低溫固化陰極電泳涂料的合成與涂裝研究

孫 超， 吳金鵬

(濰坊科技學院化工學院，山東壽光 262700)

引 言

20世紀70年代初，美國PPG公司首次研究出陰極電泳涂料，并以其優良的性能，逐漸代替了陽極電泳涂料，廣泛應用于汽車、家電等行業的新型防腐蝕涂料［1-3］。目前陰極電泳涂料主要是以雙酚A環氧樹脂與有機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良的附著力、耐腐蝕性和耐化學性等優點［4-6］。

本文利用胺化環氧樹脂、封閉的甲苯二異氰酸酯(TDI)為原料制得了環氧型陰極電泳涂料，固化θ為150℃，對封閉機理進行了研究，著重探討了電泳涂裝過程中的影響因素，并根據國家標準采用的方法考察了漆膜性能。

1 實驗部分

1.1 實驗藥品及儀器

2，4-甲苯二異氰酸酯(TDI)(煙臺萬華股份有限公司)，601環氧樹脂(環氧值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(德國西爾普機械制造有限公司)，JJ-4型電動攪拌器(上海羽通儀器儀表廠)，SYC-15BS型超級恒溫水浴鍋(杭州譜銳科技有限公司)，TENSOR37型傅里葉變換紅外光譜儀(北京博儀恒業科技發展有限公司)，QFZ型漆膜附著力測定儀(廈門欣銳儀器儀表有限公司)，SF-90鹽霧測試箱(廣州斯派克環境儀器有限公司)。

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基團完全反應。稱取200g原料環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潤濕分散劑，6g異丙醇，倒入球磨機研磨40min，d=250μm篩網過濾后得到白色顏料漿，加入計算量的去離子水調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，取馬口鐵板作為陽極。調整電源電壓至120V，設定極間距80mm，接通電源進行電泳涂裝，涂料粒子在電場作用下向陰極移動，定時2.5min，鋼板電泳涂裝漆膜經去離子水沖洗后待測。

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，設置烘烤溫度，并計時。本文合成的涂料烘烤θ=150℃，t=30min，可得到外觀平整，性能優良的漆膜。

2 實驗結果分析

2.1 產品的紅外對比測定

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，將烘烤后的樣品進行紅外分析，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

由兩圖對比可得，圖1中-NCO的特征峰在圖2中消失，說明TDI中的-NCO基團完全反應，封閉劑起到了很好的封閉作用。

2.2 電泳時間對漆膜厚度的影響

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的關系，如圖3所示。

圖3 電泳時間對漆膜厚度的影響

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

2.3 電泳漆pH對漆膜厚度的影響

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

圖4 pH對漆膜厚度的影響

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

2.4 漆膜的性能測定

為檢測所得環氧型基料樹脂的性能，將樹脂乳化、調整pH后進行了陰極電泳實驗，經烘烤后陰極電泳漆膜外觀良好。

2.4.1 附著力測定

利用QFZ型漆膜附著力測定儀，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標準對比漆膜附著力等級。

2.4.2 耐鹽霧測定

在SF-90鹽霧測試箱中對陰極電泳試片進行耐鹽霧性能測試。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充槽，使鹽水流至鹽水預熱槽，將陰極電泳烘烤成膜的鋼板1#、2#、3#、4#和5#放入鹽霧試驗箱，設置θ為35℃，開啟噴霧開關，分別在540、560、580、600 和620h 按次序取出鋼板，觀察漆膜表面狀態。

2.4.3 耐水性測定

取5個200mL的燒杯，倒入自來水，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沒入液面以下，在 750、800、850、900和 950h后取出，按照GB/T1733-93標準評定漆膜耐水性。

2.4.4 陰極電泳膜層測試結果

對漆膜的性能進行測試，結果如表1所示。

表1 漆膜相關性能

3 結論

本實驗合成了性能優良的陰極電泳漆，對陰極電泳涂裝工藝中電泳時間和漆液pH對漆膜的影響進行了研究，測定了固化后漆膜的性能。結果表明，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，經測試漆膜的附著力為1級，鉛筆硬度3H，耐沖擊強度 50kg·cm，耐鹽霧 600h，耐水性900h，達到了低溫固化陰極電泳涂料基料樹脂的應用標準。

［1］ Garner Archie W，Mcgee John D.Low temperature curing cathodic electrocoat:US，6517695［P］.2003-02-11.

［2］ Krylova I.Paintingby electrodeposition on the eve of the 21st century［J］.Progress in Organic Coatings，2001，42:119-131.

［3］ 周曉謙.陰極電泳涂料的研究現狀及發展趨勢［J］.現代涂料與涂裝，2007，10(4):45-47.

［4］ 李田霞，陳存華.陰極電泳涂料的發展趨勢［J］.電鍍與精飾，2007，29(1):22-26.

［5］ Dickie D R.Chemical origins of paint performance［J］.Joumal of coatingsTechnology，1994，66(1):27 ～29.

［6］ 吳金鵬，孫超.低溫固化陰極電泳涂料的制備及研究［J］.應用化工，2011，40(3):550-552.