环氧- 丙烯酸阴极电泳涂料电泳涂装过程探讨

阴极电泳涂装是20 世纪70 年代后,继阳极电泳涂装发展起来的新电泳涂装技术,在实际应用中显示出了优质、经济及安全等特点,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表面的涂装。阴极电泳涂料由成膜树脂、助溶剂、颜料、乳化剂等组成。当涂料分散于水中后,将形成带正电的胶体粒子,在直流电场的作用下,胶体粒子向阴极移动,然后沉积在作为电泳阴极的工作表面上,形成致密的涂膜[1 ] 。电泳涂装过程中电泳工艺参数的选择合适与否,对电泳漆膜的性能有着很大影响,因而对电泳涂装过程的研究探讨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[2、3 ] 。

本文在已合成的环氧2丙烯酸阴极电泳涂料树脂基础上[4 ] ,对其电泳涂装过程进行了探讨,研究了电泳工艺参数对电泳漆膜性
能的影响,从而为该涂料在大规模的汽车涂装线上的应用提供参考。

试验部分
111 电泳漆液的配制
根据前文给定的基本配方和工艺,合成阴极电泳涂料所需的基料树脂。

工艺操作如下:将基料树脂、异丙醇、醋酸及硅酸铅放入一容器中混合均一,将乳化剂和去离子水放入另一高速搅拌的容器中,
搅拌数分钟后,再依次加入钛白、滑石粉,直至搅分散均匀。然后将前面的树脂混合物缓慢加入, 并同时高速分散, 加完后再分散30min 即可。上述制备的电泳漆液可加适量的醋酸和蒸馏水以调整漆液的pH 值和固体分含量,以供试验分析。
112 阴阳极表面处理
截取数块50mm ×80mm 的马口铁板,用工业盐酸将镀锡层去掉,经水洗后,用15 %氢氧化钠溶液中和,再用自来水冲净。在空
气中自然干燥后,用200 号水砂纸干磨至无锈光亮,用工业乙醇擦净,晾干待用。
113 电泳工艺流程
预脱脂- 脱脂- 水洗- 除锈- 磷化- 水洗- 电泳- 水洗- 烘干- 固化 。

分析测试
固体分测定法:称取配置好的电泳漆液
210g～215g ,在105 ℃±2 ℃温度下烘干3h ,称重。固体分% =（ 烘干后残留物重量/电泳漆液起始重量)×100 %。用MIKROTEST自动磁性测厚仪测定漆膜厚度。用SPM- 10A 型pH计测定电泳漆液pH值。

2 结果与讨论
211 漆液固体分对电泳漆膜性能的影响在电压为110V ±10V ,pH值为518 ±012 ,电泳时间为215min～3min ,电泳温度为23 ℃±2 ℃的条件下,对漆膜厚度及外观与固体分含量的关系进行研究,到上述两个方面,本文试验中电泳漆液的固体分宜控制在16 % ±1 %。在7 %～17 %范围内,漆膜厚度随漆液固体分的含量增加而增加,当固体分量达到约17 %时漆膜厚度达到最大值;固体分含量进一步增加,漆膜的厚度反而减少。从漆膜的外观来看,固体分含量过低,漆膜很薄,会产生缩孔现象,然而当漆液的固体分过高时,电沉积速度加快,电沉积量过多,涂膜表面会出现堆积现象,产生皱皮。考虑到上述两个方面,本文试验中电泳漆液的固体分宜控制在16 % ±1 %。
212 电泳电压对漆膜厚度及外观的影响
控制漆液固体分含量为16 %±1 %,pH 值为518 ±012 ,漆液温度23 ℃±2 ℃,电泳时间215min～3min。探讨漆膜厚度及外观与电泳电压间的关系在电泳过程中,电压的增高将有利于漆膜厚度的增加,电压较低时,电极反应缓慢,电沉积量少,涂膜薄,涂膜结构缩松。但电压过高,特别是超过120V 以后,电极上水解加剧,大量起泡,漆膜将出现脱落及浮起现象。因此在本文试验中电泳电压一般控制在110V ±10V 左右,以减少电泳过程中水的分解,防止漆液凝聚。
213 电泳时间对漆膜厚度及外观的影响

在漆液固体分含量为16 % ±1 % ,电泳电压110V ±10V ,pH 值为516～610 ,电泳漆液的温度为23 ℃±2 ℃的条件下,考察电泳过程中电流密度、漆膜厚度及外观与电泳时间的关系电泳过程中开始时电流密度随时间急剧下降,以后下降速度平缓并逐步
趋于一定值。可见漆膜厚度开始随时间增加较快,但由于所形成涂膜的非导电性,随着涂膜厚度的增加,漆膜的电阻增大,电流密度迅速下降。当电泳时间大于3min 以后,进一步延长电泳时间并不能使漆膜厚度得到增加(见图5) ,相反却加剧了副反应,恶化了漆膜的外观.电泳时间以2min～3min 适宜。

漆液pH值对漆膜厚度及外观的影响
在漆液固体分含量为16 % ±1 % ,电泳电压为110V ±10V , 电泳时间为215min ～3min ,电泳漆液温度为23 ℃±2 ℃的条件下,研究漆膜厚度及外观与漆液pH 值间的关系,漆液pH 值在515～610 时较为合适。当漆液的pH 值较小时,漆液水溶性虽然较好,然而电泳时固体离子较多,电极反应太快,涂层不均匀,同时对电泳设备的腐蚀也相当严重。因此,在尽量保证漆液水溶性和稳定性的前提下,可增大漆液的pH 值。
215 漆液温度对漆膜厚度及外观的影响
在漆液固体分含量为16 % ±1 % ,电泳电压为110V ±10V ,pH 值为518 ±012 ,电泳时间为215min～3min 时,探讨漆膜厚度及外观与漆液温度间的关系,漆液的温度越高,漆膜厚度越大,这是由于增高温度,漆液和漆膜的电导率上升,漆液粘度降低,树脂分子运动加快,这些均有利于漆膜厚度的增加。但漆液温度增高,会使漆液中的有关组分发挥发加快,树脂分子发生氧化、聚合和交联的可能性增加,不利于漆液的稳定。同时电极反应加快,会使漆膜的外观恶化。本文中试验漆液的温度宜控制在23 ℃±2 ℃。

• 结语
  电泳涂装是一个十分复杂的过程,本试验选取了漆液固体分、电泳电压、时间等几个主要的电泳工艺参数进行了分析。结果表
  明:在漆液固体分16 % ±1 % ,pH 值为518 ±012 ,温度为23 ℃±2 ℃,电泳电压为120V ±5V ,时间为215min～3min 的条件下,可获得比较满意的漆膜外观和厚度。然而,本试验中的阴极电泳涂料若应用于实际汽车涂装线时,除确定上述工艺条件外,还需获取漆液的稳定性和电泳超滤系统等有关资料,才能较为完整的掌握整个电泳涂装的过程。

作者周子鹄,涂伟萍,陈焕钦

Abstract :The electrophoretic coating process of epoxy2acrylic cathodic electrodeposition coating
was investigated. The effects of the parameters of electrophoretic technology on the properties of
paint films were studied systemically. The experimental results show that the electrophoretic
paint with better appearance and propeties can be made if the appropriate parameters were se2
lected.
Key words :epoxy resin ;acrylic ;cathodic electrodeposition coating ;coating technology