國內外陰極電泳涂料樹脂體系的研究進展

張歡

【摘 要】經過半個世紀的發展，陰極電泳涂料已經逐漸向多樣化、多功能、環保低碳等多方面發展。陰極電泳涂料體系常用的樹脂體系有環氧樹脂類、丙烯酸酯類、聚丁二烯和聚氨酯。本文以陰極電泳涂料常用的環氧樹脂體系和丙烯酸酯樹脂體系為主線，介紹了目前國內外對陰極電泳涂料的研究進展。

【關鍵詞】電泳漆；陰極電泳；環氧樹脂；丙烯酸；異氰酸酯；固化劑

0 引言

電泳涂料作為水性涂料中的優秀品種得到了市場的廣泛使用，隨著工業的發展，其品種和應用范圍已不斷擴大。由于陽極電泳涂料存在陽極工件易氧化、抗腐蝕性能很難有較大幅度提高等問題的存在，電泳涂料已經逐漸向陰極電泳轉變。很多企業和學者從改性成膜樹脂和固化劑的角度入手，對陰極電泳涂料進行了積極的研究和開發。

1 陰極電泳涂料的原理

陰極電泳所用的樹脂及顏料粒子帶正電荷，在電泳過程中，被涂物作為陰極，在外加直流電源和外加電場的作用下，帶正電荷的涂料粒子移向陰極，從而在被涂物表面形成一層電泳涂膜。

2 陰極電泳涂料及陰極電泳涂料用樹脂

陰極電泳涂料使用的樹脂是陽離子型樹脂，為了使樹脂提供更好的涂膜性能，使樹脂陽離子化的方法也越來越多樣化。陰極電泳涂料體系常用的樹脂種類有環氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚丁二烯和聚氨酯等，其中應用最多的類型是環氧樹脂和丙烯酸樹脂。

2.1 環氧樹脂陰極電泳涂料及環氧樹脂類陽離子型樹脂

目前環氧樹脂類陽離子型樹脂主要是環氧胺加成物，環氧樹脂的陽離子化方法通常是將環氧樹脂與多元胺開環反應引入氨基成鹽基團，生成環氧樹脂的胺加成物，然后用有機酸或無機酸中和，或者是先擴鏈，再用胺中和、酸化。

這類陽離子型環氧樹脂在成膜后也存在很多實際問題，如易黃變、固化溫度過高，漆膜顏色單一裝飾性不好、不環保等。為了解決現有的技術中存在的問題，很多研究者從樹脂改性、固化劑改性等方面對現有的環氧樹脂陰極電泳涂料做了進一步的優化。

專利[1]公開了以胺改性酚醛環氧樹脂和锍改性環氧樹脂物為基體樹脂，以常規封閉型異氰酸酯為固化劑，制備了一種無鉛的陰極電泳涂料，漆膜能在無鉛的存在下固化且漆膜各項性能良好。

專利[2]公開了用甲乙酮肟封閉的四亞甲基二甲苯二異氰酸酯作為胺改性環氧樹脂陰極電泳涂料的固化劑，使涂料能在120-135℃溫度范圍內固化，而且涂膜耐腐蝕性良好；專利[3]公開用兩種不同類型的封閉劑組合使用， 這兩種組合封閉的異氰酸酯固化劑在用于環氧樹脂型陰極電泳涂料后，固化溫度可降低至150-170℃，漆膜平滑、耐腐蝕性和耐化學品性能優異。

我們可以發現，目前很多研究都致力于通過對固化劑進行改性來提高環氧樹脂陰極電泳涂料的固化溫度、耐腐蝕性能等。這個也是目前對環氧樹脂陰極電泳改性的熱點方向。

2.2 丙烯酸樹脂陰極電泳涂料及丙烯酸類陽離子型樹脂

丙烯酸陰極電泳漆裝飾性能好、施工性能好、不黃變、耐候性好，而且丙烯酸類單體種類繁多，其單體可以進行多種反應，如縮聚、接枝、共聚、改性其它種類的樹脂等。丙烯酸類陽離子樹脂通常是以（甲基）丙烯酸的氨基烷基酯與（甲基）丙烯酸丁酯、苯乙烯等單體共聚，再通過有機酸中和成鹽，從而獲得陽離子型丙烯酸樹脂；單通過該方法制備的樹脂與外加交聯劑配合使用時，會由于基料樹脂和交聯劑間泳透力的差異，使得電泳漆膜的成分和電泳漆液的配比不同，從而很難控制基料樹脂和交聯劑的比例，從而影響漆膜的固化。針對現有技術所存在的這些問題，也有很多研究者從調整和改進合成丙烯酸樹脂單體以及對固化劑進行改性等方面對丙烯酸陽離子樹脂以及丙烯酸陰極電泳漆做了深入的研究。

專利[4]報道了一種通過自由基聚合得到的電泳漆樹脂，該專利具體報道了用含氟丙烯酸單體與丙烯酸酯類單體自由基聚合得到電泳漆基體樹脂，從而制備一種含氟陰極電泳漆，該電泳漆光澤度高，耐化學性和耐腐蝕性能優異。

還有其它的一些改進方法，比如葛俊偉[5]等在自制半封閉異氰酸酯固化劑的基礎上，通過半封閉固化劑留有的-NCO基團與丙烯酸樹脂上羥基反應，將半封閉固化劑接枝到丙稀酸樹脂上，制備了性能良好的單組分接枝型自交聯丙烯酸陰極電泳涂料樹脂，從而克服了固化劑與樹脂共混工藝帶來的問題。

2.3 丙烯酸-環氧樹脂類陰極電泳涂料及復合陽離子型樹脂

為了使陰極電泳漆同時兼顧裝飾性、耐候性和防腐性，對于環氧-丙烯酸性陰極電泳涂料的研究也是非常多。環氧樹脂因為其的防腐性強，一般作為底漆，但是該類型的電泳涂料的裝飾性能不高，耐候性不強；而丙烯酸樹脂因其具有高裝飾性較多用于面漆，但是該樹脂防腐性能差；因此出現了很多將兩種樹脂進行結合以兼顧兩種樹脂的性能優勢的研究。

專利[6]報道將丙烯酸類聚合物與含環氧物質的聚合物混合得到一種含活潑氫的陽離子樹脂，再與含異氰酸酯基和惡唑烷酮基的固化劑反應，制得的可電沉積組合物不易泛黃。

鐘安永等[7]將具有特定表面張力的陽離子丙烯酸樹脂與胺改性環氧樹脂共混，借助調整樹脂的表面張力控制聚丙烯酸酯分布在涂膜表面，環氧樹脂分布在底層，制備了一種新型復合電泳涂料。專利[8]報道將丙烯酸改性的環氧樹脂經擴鏈胺化后，與封閉的異氰酸酯交聯劑反應形成主體樹脂，得到的陰極電泳涂料耐黃變抗粉化性能優異。

3 結語

當前陰極電泳涂料仍然是以環氧樹脂和丙烯酸類樹脂為主，根據國家政策要求和市場需求，陰極電泳涂料會朝著低VOC化，削低有害的重金屬（鉛和錫）；減少涂料使用量，縮短烘烤時間，同時提高提高涂膜的綜合性能的方向發展，這需要我們投入更多的科研力量來不斷升級電泳涂料產品，提升產品的競爭力。

【參考文獻】

[1]Saoru Uchidoi， Kojima， Yamada. Electrodeposition coating method using lead-free cationicelectrodepodition coating composition[P]. US：20040026248A1，2004-2-12.

[2]Ding Y. Chung， Taan K. DebRoy. Low cure cathodic electrodeposition coatings[P]. US：5049249，1991-9-17.

[3]Masaaki Nakashio， Junko Kawashima， Shoichiro Arakura. Resin composition for catinicelectrodeposition coating[P]. US：5908911，1999-6-1.

[4]吳紹林，等.含氟陰極電泳漆及其制備方法[P].CN101638545，2010-2-3.

[5]葛俊偉，胡劍青，等.接枝型自交聯丙烯酸陰極電泳涂料樹脂的制備[J].涂料工業，2006，36（2）：21-24.

[6]M.L.考夫曼.低致黃的可電鍍涂料組合物[P].CN1086528A，1994-5-11.

[7]鐘安永，周宗華，鐘斌，等.聚丙烯酸酯-環氧樹脂復合涂膜的研究[J].高分子材料科學與工程，2000，16（6）：141-143.

[8]吳幼偉，等.陰極電泳涂料組合物及其制備方法[P].CN101760126A，2010-6-30.