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环氧丙烯酸阴极电泳涂料的研制及涂装工艺对涂膜性能的影响

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-16  浏览次数:760

关 键 词:阴极电泳涂料;涂装工艺;环氧树脂;接枝共聚;自交联

作    者:李田霞,陈峰

内  容:

(1.武汉大学东湖分校生命科学与化学学院,湖北武汉430212;2.武汉职业技术学院机电工程学院,湖北武汉430074)

[摘要] 通过接枝共聚的方法在环氧树脂主链上接枝丙烯酸酯类单体,再配以其他物质合成出自交联的阴极电泳涂料用的丙烯酸接枝环氧树脂,以此为主体树脂制备出白色的电泳涂料。探讨了阴极电泳涂料的电泳工艺参数时涂膜性能的影响。结果表明:在电泳电压为90 V左右,漆液固体分为16%,pH值为5.8,电泳时间为2.01~3.0min条件下,可获得性能较好的电泳涂膜。

[关键词] 阴极电泳涂料;涂装工艺;环氧树脂;接枝共聚;自交联

[中图分类号] TQ633  [文献标识码]A   [文章编号]1001 -1560(2011)01 -0035 -03

0前言

阴极电泳涂料以优异的耐腐蚀性能、高泳透率和高库仑效率而大量用作防锈底漆,尤其在汽车涂装方面[1]。用丙烯酸酯单体接枝[2,3],改性环氧树脂作阴极电泳涂料基体树脂,既有环氧树脂的高模量、高强度、耐化学品性及优良的防腐蚀性,又兼有丙烯酸树脂的光泽、丰满度、耐候性好等特点。以其为基料的树脂在汽车、建材、五金、家电等涂装领域得到广泛应用[6]。阴极电泳涂装发展于20世纪70年代,30多年的实际应用已显示出优质、经济及安全等优点,现已全面取代阳极电泳涂装,广泛应用于汽车及各类家电产品的表面涂装。电泳涂装过程中电泳工艺参数的选择合适与否,对电泳涂膜性能有很大影响,因而对电泳涂装过程的研究一直是国内外广为关注的课题,尤其是在大规模的汽车涂装线上[7,8]。本工作以环氧树脂为母体,接枝丙烯酸单体形成主体树脂,配以其他物质经离子化反应得到阴极电泳涂料,重点研究了电泳工艺参数对电泳涂膜厚度和性能的影响。

1试验

1.1 阴极电泳涂料的制备

(1)环氧丙烯酸阳离子树脂合成在三口瓶中按

表1配比加入环氧树脂和25.0%二甲苯,加热并用JJ一4型六联电动搅拌器搅拌升温到110℃左右,在2h内滴加丙烯酸酯为0.4%~0.5%的引发剂过氧化苯甲酰(化学纯,BPO)及16.0%助溶剂乙二醇丁醚,降温至100℃左右,滴加主体树脂l2.5%二乙醇胺,在0.5 h滴完,保温反应2h使树脂充分开环,降温至50℃左右用乙酸中和至pH =6.0左右,即得到丙烯酸接枝环氧树脂。

表1主体树脂的基本配方  %

(2)涂料配制按表2配比将各组分加到球磨机中研磨1 h,再加蒸馏水使固体分含量为16%,pH值为5.5~6.0,电导率为1400μS/cm,制得白色阴极电泳涂料。

表2电泳涂料基本配方   %

1.2涂装工艺

1.2.1 电极板磷化

将数块尺寸为50 mm×80 mm的镀锡马口铁板浸入工业乙醇中除油5~10 min后放人15%工业盐酸中,摇动极板30 s,去掉其表面的氧化层和镀锡层,水洗后用15%氢氧化钠溶液中和,然后用自来水冲洗干净,浸入pH =9的0.3% BT -020Y表调液中调整1mm,最后进行磷化。磷化工艺:5.0% LMF-B36型磷化液,0.1%促进剂LMF-A13,总酸度30~35点,游离酸度1.O~1.2点,磷化时间3 min。

1.2.2电泳涂装

将配制好的阴极电泳漆倒入电泳槽中,挂好阳极板和阴极板,阴阳极间距调至2~3 cm,并全部浸入漆液中,保持其基体平行;开始接通电路,定时2 min,电压90 V,电泳过程中,不断搅拌漆液,防止沉降。

1.2.3涂装后处理

(1)水冼电泳后取出阴极板j用自来水冲洗至表面无浮漆为止,再用去离子水冲洗,之后将工件置于空气中,室温放置至涂膜表面指触干。

 (2)烘烤涂膜无水滴时移入烘箱中,160℃干燥

30 min,取出冷却后进行各项性能测试。1.3性能测试

   (1)结构分析采用傅里叶红外光谱仪(Perkin -Elmer Spectrum - 2000),溴化钾压片,测定范围500~4000 cm-1,分辨率2 cm-1。

   (2)漆液固体分测定将1.0~2.5 g电泳漆液在

105℃温度下烘3h,称重。

 (3)涂膜厚度用QDX漆膜多用检测仪测厚度。

2结果与讨论

2.1 涂料的红外光谱(FTIR)

图1和图2分别为环氧树脂及其涂料的FTIR红外光谱。从图1和图2可以看出:两者的区别不大。3331 cm-1是二乙醇胺中N-H伸缩振动吸收峰,羟基的吸收峰有可能与此吸收峰相重合;酰胺基的C=O伸缩振动吸收峰大约在1670—1640 cm-1间,对应于1647 cm-1处的吸收峰,丙烯酸酯中C=O伸缩振动吸

图l环氧树脂FTIR谱

图2环氧·丙烯酸酯共聚物FriR谱

收峰在1735 cm-1附近,而在l717 cm-1处有一个较弱且宽的吸收峰,这可能是其他物质在此附近的峰与C=O伸缩振动吸收峰相互影响而引起的;915 cm-1处的吸收峰已消失,说明环氧基已全部开环[9,11]。

2.2涂料固体分对涂膜厚度的影响

电泳涂料的固体分一般为10% N20%,在电压为90V,pH值为5.5~6.0,电泳时间2min,电泳温度(23±2)℃条件下,涂膜厚度与固体分含量的关系见图3。

图3涂膜厚度与漆液固体分含量的关系

由图3可见:涂膜厚度随固体分含量的增加而增厚,随后减小。从涂膜外观来看,固体分过高,电沉积加快,涂膜平滑性下降,易起桔皮,产生流挂;固体分过低,泳透力太小,形成的电泳涂层太薄,同时会加速槽液的水解、电解,从而导致涂膜性能及外观变差。固体分为16%时,效果较好。

2.3电泳电压对涂膜厚度的影响

在上述优选的条件下,涂膜厚度与电泳电压的关系见图4。由图4可以看出:在电泳过程中,电压的升高将有利于涂膜厚度的增加,电压较低时,电极反应缓慢,电沉积量少,涂膜薄,涂膜结构疏松;当电压达到一定时,沉积物足以覆盖阴极表面,单位沉积量稳定,电压过高,特别是超过140 V后,电极上水解加剧,大量起泡,涂膜被击穿,出现脱落及浮起现象。因此,电泳电压控制在90 V左右可减少电泳过程中水的分解,防止漆液凝聚。

图4电泳电压对涂膜厚度的影响

2.4漆液pH值对涂膜厚度的影响

以上优选工艺获得的涂膜厚度与漆液pH值的关系见图5。

图5漆液pH值与涂膜厚度的关系

由图5可见,漆液pH值在5.8时较为合适,漆液的pH值较小,漆液水溶性虽然较好,电泳时固体离子较多,电极反应太快,涂层不均匀,同时对电泳118图库的腐蚀也相当严重。因此,在保证漆液水溶性和稳定性的前提下,可增大漆液的pH值。

2.5漆液电导率对涂膜厚度的影响

在优选工艺条件下涂膜厚度与电导率的关系见图6。

图6涂膜厚度与电导率的关系

由图6可以看出,电导率的增加有利于涂膜厚度的增加。电导率较低时,阳离子较少,电极反应缓慢,电沉积量少,膜薄;电导率过高,电解反应加剧,颜料分散性差,光泽度降低,涂膜易含有杂质,降低了漆液的防腐蚀性,从而产生严重堆积。电导率通常在1400μS/cm左右比较适宜。

2.6电泳时间对涂膜厚度的影响

在优选工艺条件下,涂膜厚度与电泳时间的关系见图7。由图7可以看出:随着电泳时间的延长,沉积量也增加,开始沉积量随时间的延长而迅速增加,随后趋近于一饱和值,这是由于随电泳时间的增加,沉积量也增加,当涂膜达到一定厚度,电阻接近于无穷大时,电泳时间再延长,也不可能再增加涂膜厚度,相反却可能导致涂膜外观状态变差,加剧副反应,故电泳时间以2.O~3.0 min为好。

图7涂膜厚度与电泳时间的关系

3结论

在阳离子型丙烯酸酯一环氧树脂接枝共聚物合成中,选择BPO为引发剂,用量为0.4%~0.5%,反应温度在110℃左右比较适宜。在电泳涂装过程中,选取了电泳电压、漆液固体分、电导率等工艺参数进行了分析。在电泳电压为90 V左右,漆液固体分为16%,pH值为5.8,电泳时间为2.5~3.O min的条件下,可获得比较满意的涂膜外观和厚度.

[参考文献]

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[9]邝培翠.有机化合物波谱分析[M].武汉:华中师范大学出版社,1986.

[10]中西香尔,索罗曼PH著,王绪明译.红外光谱分析100例[M].北京:科学出版社,1984.

[11]西尔弗斯坦RM,巴斯勒GC,莫里尔TC著,姚海文,马金石,黄骏雄,等译.有机化合物光谱鉴定[M].北京:科学出版社,1982.   [编校:王宇]

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