低溫固化陰極電泳涂料的合成與涂裝研究

孫 超， 吳金鵬

(濰坊科技學(xué)院化工學(xué)院，山東壽光 262700)

引 言

20世紀(jì)70年代初，美國(guó)PPG公司首次研究出陰極電泳涂料，并以其優(yōu)良的性能，逐漸代替了陽(yáng)極電泳涂料，廣泛應(yīng)用于汽車、家電等行業(yè)的新型防腐蝕涂料［1-3］。目前陰極電泳涂料主要是以雙酚A環(huán)氧樹脂與有機(jī)胺化合物的加成物為骨架，固化θ一般為160℃左右，固化后的漆膜具有優(yōu)良的附著力、耐腐蝕性和耐化學(xué)性等優(yōu)點(diǎn)［4-6］。

本文利用胺化環(huán)氧樹脂、封閉的甲苯二異氰酸酯(TDI)為原料制得了環(huán)氧型陰極電泳涂料，固化θ為150℃，對(duì)封閉機(jī)理進(jìn)行了研究，著重探討了電泳涂裝過(guò)程中的影響因素，并根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)采用的方法考察了漆膜性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器

2，4-甲苯二異氰酸酯(TDI)(煙臺(tái)萬(wàn)華股份有限公司)，601環(huán)氧樹脂(環(huán)氧值0.2，廣州維立納化工有限公司)，260mg KOH/g聚酰胺樹脂(上海昊化化工有限公司)，乙二醇丁醚、乙二醇乙醚和二乙醇胺(天津巴斯夫公司);WX750CY型高剪切乳化機(jī)(德國(guó)西爾普機(jī)械制造有限公司)，JJ-4型電動(dòng)攪拌器(上海羽通儀器儀表廠)，SYC-15BS型超級(jí)恒溫水浴鍋(杭州譜銳科技有限公司)，TENSOR37型傅里葉變換紅外光譜儀(北京博儀恒業(yè)科技發(fā)展有限公司)，QFZ型漆膜附著力測(cè)定儀(廈門欣銳儀器儀表有限公司)，SF-90鹽霧測(cè)試箱(廣州斯派克環(huán)境儀器有限公司)。

1.2 陰極電泳涂料乳液的合成

稱取60gTDI和0.2g催化劑(二丁基二月桂酸錫的乙二醇單丁醚溶液)，加入到500mL的四口燒瓶中，攪拌加熱至30℃，30min后，用分液漏斗緩慢滴加53g乙二醇丁醚和24g乙二醇乙醚的混合液，30min滴加完畢，升溫至50℃，攪拌5h，至TDI中的NCO基團(tuán)完全反應(yīng)。稱取200g原料環(huán)氧樹脂加入到三口燒瓶中，加入80g乙二醇單丁醚80℃下攪拌至樹脂完全溶解，緩慢滴加34g二乙醇胺，加完后升溫至100℃，攪拌反應(yīng)2h;降溫至 60℃，加入170g聚酰胺樹脂和100g封閉后的 TDI，升溫至100℃，攪拌2h至混合完全，醋酸酸化后得基料樹脂。封閉機(jī)理如下式所示:

1.3 陰極電泳涂料的配制

稱取30g基料樹脂，加入20g去離子水，剪切乳化成乳液，加入5g鈦白粉，5g滑石粉，0.5g潤(rùn)濕分散劑，6g異丙醇，倒入球磨機(jī)研磨40min，d=250μm篩網(wǎng)過(guò)濾后得到白色顏料漿，加入計(jì)算量的去離子水調(diào)整電泳涂料的固體份為18%左右。

1.4 陰極電泳涂料的涂裝

在鋼板上進(jìn)行陰極電泳涂裝，鋼板脫脂除銹后作為陰極，取馬口鐵板作為陽(yáng)極。調(diào)整電源電壓至120V，設(shè)定極間距80mm，接通電源進(jìn)行電泳涂裝，涂料粒子在電場(chǎng)作用下向陰極移動(dòng)，定時(shí)2.5min，鋼板電泳涂裝漆膜經(jīng)去離子水沖洗后待測(cè)。

1.5 陰極電泳涂料的固化

將制備的電泳涂裝漆膜鋼板置入烘箱中，設(shè)置烘烤溫度，并計(jì)時(shí)。本文合成的涂料烘烤θ=150℃，t=30min，可得到外觀平整，性能優(yōu)良的漆膜。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 產(chǎn)品的紅外對(duì)比測(cè)定

分別取適量的TDI和全封閉的TDI于坩堝中，在100℃下烘烤至粘稠狀態(tài)，將烘烤后的樣品進(jìn)行紅外分析，原料TDI紅外光譜圖如圖1，封閉TDI紅外光譜圖如圖2。

圖1 TDI紅外光譜圖

圖2 全封閉TDI紅外光譜圖

由兩圖對(duì)比可得，圖1中-NCO的特征峰在圖2中消失，說(shuō)明TDI中的-NCO基團(tuán)完全反應(yīng)，封閉劑起到了很好的封閉作用。

2.2 電泳時(shí)間對(duì)漆膜厚度的影響

在漆液固體份為18%，電泳U為120V，pH為6的條件下，研究電泳t跟漆膜δ的關(guān)系，如圖3所示。

圖3 電泳時(shí)間對(duì)漆膜厚度的影響

由圖3可以看出，隨著電泳時(shí)間的延長(zhǎng)，漆膜的厚度在增加到一定值后趨于穩(wěn)定。這是由于當(dāng)涂膜在被涂鋼板上完全覆蓋后，阻斷了離子的電泳，無(wú)論電泳時(shí)間加大多少，涂膜厚度也不會(huì)增加，故最佳電泳t為3min。

2.3 電泳漆pH對(duì)漆膜厚度的影響

在固體份為18%，U為120V，電泳t為3min條件下，研究電泳漆pH對(duì)漆膜厚度的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4 pH對(duì)漆膜厚度的影響

由圖4可見，漆膜厚度隨pH的升高呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，pH在6左右效果最好。pH較低時(shí)，陰極電泳液中離子化程度較高，電泳時(shí)反應(yīng)劇烈，導(dǎo)致槽液溫度上升過(guò)快，氣泡較多，造成漆膜穿孔;pH較高時(shí)，陰極電泳漆液離子化程度較低，不利于電泳。

2.4 漆膜的性能測(cè)定

為檢測(cè)所得環(huán)氧型基料樹脂的性能，將樹脂乳化、調(diào)整pH后進(jìn)行了陰極電泳實(shí)驗(yàn)，經(jīng)烘烤后陰極電泳漆膜外觀良好。

2.4.1 附著力測(cè)定

利用QFZ型漆膜附著力測(cè)定儀，將烘烤后的漆膜片固定，在漆膜片上采用圓圈劃痕法，按照GB/T1720-79標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比漆膜附著力等級(jí)。

2.4.2 耐鹽霧測(cè)定

在SF-90鹽霧測(cè)試箱中對(duì)陰極電泳試片進(jìn)行耐鹽霧性能測(cè)試。配置氯化鈉溶液，用冰醋酸和氫氧化鈉維持溶液pH在6.5～7.2之間，將配制好的氯化鈉溶液倒入鹽水補(bǔ)充槽，使鹽水流至鹽水預(yù)熱槽，將陰極電泳烘烤成膜的鋼板1#、2#、3#、4#和5#放入鹽霧試驗(yàn)箱，設(shè)置θ為35℃，開啟噴霧開關(guān)，分別在540、560、580、600 和620h 按次序取出鋼板，觀察漆膜表面狀態(tài)。

2.4.3 耐水性測(cè)定

取5個(gè)200mL的燒杯，倒入自來(lái)水，在燒杯中分別放入5片陰極電泳涂膜的鋼板試片，涂膜1/2沒(méi)入液面以下，在 750、800、850、900和 950h后取出，按照GB/T1733-93標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定漆膜耐水性。

2.4.4 陰極電泳膜層測(cè)試結(jié)果

對(duì)漆膜的性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表1所示。

表1 漆膜相關(guān)性能

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)合成了性能優(yōu)良的陰極電泳漆，對(duì)陰極電泳涂裝工藝中電泳時(shí)間和漆液pH對(duì)漆膜的影響進(jìn)行了研究，測(cè)定了固化后漆膜的性能。結(jié)果表明，合成的白色陰極電泳涂料固體份為18%，電泳3min，150℃烘干30min得到的陰極電泳漆膜，外觀光滑、平整，經(jīng)測(cè)試漆膜的附著力為1級(jí)，鉛筆硬度3H，耐沖擊強(qiáng)度 50kg·cm，耐鹽霧 600h，耐水性900h，達(dá)到了低溫固化陰極電泳涂料基料樹脂的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

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