附在微孔的孔口,很難進入微孔的底部,從而影響了微孔的封閉,使封孔質量很難達到理想水平。封孔時還會釋放出部分染料,進入封孔液,封孔液中的染料又會同封孔劑一起進入膜孔。如此,既影響封孔效果,又造成染色件的顏色改變。

由于氧化膜的無色透明,從材質到加工最后工序的各環節的質量,都會在產品的顏色效果中表現出來,只有各環節的工作質量合格,才能保證最后的產品合格?;瘜W染色法能使產品顏色豐富多彩,滿足了人們的審美情趣,隨著鋁制品應用的不斷開發,化學染色運用越來越廣泛,要求越來越高,如能設法改善染色膜的耐光性和提高染色膜的封孔性能,將會大大拓展染色膜的應用空間。



欧美乱妇无码大片在线观看_欧美毛片性情免费播放_欧美人与动交片免费播放