底面合一阴极电泳漆的研究

胡 军, 吴绍林, 刘 静, 万 涛 (武汉双虎汽车涂料有限公司, 武汉430035)      

0　引　言
中厚膜阴极电泳漆作为汽车用底漆时具备一定的防腐性能,但随着汽车工业的迅速发展,底盘等汽车黑色件在原有盐雾性能要求上,进一步要求将老化性能提高,从而使电泳一道阴极电泳漆既具备底漆性能,又达到面漆耐老化性能,进而满足涂装优化工艺、节约成本的需求。本文在研究环氧体系的基础上,通过冷拼丙烯酸树脂的改性作用[ 1 ] ,针对乳液在施工应用中的稳定性,探讨了亲水性溶剂、酸值对乳液及漆膜的影响,并用液相色谱仪对丙烯酸环氧比例进行分析,最后用人工加速老化实验加以验证,达到了底面合一品种的要求[ 1 ] 。

1　实验部分
1.1　主要原料
环氧树脂E - 20:工业品;异丁醇:化学纯;乙二醇丁醚:化学纯;十二烷基苯酚:化学纯;二甲基苄胺:化学纯;丙二醇苯醚:化学纯;交联剂:自制;阳离子型丙烯酸树脂:自制;去离子水:自制;冰醋酸:工业品;乳酸:工业品;羟甲基乙醇胺:化学纯; N, N - 二甲基丙胺:化学纯;二氧化钛:工业品;炭黑:工业品;硅酸铝:工业品。
1.2　合成工艺
1.2.1　乳液制备
将一定量的环氧树脂、十二烷基苯酚、二甲苯、二甲基苄胺依次加入到250 mL 四口烧瓶中,通入N2气加热至100 ～120 ℃保温30 min,然后升温至140 ℃保温并检测环氧当量值,达到1 000～1 100 g/ eq后降温,至90 ℃时加入乙二醇单丁醚、二甲苯、异丁醇、羟甲基乙醇胺,搅拌30 min后加入阳离子型丙烯酸树脂和交联剂,充分搅拌2 h后,在70 ℃保温制成树脂混合物备用。
将去离子水、冰醋酸、乳酸依次加入1 000 mL四口烧瓶中均匀混合,取样测酸价为(30 ±2) mgKOH /g,开动高速搅拌将制好的树脂混合物加入, 50 ℃左右搅拌30 min,开启真空泵,使瓶中真空度达到0.1MPa左右,抽提混合物中溶剂,当抽出物达到总量30%时停止,补加等量去离子水后搅拌均匀。
1.2.2　灰浆制备
将一定量丙烯酸树脂、乳酸、去离子水、二氧化钛、炭黑、硅酸铝高速预混均匀,在砂磨机中研磨约0.5 h,细度小于15μm即可。
1.2.3　槽液制备
将乳液、灰浆、去离子水按6∶1∶6比例混合均匀,熟化24 h后泳板测试。
1.3　测试方法
用721E型可见分光光度计测定乳液粒径;用气相色谱仪测定槽液溶剂含量;用Agilent 1100液相色谱仪分析槽液丙烯酸、环氧树脂比例;用DDS - 307电导率仪测槽液电导率;用PHS - 3C测定槽液pH值;用QUV人工老化机测漆膜加速老化性能指标;用中性盐雾机测漆膜耐盐雾性能;槽液及漆膜其他指标分别按相应国标测试。

2　结果与讨论
2.1　乳液粒径与酸值的关系
在电泳过程中,乳液粒径对漆膜外观有着重要影响,粒径过小时对漆膜厚度增加不利;而粒径过大时,则对漆膜致密性及外观平整性不利,通常选取40～150 nm较为合适,通过实验发现,酸值在乳化过程与乳液粒径存在一定关系[ 3 ] ,如图1

　从图1可知:在树脂固体分一定时,乳液的粒径开始随酸值的增加而迅速降低,当酸值达到40 mgKOH /g后,粒径随酸值变化较小,按电泳产品的工艺要求,选取酸水酸值在28～35mgKOH /g之间。
2.2　溶剂含量对漆膜返溶性的影响
漆膜的返溶由树脂本身的亲水性所决定,影响树脂的水溶性因素很多,树脂本身的NH +4 含量和合成工艺的变化都将对电泳漆膜的水溶性产生不同程度的影响。在此情况下,我们研究了树脂的溶剂含量对漆膜返溶性的影响, (在不同酸值条件下)结果见图2。

从图2中,可以分析得出,溶剂含量低于3%时,漆膜返溶比例低于10% ,符合电泳漆要求,由于过低溶剂含量使漆膜平整性较差,我们选取溶剂在2% ～3%之间。
2.3　丙烯酸树脂用量对漆膜边缘覆盖性及老化盐雾性能的影响
环氧树脂赋予漆膜较好的盐雾性能和边缘覆盖性能,丙烯酸树脂通常在老化性能上优于环氧树脂,但用量较大时将对其盐雾性和边缘覆盖率造成影响,所以必须平衡丙烯酸树脂与环氧树脂的比例,使漆膜既有良好的耐候性,又有较好的锐边耐蚀性及QUV老化、盐雾性能,实验结果见表1。

从表1可知,在丙烯酸树脂与环氧树脂比例为7∶3左右时,漆膜既有较好的边缘耐蚀性能,又具备一定的老化和盐雾性能。
2.4　丙烯酸- 环氧体系树脂比例分析
为了测试槽液在运行过程中树脂比例的变化,我们选取产品在投槽运行1个月的槽液进行分析检测,在武汉大学测试中心的帮助下,我们将线上槽液取样,用去离子水按1 ∶50(体积比)稀释后,采用0.45μm尼龙亲水滤膜过滤,将槽液中颜、填料及交联剂滤除,用Agilent 1100液相色谱仪进行分析,同时用丙烯酸树脂标样作为比对,结果分别如图3、图4 。

从图3、图4中可知:单一丙烯酸树脂在4.276 min时出峰,其含量为98.069 1%。与槽液样品比对,在4.386 min时丙烯酸树脂出峰, 其含量为73.127 7%。环氧树脂在6.826 min时出峰,含量为26.872 3%。考虑实验系统误差,基本与投槽时比例相吻合。
2.5　底面合一电泳漆各项性能测定
作为底面合一产品,我们综合考虑漆膜在老化和盐雾性能上的平衡,产品具体指标如表2。

3　结　语
(1)将丙烯酸树脂与环氧树脂冷拼后共同乳化制备一种新型阴极电泳涂料,分析表明:涂膜在老化性能和盐雾性能方面均取得较好的结果。
(2)通过对乳液粒径、漆膜返溶性等方面的探讨,发现当酸值在28～35 mgKOH /g,乳液粒径在100 nm左右,稳定性较好;溶剂含量在2% ～3%时,返溶性及外观性能较优良。
(3) 经实验室和工业化涂装运行验证表明:丙烯酸树脂与环氧树脂比例基本维持在70∶30左右保持不变。