鋁離子對鋁陽極氧化膜染色的影響

林忠達，江富誠，張政乾*，林舜得

（臺灣永光化學工業股份有限公司，臺灣 桃園 033759）

【經驗交流】

鋁離子對鋁陽極氧化膜染色的影響

林忠達，江富誠，張政乾*，林舜得

（臺灣永光化學工業股份有限公司，臺灣 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。結果表明，鋁離子的加入會使染液產生沉淀，進而導致染液的濃度下降，影響上色的力度。強調了工件經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用在現今社會中已極為廣泛，而鋁陽極氧化產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。本文將對此進行探討。實驗選用了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 實驗

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 實驗裝置

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

（2） 勝興儀器P-20冷卻水循環裝置，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。

1. 3 實驗方法

1. 3. 1 實驗設計

分別使用AlCl3和Al2（SO4）3作為鋁離子來源，以不同添加量進行試驗，并將陽極氧化時間、溫度納入考慮，再經由測色儀檢測其上色的力度，然后以JMP統計分析軟件找出相關性及確認影響因子，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數為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，陽極氧化時間20、30和40 min所對應的染色時間分別為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，力度是指標準品的吸收速率與樣品吸收速率之比。本文中的標準品是指鋁離子添加量為0 mg/L的樣品，其力度定為100。

使用業界常用的D65光源，包含鏡面光方式進行數據測定，以求數據的正確性。

1. 3. 7 數據分析

根據染料上色力度，利用JMP統計軟件找出相關性與其趨勢判定。

2 結果與討論

采用全因子試驗，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）及陽極氧化時間（20、30或40 min）對染液上色力度的影響，利用JMP統計軟件對數據進行相關性分析，初步篩選出較重要的因子，其結果見表1和圖1?？梢钥闯雒總€因子皆與力度有相關性，但是各因子間并無相關性。其中，鋁鹽種類與力度的相關性最低，說明鋁鹽種類對力度的影響不大，所以在后續的討論中僅挑選AlCl3所測得的數據進行分析探討，。

表1 不同因子與上色力度的相關性分析數據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?，隨著鋁離子添加量的增加，力度減小，但是當染色溫度提高時，力度減小的幅度就有變緩的趨勢，特別是在染色溫度55 °C、陽極氧化時間40 min時，鋁離子添加量的多寡對力度的影響更不明顯。

利用JMP進行全因子的回歸分析，希望能找出并確認影響力度的重要因子，相關結果見表2、圖3和表3。從表2中的可決系數可知實驗數據具有高度的一致性，且是可信賴的（一般而言R2＞0.7為可信賴），另外從圖3也可以看出實驗數據的離散性小，一致性高。而表3表明，除了鋁離子添加量外，陽極氧化時間在20 min、30 min時跟染色溫度在25 °C時以及三者間的二階交互作用項也是對力度影響顯著的重要因子。換言之，當陽極氧化時間越久、染色溫度越高，力度的變化就越不明顯，這驗證了在圖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 回歸分析結果Table 2 Result of regression analysis

圖3 上色力度預測值與實測值的對比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，因此當像鋁離子這樣帶三價正電、電荷密度高的陽離子進入染液之中，染料分子就很容易因正負電相吸引而沉淀，導致染液濃度降低，影響到上色。

在實驗中的確觀察到上述沉淀現象。為了確認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，其結果見圖4。從圖4中可以看到，未添加鋁離子時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。這證實了染液中的鋁離子與染料分子發生了結合而沉淀在染色槽的底部。

圖4 添加鋁離子后染液中實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 結論

在本實驗里，當鋁離子添加到染液時，可以明顯看到沉淀產生，進而導致染液的濃度下降，影響到染色的力度。而這也間接證實了鋁陽極氧化工藝現場的染色槽在經長期使用后槽底所發現的沉淀物應該就是鋁離子與染料分子所結合生成的，只是沒有像在小型試驗中那么容易被觀察到，尤其是黑色或深色系的染液，使用時間更長、更頻繁，有可能只有在更換槽液才會發現底部有沉淀。因此，工件經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（1986-），男，臺灣云林縣人，臺灣師范大學化學研究所畢業，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。