鋁離子對鋁陽極氧化膜染色的影響

林忠達(dá)，江富誠，張政乾*，林舜得

（臺(tái)灣永光化學(xué)工業(yè)股份有限公司，臺(tái)灣 桃園 033759）

【經(jīng)驗(yàn)交流】

鋁離子對鋁陽極氧化膜染色的影響

林忠達(dá)，江富誠，張政乾*，林舜得

（臺(tái)灣永光化學(xué)工業(yè)股份有限公司，臺(tái)灣 桃園 033759）

分別在25 °C和55 °C下考察了染色液中鋁離子（氯化鋁或硫酸鋁）添加量對鋁陽極氧化膜上色力度的影響。結(jié)果表明，鋁離子的加入會(huì)使染液產(chǎn)生沉淀，進(jìn)而導(dǎo)致染液的濃度下降，影響上色的力度。強(qiáng)調(diào)了工件經(jīng)過陽極處理后清洗的重要性，可以有效避免殘留在工件上的鋁離子被帶入染色槽中，從而延長染色槽的使用壽命。

鋁；陽極氧化；染色；鋁離子；上色力度

First-author’s address: Everlight Chemical Industrial Corporation， Taoyuan 033759， Taiwan

鋁陽極氧化工藝的運(yùn)用在現(xiàn)今社會(huì)中已極為廣泛，而鋁陽極氧化產(chǎn)品的好壞取決于陽極氧化的工藝條件，因此對鋁陽極氧化工藝中影響最大的陽極氧化槽條件已有相當(dāng)多的研究，其中包括陽極氧化槽中鋁離子對陽極氧化膜生成的影響。但是，關(guān)于染液中的鋁離子對鋁陽極氧化膜染色的影響的研究較為罕見。本文將對此進(jìn)行探討。實(shí)驗(yàn)選用了2種鋁鹽，并以不同濃度添加到染液中，借此了解鋁離子對染色的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1. 1 材料

試片：1050型鋁片（40 mm × 50 mm × 0.5 mm）。

藥劑：NaOH，Na2CO3，H2SO4（98%），AlCl3·6H2O，Al2（SO4）3·（14 ～ 18）H2O，Z701封孔劑。

染料：EVERANOD RED SL-01。

1. 2 實(shí)驗(yàn)裝置

（1） Human DC Power Supply直流電源整流供應(yīng)器，30 V、20 A。

（2） 勝興儀器P-20冷卻水循環(huán)裝置，0 ～ 30 °C。

（3） DENG YONG G-20恒溫槽，30 ～ 99 °C。

（4） Precisa XS 625M電子天平，精度0.1 mg。

（5） Macbeth?Color-Eye 3100測色儀，孔徑LAV，公式CMC（2.00:1）。

（6） PerkinElmer Optima 5300DV電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES），對鋁離子的檢測極限為100 μg/L。

（7） JASCO V-650紫外可見分光光度計(jì)。

1. 3 實(shí)驗(yàn)方法

1. 3. 1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

分別使用AlCl3和Al2（SO4）3作為鋁離子來源，以不同添加量進(jìn)行試驗(yàn)，并將陽極氧化時(shí)間、溫度納入考慮，再經(jīng)由測色儀檢測其上色的力度，然后以JMP統(tǒng)計(jì)分析軟件找出相關(guān)性及確認(rèn)影響因子，以便分析研究。

1. 3. 2 前處理

（1） 堿處理：將鋁片浸泡于55 °C的10 g/L NaOH（40%）+ 20 g/L Na2CO3溶液中脫脂3 min，然后水洗。

（2） 酸中和：室溫下浸泡在體積分?jǐn)?shù)為20%的HNO3溶液中30 s，然后水洗。

1. 3. 3 陽極氧化

將前處理后的鋁片置于20 °C的20% H2SO4溶液中，在電流密度1.3 A/dm2下分別陽極氧化20、30和40 min，然后水洗。

1. 3. 4 染色

將鋁片分別浸泡在25 °C和55 °C的1 g/L染液中，陽極氧化時(shí)間20、30和40 min所對應(yīng)的染色時(shí)間分別為1、3和15 min，染色后水洗。

1. 3. 5 封孔

將鋁片浸泡于70 °C的5 g/L Z701溶液中15 min，然后水洗、烘干。

1. 3. 6 上色力度檢測

以測色儀測定上色力度，力度是指標(biāo)準(zhǔn)品的吸收速率與樣品吸收速率之比。本文中的標(biāo)準(zhǔn)品是指鋁離子添加量為0 mg/L的樣品，其力度定為100。

使用業(yè)界常用的D65光源，包含鏡面光方式進(jìn)行數(shù)據(jù)測定，以求數(shù)據(jù)的正確性。

1. 3. 7 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)染料上色力度，利用JMP統(tǒng)計(jì)軟件找出相關(guān)性與其趨勢判定。

2 結(jié)果與討論

采用全因子試驗(yàn)，分別探討不同鋁鹽［包括AlCl3和Al2（SO4）3］、鋁離子添加量（分別為0、9.2、18.4、27.6、36.8和46.0 mg/L）、染色溫度（25 °C或55 °C）及陽極氧化時(shí)間（20、30或40 min）對染液上色力度的影響，利用JMP統(tǒng)計(jì)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，初步篩選出較重要的因子，其結(jié)果見表1和圖1?？梢钥闯雒總€(gè)因子皆與力度有相關(guān)性，但是各因子間并無相關(guān)性。其中，鋁鹽種類與力度的相關(guān)性最低，說明鋁鹽種類對力度的影響不大，所以在后續(xù)的討論中僅挑選AlCl3所測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析探討，。

表1 不同因子與上色力度的相關(guān)性分析數(shù)據(jù)Table 1 Data for analysis of the correlation of color strength with different factors

在不同染色溫度下所測得的力度如圖 2所示?？梢钥闯觯S著鋁離子添加量的增加，力度減小，但是當(dāng)染色溫度提高時(shí)，力度減小的幅度就有變緩的趨勢，特別是在染色溫度55 °C、陽極氧化時(shí)間40 min時(shí)，鋁離子添加量的多寡對力度的影響更不明顯。

利用JMP進(jìn)行全因子的回歸分析，希望能找出并確認(rèn)影響力度的重要因子，相關(guān)結(jié)果見表2、圖3和表3。從表2中的可決系數(shù)可知實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有高度的一致性，且是可信賴的（一般而言R2＞0.7為可信賴），另外從圖3也可以看出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散性小，一致性高。而表3表明，除了鋁離子添加量外，陽極氧化時(shí)間在20 min、30 min時(shí)跟染色溫度在25 °C時(shí)以及三者間的二階交互作用項(xiàng)也是對力度影響顯著的重要因子。換言之，當(dāng)陽極氧化時(shí)間越久、染色溫度越高，力度的變化就越不明顯，這驗(yàn)證了在圖2中所看到的力度的變化趨勢。

圖1 不同因子與上色力度的相關(guān)性分析圖Figure 1 Diagram for analysis of the correlation of color strength with different factors

圖2 染色溫度分別在25 °C和55 °C時(shí)染液中鋁離子添加量對上色力度的影響Figure 2 Effect of the dosage of aluminum ions in dyebath on color strength when dyeing at 25 °C and 55 °C， respectively

表2 回歸分析結(jié)果Table 2 Result of regression analysis

圖3 上色力度預(yù)測值與實(shí)測值的對比Figure 3 Comparison between predicted and measured color strengths

表3 各因子的顯著性分析Table 3 Analysis of significance of factors

在染液中添加鋁離子之所以會(huì)影響上色力度的原因在于一般染料分子本身含有許多陰離子基團(tuán)，因此當(dāng)像鋁離子這樣帶三價(jià)正電、電荷密度高的陽離子進(jìn)入染液之中，染料分子就很容易因正負(fù)電相吸引而沉淀，導(dǎo)致染液濃度降低，影響到上色。

在實(shí)驗(yàn)中的確觀察到上述沉淀現(xiàn)象。為了確認(rèn)該沉淀物為鋁離子及染料分子所生成，在將鋁離子添加到染液后，隨即測量其吸收光譜（波長范圍200 ～ 800 nm），并記錄其最大吸收值（在515 nm），再利用ICP-OES測量染液中的鋁離子含量，其結(jié)果見圖4。從圖4中可以看到，未添加鋁離子時(shí)染液中已含有少量鋁離子，但隨著鋁離子添加量的增多，染液中的鋁離子含量并未明顯增加，反而是染液的吸收度逐漸減小。這證實(shí)了染液中的鋁離子與染料分子發(fā)生了結(jié)合而沉淀在染色槽的底部。

圖4 添加鋁離子后染液中實(shí)際的鋁離子濃度及其吸光度Figure 4 Actual concentration of aluminum ions in dyebath after adding with different amounts of aluminum ions and their absorbance

3 結(jié)論

在本實(shí)驗(yàn)里，當(dāng)鋁離子添加到染液時(shí)，可以明顯看到沉淀產(chǎn)生，進(jìn)而導(dǎo)致染液的濃度下降，影響到染色的力度。而這也間接證實(shí)了鋁陽極氧化工藝現(xiàn)場的染色槽在經(jīng)長期使用后槽底所發(fā)現(xiàn)的沉淀物應(yīng)該就是鋁離子與染料分子所結(jié)合生成的，只是沒有像在小型試驗(yàn)中那么容易被觀察到，尤其是黑色或深色系的染液，使用時(shí)間更長、更頻繁，有可能只有在更換槽液才會(huì)發(fā)現(xiàn)底部有沉淀。因此，工件經(jīng)過陽極氧化處理后的清洗顯得十分重要，可以有效避免殘留在工件上的鋁離子帶入染色槽中，延長染色槽的使用壽命。

［ 編輯：溫靖邦 ］

Effect of aluminum ion on dyeing of anodic oxidation film on aluminum

LIN Chung-Ta， CHIANG Fu-Cheng，

CHANG Cheng-Chien*， LIN Shun-Te

The effect of the amount of aluminum ions added as aluminum chloride or sulfate in dyebath on color strength of anodic oxidation film on aluminum when dyeing at 25 °C and 55 °C respectively were studied. The results showed that the addition of aluminum ions to dyebath results in the decrease of dye concentration and color strength of anodic oxidation film due to the formation of precipitates in the dyebath. The importance of cleaning after anodic oxidation was emphasized， which can effectively avoid the drag-in of aluminum ions from the surface of workpiece to dyebath and thus extend its service life.

aluminum； anodic oxidation； dyeing； aluminum ion； color strength

TG174.451

A

1004 - 227X （2016） 03 - 0141 - 04

2015-08-05

2015-12-28

林忠達(dá)（1986-），男，臺(tái)灣云林縣人，臺(tái)灣師范大學(xué)化學(xué)研究所畢業(yè)，工程師，主要從事鋁陽極氧化研究。

張政乾，副理，（E-mail） graham@ecic.com.tw。