电泳涂料涂装工艺探讨

专业综合实验报告题目：电泳涂料涂装工艺探讨院：化学化工学院专业：应用化学班级：0701学号：28学生姓名：王华导师姓名：钟萍完成日期：2010.12.20-2011.1.20前言电泳涂料的发展已有60年的历史了，自从1971年，美国PPG公司研制出第一代阴极电泳涂料,电泳涂料更是进入了一个快速发展的轨道，特别是阴极电泳涂料，因其与阳极电泳涂料相比耐腐蚀性高3—4倍，泳透率高1.3—1.5倍，且电沉积时金属表面不易离子化而溶出，解决了工件表面腐蚀问题，固而获得了广泛的应用，已逐渐全面取代了阳极电泳涂料，目前阴极电泳涂料呈现出几大流派：即以美国PPG公司为开端的防锈蚀阳离子型电泳涂料；以德国Hocehst公司为先驱的轿车卡车用阳离子型电泳涂料；以日本神东关西涂料公司为代表的改进型阳离子型电泳涂料，一些技术领先的阴极电泳涂料公司已经开发出边角防锈型，耐候型和低温固化型第四代第五代阴极电泳涂料，同时第六、七代也已在实验室研究开发。在国内兵器部五四研究所（五九所），上海涂料研究所和化工部涂料研究所于80年代相继研究出阴极电泳涂料，一些油漆厂也纷纷引进日本关西，奥地利Stollack，美国PPG，德国巴斯夫等技术进行电泳涂料的生产，而且一般采用的主体树脂有环氧树脂，聚酯树脂，环氧一聚氨酯等。但往往存在耐候性差，加热易黄变，固化温度高，难以彩化等问题，丙烯酸阴极电泳涂料是20世纪50年代后发展起来的涂料新品种[，因其涂膜对光的主吸收峰在太阳光谱范围之外，而具有特别优良的耐光性及耐户外老化性，保色保光性强，其外观涂膜平整光滑、丰满、致密、装饰性强。因而在轿车，轻工，家电，建筑等领域会有广泛的应用。本文按照阴极电泳涂料的体系特点，研究了电泳条件、固化条件对漆膜的影响情况。1电泳涂料的特点电泳涂料是为电泳涂装工艺而开发的一种涂料，它是以水溶性(或水乳性)树脂为成膜基料，采用电泳法(或者叫电沉积法)进行施工的涂料。根据被涂工件的不同，可以分为阳极电泳涂料和阴极电泳涂料。上世纪60年代初期，阳极电泳涂料投入工业化应用，阴极电泳涂料是70年代中期发展起来的一种新型防腐蚀电泳涂料。电泳涂料因为其成膜聚合物分子链上含有一定的强亲水性基团，如羧基(-COOH)、羟基(-OH)、氨基(-NH2)等，因此电泳涂料是一种水与传统的溶剂型涂料相比，具有以下几个特点：(1)以水作为溶剂，几乎没有发生火灾的危险，无挥发、低污染、易洗净，优化了工人的操作环境。(2)涂装效果好，能均匀的涂覆在零件的各个表面上，对边角、内腔、缝隙等同样能够获得良好的涂覆，不受被涂对象形状的影响，适用于造型及结构复杂的金属工件的涂装。(3)涂层致密均匀，烘干时间较短，提高工效。(4)涂料利用率高，带出损失小，采用超滤技术可以加大电泳涂料的利用率，有效的利用资源和降低成本。(5)电泳涂装适用于大规模生产的工业涂装线，并可以实现涂装的机械化和自动化。电泳涂料也存在以下局限性：(1)电泳涂料必须在通电的条件下才能进行，因此只适用于具有导电性的被涂物。(2)导电特性不一样的多种金属组合的被涂物，不宜采用电泳涂装工艺，如有一些电泳涂料对Cu、Sn等金属离子会产生过敏现象。(3)电泳涂料的湿膜需经烘烤之后才可能形成致密的漆膜，不能耐高温的被涂物也不能采用电泳涂装工艺。2阴极电泳涂料的发展趋势随着电泳涂料的应用越来越广泛，阴极电泳涂料也有了新的发展趋势，相继开发出了厚膜型阴极电泳涂料、低温固化型阴极电泳涂料、底面合一型(彩色)阴极电泳涂料等品种。（1）厚膜型阴极电泳涂料厚膜型阴极电泳涂料是为了适应越来越高要求的耐腐蚀性而研究出的一种新型涂料，它可以改善阴极电泳涂料的抗碎裂性和锐边防腐蚀性。一般的阴极电泳涂料的膜厚为20-30μm，而超厚膜型涂料膜厚达60μm以上。厚膜型涂料主要是依靠具有不同玻璃化温度的数种树脂相配合，并加入高沸点助溶剂制成，从而解决了电泳涂装时漆膜的沉积和烘烤时粘弹性的控制问题，使其一次性成膜较厚，外观比较平整。(2)低温固化阴极电泳涂料常用的电泳涂料固化温度太高，热损失很大，会造成电泳涂料颜色变暗，影响最终漆膜的质量。为了改善以上不足，杭州科望特种油墨有限公司己开发出低温固化阴极电泳SR-ED-202，其采用了新型的潜伏性低温固化剂，大大降低了电泳漆膜的固化温度，温度为130-150℃，烘烤时间缩短至15～30min。其固化膜不仅光泽高，色彩鲜艳，而且还具有优异的防腐蚀性能。(3)底面合一型(彩色)阴极电泳涂料日本关西涂料公司的彩色阴极电泳涂料KG500，以环氧树脂为基础，采用特殊异氰酸酯交联，再配合第三组分丙烯酸树脂，可在电泳中均一地沉积。由于环氧树脂与丙烯酸树脂表面张力的差异，环氧树脂表面张力较大而沉于下层，丙烯酸树脂表面张力较小面浮于表层从而形成复合涂层。这种技术可以使环氧树脂系阴极电泳涂料彩色化，也能提高涂层的耐候性，且保光性比一般阴极电泳涂料高得多，故可用于室内使用的构件、办公用具、仪器仪表等的涂装。90年代后，又相继开发出无铅型阴极电泳涂料、低VOC型阴极电泳涂料和边角防锈型阴极电泳涂料等新型涂料。3实验药品和仪器KF998阴极电泳涂料、去离子水直流电源、PHS-3CpH计、DDS-307电导率仪、磁力搅拌器、烘箱、恒温水浴锅、电泳槽、温度计、标准铁片若干、锌阳极、测厚仪、膜光泽测试仪、抗冲击测试仪、附着力测试仪4实验步骤（1）实验前两天，取KF998阴极电泳涂料乳液750置于2L电泳槽，在低速搅拌的情况下加入KF998阴极电泳涂料色浆250g，搅拌5分钟后，加入去离子水1000g，在室温下搅拌待用。搅拌不要太快，避免气泡产生。（2）干燥洁净的培养皿在烘箱内（105±2℃）烘30分钟。去除放入干燥器中，冷却至室温后，称重。用磨口低瓶取样，在天平上准确称量；置于已称重的培养皿中，是均匀流布于容器底部。放入烘焙温度为120±2℃的鼓风恒温箱内烘2.5小时，取出放入干燥器中冷却到室温后，称重，然后再放入烘箱内烘30分钟，取出放入干燥器中冷却至室温后，称重，至前后两次称重的重量差不大于0.01克为止。实验平行测定两个试样。（3）按酸度计使用说明书，预热调试好酸度计。用无离子水冲洗电极，并用缓冲溶液校准酸度计。用无离子水冲洗电极，将待测溶液放入恒温水浴，恒定至规定温度。按使用说明书测定待测溶液的pH值，测定结果以三次测定值的平均值表示，精确到0.1单位。平行试验的pH值的差值应不大于0.2单位。（4）按电导率仪使用说明要求，预热，调试好仪器。用0.01mKCl标准水溶液校验仪器，并记录校验值。取待测溶液置于恒温水浴，使溶液恒定于规定测试温度。按电导率仪使用说明书测定待测定溶液的电导率值。重复测定三次，去算平均值，即为被测溶液的电导率。（5）将试片在除油槽中除油5分钟，水洗干净，再表调1分钟，磷化3分钟，先用自来水冲洗干净，再用去离子水洗。（6）按照不同的工艺参数电泳试片。取出试片，用自来水洗掉浮漆，在190℃下烘烤30分钟。（7）从烘烤箱中取出试片，在干燥器中冷却15分钟。测定涂膜的厚度、硬度、光泽、附着力、耐冲击强度。5电泳涂装工艺参数对漆膜质量的影响电泳涂装过程中电泳工艺参数的选择对电泳漆膜的性能有很大的影响，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。本试验以环氧阴极电泳涂料为例，选取了槽液固含量、电泳电压、时间、槽液温度等几个主要的电泳工艺参数进行了分析。（1）固含量对漆膜质量的影响电泳涂料的固含量对最终漆膜的质量影响很大，本实验在电泳电压为110V，电泳温度为28℃，电泳时间为2min，烘烤温度为190℃时，研究了固含量对漆膜质量的影响。固含量膜厚μm漆膜外观附着力抗冲击强度光泽度10%16漆膜较薄，有缩孔1级5052.314%18较为均匀，有少量缩孔0级5054.116.9%21平整光滑0级5047.120%22平整光滑0级5056.325%24漆膜较厚，有少量流挂1级5045.5实验结果表明，涂层厚度随固体份的增大也呈增厚趋势。这主要是因为固体份高，漆液中树脂胶体粒子浓度越大，槽液导电性好，在相同条件沉积在阴极的粒子越多，涂层越厚。固体份的高低对涂层的性能和槽液稳定性影响较大。固体份过低时，涂料的泳透力低，颜料沉降严重，涂层沉积量减少，遮盖力差，还会引起电解反应加剧，涂层易产生花斑、针孔、粗糙等缺陷，槽液稳定性变差。固体份也不过高，固体份过高，槽液粘度过大，带电涂料胶粒的定向泳动速度变慢，电渗性差，涂层疏松粗糙，附着力差，同时也增加了工件出槽时带出涂料的损失。因此，电泳涂装中，将槽液固体份控制在一定工艺条件范围之内是十分重要的。（2）电泳时间对漆膜质量的影响电泳时间是指被涂物浸在槽液中通电(成膜)时间，通常限定在0.5-4min。本实验在电泳电压为110V，电泳温度28℃、固含量为16.9％，烘烤温度为190℃时，研究了电泳时间对漆膜质量的影响。电泳时间膜厚μm漆膜外观附着力抗冲击强度光泽度0.5min18漆膜薄，有缩孔1级5051.61min20漆膜有少量缩孔1级5047.12min21平整光滑0级5063.43min23平整光滑0级5058.04min26有少量树脂颗粒1级5063.6实验结果显示，随着电泳时间的增加，涂层的厚度不断增加。但是当电泳时间达到一定值（2min）后，涂层厚度增加缓慢。这主要是由于随着电泳时间的增长，涂层厚度及泳透力会增加，涂层电阻值也随之增大，当涂层的电阻达到一定值后，工作电压几乎不能使树脂阳离子在阴极上继续沉积，因此涂层的厚度不会增加。此外，电泳时间过长，会导致涂层缺陷产生，外观变差。因此，在保证涂层质量前提下，应尽量缩短电泳时间，电泳结束后，被涂物应尽快从槽中取出，以免涂层发生溶解而变薄。（3）电泳电压对漆膜质量的影响在固含量为16.9％，电泳时间为2min，槽液温度为28℃，烘烤温度为190℃时，测定了不同的电压对漆膜的外观和漆膜膜厚的影响。电泳电压膜厚μm漆膜外观附着力抗冲击强度光泽度90V19有少量缩孔0级5063.1110V21平整光滑0级5061.1130V23平整光滑0级5046.1150V25平整光滑0级5045.5实验结果表明，极间电压越高，电场强度越强，电沉积量亦随之增加，涂层厚度随着工作电压的增加而不断增加。但电压过高，工件入槽瞬间的冲击电流太大，涂层沉积速度过快，湿膜呈橘皮状，造成烘烤后涂层表面不平整，外观质量很差，光泽度低。电泳电压过低，涂料泳透力差，沉积速度慢，效率低，涂层变薄。一般在保证涂层外观质量前提下，尽可能采用较高的电压进行阴极电泳涂装。（4）槽液温度对漆膜质量的影响本实验在电泳电压为110V，电泳时间为2min，槽液固含量为16.9%，烘烤温度为190℃时，研究了槽液温度对漆膜质量的影响。槽液温度0C膜厚μm漆膜外观附着力抗冲击强度光泽度2520有少量缩孔1级5053.92821平整光滑0级5048.53122平整光滑0级5063.23524平整光滑0级5063.6实验结果表明，涂层厚度随着槽液温度的升高而升高。这主要是因为随着槽液的温度上升，槽液粘度降低，电极反应加快，同时涂层的电阻值也下降，有利于电沉积，使涂层厚度增加。此外，槽液温度过高时，电泳过程中电解加剧，涂层变得粗糙，烘干后产生波浪状的堆积，产生粗糙、橘皮等缺陷，且槽液中的助溶剂易挥发，导致槽液变质，稳定性变差。另外，槽液温度太高相当于对涂层早期烘烤，降低了后期过程烘烤时涂层的流平性能。槽液温度过低，沉积量很小，涂层很薄，光泽度和遮盖力都差，且槽液粘度大，电沉积过程中产生的气泡难以消除，涂层易出现厚度不均、针孔等缺陷。（5）烘烤温度对漆膜质量的影响本实验在电泳电压为110V，电泳时间为2min，槽液固含量为16.9％，槽液温度280C，研究了烘烤温度对漆膜质量的影响。烘烤温度0C膜厚μm漆膜外观附着力抗冲击强度光泽度140/30min22表面粗糙1级5040.6170/30min22平整光滑1级5047.5190/30min21平整光滑0级5048.3210/30min21平整光滑