阴极电泳清漆的制备及其在铝材上的应用研究
2021-06-22 14:09 浏览:197
陈立新1，刘红亮1，吴让君2（1.郎溪县鑫泽涂料有限公司，安徽郎溪242100；2.天门市沃特邦涂料工作室，湖北天门431708）
0 引言
铝是地壳中含量丰富的金属元素，是全球矿产开采产量第二的金属，在人民的物质生活中占有重要的地位。铝材工件虽然具有轻便、不易生锈、可塑性好等优点，但其存在不耐腐、不耐磨、怕受撞击等缺点，限制了铝制品的应用和发展。1906 年，德国的冶金专家威尔姆发明了铝合金，提高了铝材的硬度，经过100多年的发展，铝合金的许多性能已经能媲美钢铁。中国工业和信息化部于2016 年9 月8 日编制和发布的《有色金属工业发展规划(2016－2020 年)》，提出了“十三五”时期中国有色金属发展的主线，中国铝工业未来的发展，主要依靠内需拉动,特别要注重拓展铝的应用领域，加速推进以铝代钢、以铝代木、以铝代其他材料，从而引领新需求。现阶段，铝合金的应用主要分布在建筑和交通两大领域，而应用在铝材上的装饰性涂料主要是粉末涂料和阳极电泳涂料。电泳过程中，在含铝工件周围因水电解产生的[OH-]离子，槽液运行中不断增加的[H+]对铝基材表面影响很大，制约了阴极电泳在含铝工件涂装的推广。随着应用于含铝工件上新型表面处理技术的进一步推广，应用于铝制品的阴极电泳开发也正式启动。
现阶段，铝制工件用的装饰性阴极电泳清漆要求耐候性好，硬度和光泽高，本研究主体树脂选用丙烯酸-聚氨酯体系。烯丙基缩水甘油醚分子结构中含有乙烯基基团、环氧基团和醚键，乙烯基可以发生自由基聚合，环氧基团则提供分子结构中更高的附着力，醚键可以降低分子内旋转位垒。虽然烯丙基缩水甘油醚含有不饱和双键，但是均聚比较困难，共聚反应研究也比较少，应用于电泳漆研究的甚少。本研究利用烯丙基缩水甘油醚均聚活性低的特点，使之与丙烯酸酯单体发生共聚，让分子链结构中的环氧基团更加分散，利用甲基乙醇胺将环氧基团开环，得到阳离子丙烯酸树脂。将阳离子丙烯酸树脂与封闭聚氨酯、助剂混合，加入有机酸离子化，得到铝制工件用阴极电泳漆树脂。通过对乳液性能和成膜后漆膜性能的对比，确定了阴极电泳清漆配方。
1 实验部分
1.1 原料
甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯、烯丙基缩水甘油醚：安徽新远；苯乙烯、丙二醇甲醚、偶氮二异丁腈、二甲苯、乙酸乙酯、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体、三羟甲基丙烷、丙三醇、甲乙酮肟、3，5-二甲基吡唑、甲基异丁基酮、甲基乙醇胺、乳酸、乙酸、甲酸、助剂、去离子水：市售工业品。
1.2 封闭异氰酸酯的合成
在氮气的保护下，将多异氰酸酯和一定量的溶剂加入装有温度计，冷凝管，带有搅拌和氮气导入管的1 000 mL 的四口烧瓶中，开动搅拌，油浴加热至60 ℃。将封闭剂均匀滴加至反应瓶中， 反应温度控制在60～70 ℃之间，通过检测-NCO 的含量判断终点。然后加入枝化剂，反应温度控制在70～80 ℃之间，通过检测-NCO的含量判断终点。
1.3 阴极电泳清漆树脂的合成
将丙二醇甲醚、二甲苯投入装有温度计、冷凝管、带有搅拌和氮气导入管的1 000 mL 四口烧瓶中，开动搅拌升温至100 ℃，滴加反应单体、乙酸乙酯（1）和偶氮二异丁腈（1） 的混合物， 反应物料温度控制在（100±2）℃，滴加时间为4 h，控制回流温度为100 ℃，保温1 h；在回流温度下1 h 滴加完乙酸乙酯（2）与偶氮二异丁腈（2）的混合物，保温1 h；在回流温度下10min 内滴加完乙酸乙酯（3）与偶氮二异丁腈（3）的混合物，保温1 h，制得固含为60%的丙烯酸共聚物，并测黏度。降温至70 ℃，加入甲基乙醇胺，自然升温至90 ℃，并保温2 h。
将物料降温至60 ℃，加入封闭聚氨酯，搅拌下减压蒸馏除去一部分溶剂， 调整物料固含至72%。升温至60 ℃，加入助剂，混合搅拌0.5 h；降温至55 ℃，加入计量好的有机酸，搅拌1 h 出料。
1.4 配漆及制板
将阴极电泳清漆树脂缓慢加入到搅拌状态下的去离子水中，得到固含为30％（质量比）的乳液。将乳液加入到去离子水中，稀释至固含为10％的电沉积涂料清漆乳液，熟化2 h，取抛光剂浸泡过的铝制工件进行电沉积实验。
1.5 阴极电泳清漆的施工参数
阴极电泳清漆的施工参数见表1。