阴极电泳涂料是由带正电的碱性树脂及其他成分组成,在酸性电泳槽当中,通过直流电场的作用,树脂向阴极泳动,并沉积在工件上,经烘烤成为一层致密的漆膜。由于阴极电泳涂料在涂装时以被涂工件为阴极,而且其树脂上所带有的胺基也具有抑制腐蚀的作用,因此阴极电泳涂料与阳极电泳涂料相比,耐腐蚀性高3～4 倍,泳透力高1. 3～1. 5 倍,因而前者获得了更广泛的应用。据
统计,当今世界上汽车生产中底漆涂层92 %使用电泳涂料,其中阴极电泳涂料占90 %[1 ] 。聚丁二烯阴极电泳涂料属于新一代的电泳涂料类型,具有更为显著的耐腐蚀性、高的泳透力与良好的漆膜性能,并且固化成膜时没有副产物产生,因此广泛地用于汽车、轮船等的底漆。目前国外关于聚丁二烯阴极电泳涂料的文献报道不多,见文献[3 ,4 ] ,而国内在这方面的研究也基本处于探索阶段。本论文通过考察各种因素对漆液性能的影响,初步确定出关于聚丁二烯阴极电泳涂料配方当中几个关键因素的合适范围。
1 实 验
1. 1 原材料
胺化环氧聚丁二烯(AEPB) 自制
1. 2 漆料的配制
取一定量的AEPB 在40～50 ℃的水浴中用适当溶剂进行溶解,然后用有机酸按一定的中和度将树脂酸化成盐。2 h 后,边搅拌边慢慢加入去离子水,即得清漆。将漆液静置熟化24 h 后,测其pH 值、电导,然后进行电沉积涂装,同时测定漆液的泳透力。如果配制色漆,则首先应将颜料进行研磨分散,然后再用有机酸进行中和。
1. 3 反应机理
聚丁二烯阴极电泳涂料成膜树脂的制备机理
2 结果与讨论
2. 1 树脂分子量大小对漆液性能的影响实验条件:树脂的胺值均为80 (单位为KOHmg/ g ,即每克环氧聚丁二烯胺化物中的胺基量相当于氢氧化钾的毫克数) ;漆液树脂的质量分数为12 %。
由表1 可以看出,树脂的数均相对分子质量(Mn ) 在1 000～3 000 时,较易溶解;若高于3 000 ,则树脂溶解比较困难。因此,最好选用Mn 低于3 000的树脂。
表1 树脂数均相对分子质量对漆液性能的影响
多的强亲水性基团(未被中和的胺基及羟基) ,这些基团能与水发生乳化作用,从而提高树脂在水中的分散性,并增强漆液的稳定性;这些基团的存在也大大降低了漆液的电阻,而对漆膜电阻则没有影响,因此胺值较大的树脂所配制的漆液具有较高的电导与泳透力;另外,因为胺基呈碱性,所以胺值较大的树脂具有较高的pH 值。
因此,用于阴极电泳涂料的树脂的胺值应高于60 。
表2 树脂胺值对漆液性能的影响因素
2. 3 有机酸用量对漆液性能的影响
实验条件:树脂(AEPB) :约2000 ,胺值为96 ;溶剂质量分数为14 %;树脂质量分数为12 %。结果如表3 所示。
根据实验确定出不同胺值树脂的合适中和度范围如表4 。
表4 不同胺值树脂的合适中和度范围的确定
提高中和度,即增大有机酸用量,则树脂分子当中带电离子增多,使得树脂的水溶性增加,因此漆液的电导与分散稳定性都增加,但同时使漆液的酸性增强,pH 值下降,而这会增加漆液的腐蚀性。因此在保证漆液的分散稳定性且电导的前提下,尽量选择较低的中和度。
2. 4 催干剂用量对漆液性能的影响实验条件: 树脂的数均相对分子质量约2 000 ,胺值为100 ;中和度为0. 3 ;溶剂质量分数
为14 %;树脂质量分数为12 %;催干剂为锰盐。结果如表5 。
催干剂用量对漆液性能的影响
由表5 可以看出:催干剂的加入能显著增大漆液的电导; 使pH 值略有增大; 放置较长时间后, 漆液的pH 值几乎不变,电导显著下降,这说明漆液发生了部分絮凝沉降。而加有催干剂的漆液的电导下降更大,并且随催干剂加入量的增加,
漆液的电导下降幅度呈增大趋势。这是因为催干剂是一种弱酸盐类,在水中能电离出大量带电离子,所以能显著增大漆液的电导;而弱酸盐类在水中呈微碱性,故能稍微增大漆液的pH 值。但加入催干剂,对漆液来说相当于引入杂离子,放置足够长时间后,杂离子破坏漆液的内在稳定性。破坏作用主要表现在两方面:
(1) 去水化作用,催干剂在水中电离出的酸根离子通过水化作用夺走阳离子树脂周围的一部分水合分子,使其稳定性降低;
(2) 降低电泳漆粒子之间的静电斥力。从而引起漆液产生部分絮凝沉降,导致电导下降。
因此,从漆液性能考虑,催干剂的加入量不宜太多,一般不超过0. 02 ;另外,漆液在使用之前应进行充分搅拌。
3 结 论
(1) 配漆所用树脂合适的数均相对分子质量范围为1 000～3 000 。
(2) 高胺值的树脂易于在水中分散,漆液的稳定性与泳透力较好,pH 值也更高一些,因此用作阴极电泳涂料的胺化环氧聚丁二烯(AEPB) ,其胺值一般应高于60 。
(3) 在保证漆液分散的稳定性及其电导大于800μS 的前提下,应尽量选择较低的中和度。
(4) 从漆液性能考虑,催干剂的加入量不宜太多,一般为0. 01～0. 02 。