简易型PVDC类自沉积涂料的研制
2021-07-08 15:32 浏览:149
孟 毅，周宪民，宋 凡，夏 雨 （沈阳帕卡濑精有限总公司技术部，辽宁沈阳 110042）
0 引言
自沉积涂料是一种不用通电，仅通过化学反应使涂料自动覆盖在钢铁基材表面的全浸式水性涂料。该涂料的显著特点是不经过磷化前处理，直接沉积在钢铁基材的表面，涂膜性能与阴极电泳涂料［1-3］相近。自沉积涂料由树脂、颜料、氧化剂、酸和水组成，通过钢铁基材在酸性溶液中形成的微电池化学作用，使溶液中的乳胶粒子破乳而附着于钢件之上，并且形成一种疏水性的湿膜，该类湿膜可耐一定压力的水洗而不脱落，经过烘烤之后形成一层连续的、有一定厚度的耐腐蚀涂层。
化学反应式如下 ：
溶解反应 ：
Fe（工件）+2HF → Fe2++H2+2FFe（工件）+2FeF3 → 3Fe2++6F-
成膜 ：
Fe2++ 树脂→ Fe- 树脂
氧化反应 ：
2Fe2++ H2O2+2HF → 2Fe3++2H2O+2F-
2Fe3+6F- → 2FeF3
自 20世纪 70 年代到 80 年代，世界上有许多专家学者对自沉积涂料及其自动沉积工艺进行了大量的研究工作，取得了较大的进展，相继发明了不少的相关技术专利。美国、欧洲和日本等国家相继建立了一定数量的自沉积涂装生产线。但由于厚膜阴极电泳涂料的兴起，使自沉积涂料在 20 世纪 80 年代末处于停滞状态，一些已建成的生产线逐步被磷化前处理和阴极电泳线所替代。进入 20 世纪 90 年代后期，低成本化、环保化、无公害化的涂装发展模式，促使专家学者们对自沉积涂料和自沉积工艺再次展开研究。
近年来，出现了大量自沉积涂料和自沉积工艺的专利和文献，其中报道的自沉积涂料的性能与之前相比有了很大的进步，并且再次有了一定范围的应用。但目前仍有一些弊端阻碍着这项技术的发展，其中之一是不能采用超滤技术进行闭路水洗，导致自沉积涂料的带液损失较大，并且为了达到更高的性能，在自沉积涂装之后，湿膜要进行反应水洗。为了保证反应水洗槽液的稳定，需要对自沉积涂装之后的水洗槽液的污染度进行监控，一旦达到电导率的上限，需要溢流排放，导致了污水处理的压力，且反应水洗增加了操作工艺。另外，一般的 PVDC（聚偏二氯乙烯）型自沉积涂料湿膜需要分两段烘烤，段温度在 70℃，第二段温度在 120℃。
针对上述缺陷，本研究提供了一种不需要对涂装之后的湿膜进行反应水洗来提高性能的产品，进而免去了后续水洗溢流的环保压力，也简化了生产工序，同时该产品仅需低温单段烘烤，节能环保的优势明显，更易于工业化。
1 试验部分
1.1 主要原料
PVDC 树脂、SBR 树脂（Styrene Butadiene Resin，丁苯树脂）、成膜助剂 Texanol-12、乳化剂，市售工业级产品 ；润湿剂、流平剂、消泡剂，迪高公司 ；水性 蜡，BYK 公 司 ；色 浆 E3140，日 本 SHIMIZU Co.，Ltd. ；其他试剂，均来自国药试剂商店。
选取原则 ：根据自沉积涂料的成膜机理和文献报道，确定树脂和助剂为非离子或阴离子型，且本身为酸性或者可以在酸性体系下稳定存在。
1.2 自沉积涂料的配制
将 PVDC 树脂和 SBR 树脂按照一定的比例混合并搅拌均匀，然后加入一定量的用水稀释过的有机酸，搅拌 30 min 以上，再加入一定量的水性蜡，继续搅拌 30 min 以上，混合均匀，作为成膜的主要树脂，记作 A 组分，备用。
将纯水和乳化剂按照一定比例进行混合，搅拌溶解之后，加入成膜助剂，继续搅拌，待体系均匀乳化之后，依次加入润湿剂、流平剂和部分消泡剂，高速搅拌，待分散均匀之后，在搅拌状态下缓慢加入色浆，搅拌均匀后，记作 B 组分，备用。在高速搅拌状态下，向 A 组分中缓慢地滴加 B 组分，搅拌过程中依据泡沫的程度加入剩余的消泡剂，B组分全部滴加完毕之后继续搅拌 1 h，过滤放料，得到自沉积涂料的原漆。
1.3 自沉积涂料工作液的配槽
将上述自沉积涂料的原漆按照一定的比例加入 到 纯 水 中，搅 拌 均 匀 后 加 入 5% 的 自 制 开 缸 剂STARTER（主要成分为一定比例的三氟化铁、氢氟酸和双氧水），使得自沉积涂料的不挥发分为 4%~6%。熟化 24 h 后，得到自沉积涂料工作液。
工作液的基本组成如下 ：
槽液 1 L，NV（不挥发分，包括 PVDC 树脂和丁苯树脂）：5% ；自制开缸剂 STARTER ：5% ；乳化剂 DB-2A1 ：0.2 g ；成 膜 助 剂 T-12 ：4 g ；流 平 剂TEGO410 ：0.2 g ；润湿剂 TEGOWet270 ：1 g ；分散剂 757W ：0.3 g ；色浆 CB ：2 g。
本研究所有试验均在上述基本组成下进行。
1.4 样件的自沉积涂装
将钢铁基材工件依次经脱脂、水洗、酸洗和纯水洗之后浸入自沉积涂料工作液中，工作液的温度控制在 20~22 ℃，涂装时间 2.5~3 min。水洗除去粘附在工件表面的残余工作液，在 85 ℃的条件下烘烤25 min，得到涂装完成的工件。