底面合一陰極電泳漆的研究
胡 軍, 吳紹林, 劉 靜, 萬 濤 (武漢雙虎
汽車涂料有限公司, 武漢430035)
0 引 言
中厚膜陰極電泳漆作為汽車用底漆時具備一定的防腐性能,但隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展,底盤等汽車黑色件在原有鹽霧性能要求上,進(jìn)一步要求將老化性能提高,從而使電泳一道陰極電泳漆既具備底漆性能,又達(dá)到面漆耐老化性能,進(jìn)而滿足涂裝優(yōu)化工藝、節(jié)約成本的需求。本文在研究環(huán)氧體系的基礎(chǔ)上,通過冷拼丙烯酸
樹脂的改性作用[ 1 ] ,針對
乳液在施工應(yīng)用中的穩(wěn)定性,探討了親水性溶劑、酸值對
乳液及漆膜的影響,并用液相色譜儀對丙烯酸環(huán)氧比例進(jìn)行分析,最后用人工加速老化實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證,達(dá)到了底面合一品種的要求[ 1 ] 。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 主要原料
環(huán)氧樹脂E - 20:工業(yè)品;異丁醇:化學(xué)純;乙二醇丁醚:化學(xué)純;十二烷基苯酚:化學(xué)純;二甲基芐胺:化學(xué)純;丙二醇苯醚:化學(xué)純;交聯(lián)劑:自制;陽離子型丙烯酸樹脂:自制;去離子水:自制;冰醋酸:工業(yè)品;乳酸:工業(yè)品;羥甲基乙醇胺:化學(xué)純; N, N - 二甲基丙胺:化學(xué)純;二氧化鈦:工業(yè)品;炭黑:工業(yè)品;硅酸鋁:工業(yè)品。
1.2 合成工藝
1.2.1 乳液制備
將一定量的環(huán)氧樹脂、十二烷基苯酚、二甲苯、二甲基芐胺依次加入到250 mL 四口燒瓶中,通入N2氣加熱至100 ～120 ℃
保溫30 min,然后升溫至140 ℃
保溫并檢測環(huán)氧當(dāng)量值,達(dá)到1 000～1 100 g/ eq后降溫,至90 ℃時加入乙二醇單丁醚、二甲苯、異丁醇、羥甲基乙醇胺,攪拌30 min后加入陽離子型丙烯酸樹脂和交聯(lián)劑,充分?jǐn)嚢? h后,在70 ℃保溫制成樹脂混合物備用。
將去離子水、冰醋酸、乳酸依次加入1 000 mL四口燒瓶中均勻混合,取樣測酸價為(30 ±2) mgKOH /g,開動高速攪拌將制好的樹脂混合物加入, 50 ℃左右攪拌30 min,開啟真空泵,使瓶中真空度達(dá)到0.1MPa左右,抽提混合物中溶劑,當(dāng)抽出物達(dá)到總量30%時停止,補(bǔ)加等量去離子水后攪拌均勻。
1.2.2 灰漿制備
將一定量丙烯酸樹脂、乳酸、去離子水、二氧化鈦、炭黑、硅酸鋁高速預(yù)混均勻,在砂磨機(jī)中研磨約0.5 h,細(xì)度小于15μm即可。
1.2.3 槽液制備
將乳液、灰漿、去離子水按6∶1∶6比例混合均勻,熟化24 h后泳板測試。
1.3 測試方法
用721E型可見分光光度計測定乳液粒徑;用氣相色譜儀測定槽液溶劑含量;用Agilent 1100液相色譜儀分析槽液丙烯酸、環(huán)氧樹脂比例;用DDS - 307電導(dǎo)率儀測槽液電導(dǎo)率;用PHS - 3C測定槽液pH值;用QUV人工老化機(jī)測漆膜加速老化性能指標(biāo);用中性鹽霧機(jī)測漆膜耐鹽霧性能;槽液及漆膜其他指標(biāo)分別按相應(yīng)國標(biāo)測試。
2 結(jié)果與討論
2.1 乳液粒徑與酸值的關(guān)系
在電泳過程中,乳液粒徑對漆膜外觀有著重要影響,粒徑過小時對漆膜厚度增加不利;而粒徑過大時,則對漆膜致密性及外觀平整性不利,通常選取40～150 nm較為合適,通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),酸值在乳化過程與乳液粒徑存在一定關(guān)系[ 3 ] ,如圖1
從圖1可知:在樹脂固體分一定時,乳液的粒徑開始隨酸值的增加而迅速降低,當(dāng)酸值達(dá)到40 mgKOH /g后,粒徑隨酸值變化較小,按電泳產(chǎn)品的工藝要求,選取酸水酸值在28～35mgKOH /g之間。
2.2 溶劑含量對漆膜返溶性的影響
漆膜的返溶由樹脂本身的親水性所決定,影響樹脂的水溶性因素很多,樹脂本身的NH +4 含量和合成工藝的變化都將對電泳漆膜的水溶性產(chǎn)生不同程度的影響。在此情況下,我們研究了樹脂的溶劑含量對漆膜返溶性的影響, (在不同酸值條件下)結(jié)果見圖2。
從圖2中,可以分析得出,溶劑含量低于3%時,漆膜返溶比例低于10% ,符合電泳漆要求,由于過低溶劑含量使漆膜平整性較差,我們選取溶劑在2% ～3%之間。
2.3 丙烯酸樹脂用量對漆膜邊緣覆蓋性及老化鹽霧性能的影響
環(huán)氧樹脂賦予漆膜較好的鹽霧性能和邊緣覆蓋性能,丙烯酸樹脂通常在老化性能上優(yōu)于環(huán)氧樹脂,但用量較大時將對其鹽霧性和邊緣覆蓋率造成影響,所以必須平衡丙烯酸樹脂與環(huán)氧樹脂的比例,使漆膜既有良好的耐候性,又有較好的銳邊耐蝕性及QUV老化、鹽霧性能,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。
從表1可知,在丙烯酸樹脂與環(huán)氧樹脂比例為7∶3左右時,漆膜既有較好的邊緣耐蝕性能,又具備一定的老化和鹽霧性能。
2.4 丙烯酸- 環(huán)氧體系樹脂比例分析
為了測試槽液在運(yùn)行過程中樹脂比例的變化,我們選取產(chǎn)品在投槽運(yùn)行1個月的槽液進(jìn)行分析檢測,在武漢大學(xué)測試中心的幫助下,我們將線上槽液取樣,用去離子水按1 ∶50(體積比)稀釋后,采用0.45μm尼龍親水濾膜過濾,將槽液中顏、填料及交聯(lián)劑濾除,用Agilent 1100液相色譜儀進(jìn)行分析,同時用丙烯酸樹脂標(biāo)樣作為比對,結(jié)果分別如圖3、圖4 。
從圖3、圖4中可知:單一丙烯酸樹脂在4.276 min時出峰,其含量為98.069 1%。與槽液樣品比對,在4.386 min時丙烯酸樹脂出峰, 其含量為73.127 7%。環(huán)氧樹脂在6.826 min時出峰,含量為26.872 3%?？紤]實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差,基本與投槽時比例相吻合。
2.5 底面合一電泳漆各項(xiàng)性能測定
作為底面合一產(chǎn)品,我們綜合考慮漆膜在老化和鹽霧性能上的平衡,產(chǎn)品具體指標(biāo)如表2。
3 結(jié) 語
(1)將丙烯酸樹脂與環(huán)氧樹脂冷拼后共同乳化制備一種新型陰極電泳涂料,分析表明:涂膜在老化性能和鹽霧性能方面均取得較好的結(jié)果。
(2)通過對乳液粒徑、漆膜返溶性等方面的探討,發(fā)現(xiàn)當(dāng)酸值在28～35 mgKOH /g,乳液粒徑在100 nm左右,穩(wěn)定性較好;溶劑含量在2% ～3%時,返溶性及外觀性能較優(yōu)良。
(3) 經(jīng)實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)化涂裝運(yùn)行驗(yàn)證表明:丙烯酸樹脂與環(huán)氧樹脂比例基本維持在70∶30左右保持不變。
