雙組分陰極電泳漆是20世紀70年代發展起來的防腐蝕涂料,它具有比陽極電泳漆的防腐蝕性高、涂料利用率高、涂裝自動化程度高等優點,廣泛應用于汽車底漆涂裝線。隨著中國加入世界貿易組織,國內汽車行業的蓬勃發展,對陰極電泳漆的需求量逐年增加,同時要求也在提高,雙組分陰極電泳漆憑著操作簡單,電泳漆槽液涂裝線管理方便,涂膜外觀好,泳透力高,沉積過程中涂料的破損降低等優點,已逐步取代單組分陰極電泳漆,受到市場歡迎。雙組分陰極電泳漆分為乳液和色漿兩部分,兩者按一定比例混合,加入適量的水,配制成槽液,熟化后即可使用。
    1實驗部分
    1.1原料
    環氧樹脂:環氧當量550～600;二乙醇胺(DEA):工業級;聚酰胺樹脂:進口,工業級;甲苯二異氰酸酯(TDI):進口,工業級;三羥甲基丙烷(TMP)、丁基溶纖劑、乙酸(36%)、正丁醇、異丙醇、膨潤土:均為工業級;二氧化鈦:金紅石型,進口;高嶺土:進口;炭黑:水性軟質;分散劑104H:固體分75%;分散劑DA-325:固體分100%;去離子水:自制。
    1.2實驗方法
    1.2.1陰極樹脂的合成
    雙組份陰極電泳漆陰極樹脂體系用環氧樹脂、DEA、聚酰胺樹脂、交聯劑(TMP封閉TDI的聚合物)、丁基溶纖劑和乙酸等原材料合成。陰極樹脂基本配方見表1。

表 1 陰極樹脂基本配方

    工藝流程:向反應瓶中加入環氧樹脂和部分助溶劑,升溫至110℃,環氧樹脂完全熔融后開動攪拌,加入二乙醇胺后110℃保溫0.5h后,加入聚酰胺樹脂和交聯劑后,升溫至115℃保持2～4h,降溫加入剩余的助溶劑,加入中和劑,直至酸值合格為止。
1.2.2乳液的合成
    用上述合成樹脂(固體分為70%)與去離子水用乳化機乳化制成固體分為35%的樹脂乳液待用。
    1.2.3顏料漿的制備
    雙組分陰極電泳漆用顏料漿用上述合成的樹脂、二氧化鈦、高嶺土、炭黑、助劑、助溶劑等原料經砂磨機研磨。經大量實驗比較,調整顏基比、分散劑、防沉淀劑的用量,制得兩種雙組分陰極電泳漆用顏料漿,配方見表2和表3。
    顏料漿制備工藝:用高速分散機分散中和劑、樹脂30min,攪拌狀態下依次加入顏料、填料、助劑、助溶劑,攪拌分散30min,再用砂磨機研磨3～5h,至細度<15μm,顏料漿研磨完成待用。

表 2 雙組分陰極電泳漆黑顏料漿基本配方

表 3 雙組分陰極電泳漆灰顏料漿基本配方

    1.3電泳漆槽液的配制
    以1L槽液為例,將上述顏料漿與乳液按混合比1∶3配制固體分為19%的槽液,待槽液熟化后泳板并對槽液進行技術指標檢測。
    2檢測槽液及其泳板情況
    2.1檢測槽液技術指標
    將槽液在攪拌的狀態下熟化48h,檢測雙組分陰極電泳漆黑/灰槽液技術指標,結果見表4。

表 4 雙組分陰極電泳漆黑 / 灰槽液技術指標

2.2泳板情況

    雙組分陰極電泳漆黑槽液及灰槽液泳板情況見表5。
    從表5可知,電泳膜厚隨電泳電壓的增高而增厚。

表 5 雙組分陰極電泳漆泳板情況

    2.3顏料漿、乳液及槽液的穩定性
    (1)將顏料漿靜置1個月后,均勻、輕微沉淀易攪起,沉淀穩定性合格。
    (2)將乳液靜置1個月后,無分層、無沉淀、酸值無變化、穩定性合格。
    (3)槽液的穩定性考察。雙組分陰極電泳漆槽液在熟化48h后,檢測的技術指標及其泳板情況如上所述,以后每隔2d對槽液進行一次技術指標檢測及其泳板情況,板面情況良好,均符合技術指標標準,然后將上述槽液靜置15d后,槽液有軟沉淀、易攪起,則槽液的穩定性合格。
    2.4物理性能檢測
    用電泳好的樣板(黑板膜厚26μm、灰板膜厚28μm左右)進行物理性能檢測,結果如表6。

表 6 涂膜物理性能檢測結果

    3分析與討論
    3.1顏料的選擇
    炭黑為疏水性無機顏料,經表面活性劑處理后變成親水性,用于水性涂料。二氧化鈦是經過處理后的金紅石型產品,可減輕粉化程度,提高耐候性。高嶺土選取吸油量適中的,使得光澤適中,并可防止顏料沉降。
    3.2助劑的選擇
    使用分散劑、防沉劑后可改善色漿的流動性,提高色漿貯存穩定性,提高涂膜的物化性能。
    分散劑吸附在顏料的表面上產生電荷斥力空間位阻,防止顏料產生有害絮凝,使分散體系處于穩定狀態,一般相對分子質量較大。分散劑大部分是表面活性劑,一般總是由極性的、親油的碳氫鏈部分和極性的、親水基團,兩部分處在分子的兩端,形成不對稱的、親油、親水分子結構。分散劑的性質是由非對稱的分子結構所決定的。大多數溶于水的分散劑,在水中的溶解度及其效率,隨著疏水基炭鏈的增長而急速地降低。
    常用的防沉劑有膨潤土和氣相二氧化硅,都是觸變劑,可增加涂料黏度,提高涂料的穩定性,防止顏料沉降,實驗表明兩種原料的防沉效果差不多,但考慮價格成本因素,本實驗選擇了膨潤土。
3.3助溶劑的選擇
    盡量選取高沸點的助溶劑,可提高涂料的流平性。
    3.4合成樹脂分析
    合成樹脂時所用的交聯劑為三羥甲基丙烷(TMP)封閉甲苯二異氰酸酯(TDI)所制成的聚合物,用芳香族異氰酸酯合成的樹脂制成的涂料烘烤后易泛黃,但通過實驗比較得知用TMP封閉TDI的陰極電泳涂料制成的電泳樣板烘烤后的漆膜板黃變性要比用聚醚多元醇封閉TDI的黃變性小;另外合成樹脂時最后的中和劑加量一定要適中,因為pH值是影響槽液穩定、涂膜外觀的重要參數,陰極電泳漆的改性環氧樹脂本身并不溶于水,是通過中和劑中和后,在其碳鏈結構中形成親水基團后,才能很好地分散于水中。大量實驗表明,pH值最好控制在5.5～6.0,pH值過低,則易造成對設備酸性腐蝕加重,涂膜反溶現象加重,電解反應劇烈,涂膜外觀易有縮孔等弊病;pH值過高時,樹脂水溶性差,樹脂與水親和形成膠體,增加空間位阻的能力下降,涂膜外觀呈海綿狀、發皺、粗糙等,這是因為中和不夠,使樹脂液部分凝結,槽液粒子泳動效果下降,電滲差等原因造成的。電導率也是十分重要的參數,電導率過低,槽液不穩定、電滲差、涂膜薄、外觀粗糙;電導率過高,槽液穩定性下降,涂膜外觀粗糙。日常使用時,應定期向槽液補加一定量的溶劑,來保證槽液的穩定性,溶劑量過低時,涂膜較薄,易產生針孔,溶劑量過高時,涂膜過厚,易出現橘皮、流痕。
    4雙組分陰極電泳漆的優點
    (1)高泳透性
    雙組分陰極電泳漆泳透力高、邊角覆蓋效果好、防腐蝕性優異、且無鉛無錫。
    (2)槽液穩定性佳
    雙組分陰極電泳漆采用了高沸點、低揮發性的溶劑系統既降低了溶劑含量,提高了涂膜的展平性及膜厚的均勻性,也使槽液穩定性大大提高。
    (3)加熱減量低
    雙組分陰極電泳漆涂膜烘烤時涂膜失質量減量低于6%,一般陰極電泳漆加熱減量大于10%。因此減少了烘烤時煙的產生量,降低了廢氣處理的費用。
    (4)耐候性較好
    異氰酸酯固化劑為高密度交聯體系,它的使用使雙組分陰極電泳漆具備一定的耐侯性,因此適用于涂裝汽車車架及要求底面合一的零部件。
    (5)補加漆方便
    雙組分陰極電泳漆可以直接槽上加漆,無需攪漆罐,施工方便,利于操作,降低了工人的勞動強度。
    5結語
    以上各項數據表明,實驗已達到了設計之初的要求,各項技術指標以及性能也已達到較高的標準,并且該雙組分陰極電泳漆改善了陰極電泳漆烘烤時變黃的現象。滿足不同用戶對不同檔次涂料品種的需求,其價位低于進口雙組分陰極電泳漆,而性能接近國外雙組分陰極電泳漆的水平,性價比良好。