电泳涂料及涂装基础知识培训

1、电泳涂料及涂装知识介绍电泳涂料及涂装知识介绍 徐国义徐国义 表面技术开发中心表面技术开发中心 2013年年6月月22日日 1、阴极电泳涂料发展史；、阴极电泳涂料发展史； 2、阴极电泳涂料组成；、阴极电泳涂料组成； 3、阴极电泳涂装概念及反应机理；、阴极电泳涂装概念及反应机理； 4、电泳涂装工艺条件；、电泳涂装工艺条件； 5、电泳涂装设备；、电泳涂装设备； 主要内容：主要内容： 阴极电泳涂装的发展过程阴极电泳涂装的发展过程 o1809年，俄国化学家列斯首先发现了胶体粒子在电场作用下产生 电泳的现象。 o1960年，英国的卜内门公司与里兰公司共同研制成功阳极电泳涂 料。 o1963年，福特公司建立

2、了世界上第一条完整的电泳涂装线。 o1969年，美国在电泳涂装线上成功引入超滤技术。 o1971年，第一代阴极电泳漆在通用汽车公司投入使用。 o1976年，第二代阴极电泳漆在通用公司成功应用。 o日本和英国1977年由美国引进技术后，其汽车涂装从78-79年向 阴极电泳涂装转化。 o80年代中期，美、德、日等开发厚膜型阴极电泳涂料。 o90年代末，顺应环保法规要求的无铅电泳涂料相继投入应用 阴极电泳涂料的主要组成阴极电泳涂料的主要组成 项目项目主要组成主要组成 基础树脂基础树脂聚酰氨或聚脂改性的环氧树脂聚酰氨或聚脂改性的环氧树脂 交联树脂交联树脂封闭异氰酸树脂封闭异氰酸树脂 中和剂中和剂有机酸

3、有机酸 调整溶剂调整溶剂醇、醇醚和酮类溶剂醇、醇醚和酮类溶剂 组份组份用途用途 色浆色浆主要为颜料份主要为颜料份 乳液乳液主要为树脂份主要为树脂份 中和剂中和剂用于调整槽液用于调整槽液PH值和值和MEQ值值 补给溶剂补给溶剂用于调节槽液溶剂含量用于调节槽液溶剂含量 阴极电泳涂料的主要分类阴极电泳涂料的主要分类 阴阴 极极 电电 泳泳 漆漆 按一次泳涂膜厚按一次泳涂膜厚 按环保要求按环保要求 薄膜型薄膜型 有铅型有铅型 厚膜型厚膜型 无铅型无铅型 中厚中厚膜型膜型 节能型节能型 低废气排放低废气排放 电泳涂装概念：电泳涂装概念： 电泳涂装是将具有导电性的被涂工件，浸渍 在装水稀释的、浓度比较低的

4、电泳涂料槽中 作为阴极(或阳极)， 在槽中另投置与其相 对应的阳极(或阴极)，在两极间通一定时间 的直流电，通过物理化学作用将漆沉积在被 涂工件上，形成水不溶性膜的一种涂装方法。 电泳涂装的种类：电泳涂装的种类： o 根据涂料树脂所带电荷的种类分阴极电泳和阳极电 泳。 o 阳极电泳所用涂料树脂是由带羟基团的聚合物 经胺中和成盐再水溶，树脂及颜料粒子带负电荷。 常见的有聚丁二烯阳极电泳涂料等。 o 阴极电泳所用涂料树脂是由带胺基的碱性树脂 经酸中和成盐再水溶，树脂及颜料粒子带正电荷。 常见的有环氧树脂、聚胺脂等阴极电泳涂料。 o 高效从漆前处理到电泳底漆烘干可实现生产线 化，可适用于大流水线生产

5、。 o 优质其泳透力好，提高了工件内的防腐蚀性； （其对工件内腔、焊缝、边缘等的防腐能力是其它 涂装法所不能比拟的，漆膜耐盐雾试验可达成1000 小时）可得到均一的膜厚，外观好。 o 安全属低公害水溶性涂料，溶剂含量少，无火 灾危险，尤在采用UF装置后，涂料回收好，大大 减少了对水质和大气污染。 o 经济指涂料利用率高，可达95%。 阴极电泳涂装的特点：阴极电泳涂装的特点： H+电泳槽液 电泳槽液 - + R-OH- R-NHCOO- 阴极电泳反应机理阴极电泳反应机理 电解电渗电沉积电泳 相关术语介绍：相关术语介绍： o电解：电解：任何一种导电液体在通电时产生分解的现象称为电解。任何一种导电液

6、体在通电时产生分解的现象称为电解。 阴极（被涂物）：阴极（被涂物）：2H2O + 2e- 2OH- H2 RNH + OH- RN H2O （水溶性）（水溶性） （水不溶性）（水不溶性） 阳极（极板）：阳极（极板）： 2H2O 4H+ 4e- O2 RCOO-+ H+RCOOH o电泳：电泳：带正电荷的胶体树脂粒子和颜料粒子在电带正电荷的胶体树脂粒子和颜料粒子在电 场的作用下向阴极移动。场的作用下向阴极移动。 o 电沉积电沉积:漆粒子在电极上的沉积现象。电沉积的第一步 是H2O的电化学分解，这一反应至使在阴极表面区产生 高碱性（OH-）界面层，当阳离子（树脂和颜料）与 O H - 反 应 变

7、成 不 溶 性 时 ， 就 产 生 涂 膜 的 沉 积 。 o 电渗电渗: 刚沉积到被涂物表面上的涂膜是半渗透的膜，在 电场的持续作用下，涂膜内部所含的水分从涂膜中渗析 出来移向槽液，使涂膜脱水，这种现象称为电渗。电渗 使亲水的涂膜变成憎水涂膜，脱水从而使涂膜致密化。 固化反应 OH OH 基体树脂 NHCOO R R OOCHN 封闭剂 固化树脂 OH OH 反应基 烘干 热 (固化触媒)(NCO封闭物) -OOCHN NHCOO- ROH 封闭溶剂脱离 架桥构造 阴极电泳涂料固化机理阴极电泳涂料固化机理 电泳涂装工艺条件电泳涂装工艺条件 ： o 电泳涂装工艺条件包括以下四个方面电泳涂装工艺

8、条件包括以下四个方面13个条件个条件(参数参数)： (1) 槽液的组成方面：固体份、灰份、MEQ和有机溶剂含量； (2) 电泳条件方面：槽液温度、泳涂电压、泳涂时间； (3) 槽液特性方面：pH值、电导率； (4) 电泳特性方面：库仑效率、最大电流值、膜厚和泳透力。 槽液的组成方面：槽液的组成方面： o 固体分固体分(NV):表示在涂料中的树脂及颜料的重量比率表示在涂料中的树脂及颜料的重量比率 (%)。 (1)NV过高时出现的问题有：二次流痕、膜厚增加、涂料回收率下过高时出现的问题有：二次流痕、膜厚增加、涂料回收率下 降。降。 (2)NV过低时出现的问题有：膜厚降低、桔皮、泳透力下降。过低时出

9、现的问题有：膜厚降低、桔皮、泳透力下降。 o 灰分灰分(ASH)：表示固体成分中颜料的重量比率表示固体成分中颜料的重量比率(%)。 (1)ASH过高出现的问题有：膜厚降低，涂膜水平面失光、易产生过高出现的问题有：膜厚降低，涂膜水平面失光、易产生 桔皮。桔皮。 (2)ASH过低出现的问题有：抗缩孔能力下降，泳透力下降。过低出现的问题有：抗缩孔能力下降，泳透力下降。 o MEQ值：值：表示涂料中表示涂料中100g固体份所耗中和剂的毫克当固体份所耗中和剂的毫克当 量，是槽液的重要参数。量，是槽液的重要参数。 (1) MEQ过高出现的问题有：库仑效率、膜厚、泳透力、破坏电压下降，过高出现的问题有：库仑

10、效率、膜厚、泳透力、破坏电压下降， 镀锌板易出现针孔，腐蚀涂料循环管道等设备，用镀锌板易出现针孔，腐蚀涂料循环管道等设备，用U/F水洗出现再溶解等。水洗出现再溶解等。 (2) MEQ过低出现的问题有：槽液稳定性下降，过低出现的问题有：槽液稳定性下降，U/F透过量下降。透过量下降。 o 溶剂含量：溶剂含量：表示槽液中有机溶剂的总重量表示槽液中有机溶剂的总重量(%)。 (1)溶剂含量过高出现的问题有：泳透力、破坏电压下降，膜厚增加且分布溶剂含量过高出现的问题有：泳透力、破坏电压下降，膜厚增加且分布 不均匀等。不均匀等。 (2)溶剂含量过低出现的问题有：膜厚降低，涂膜产生桔皮、针孔、干斑等溶剂含量过

11、低出现的问题有：膜厚降低，涂膜产生桔皮、针孔、干斑等 弊病。弊病。 电泳条件方面：电泳条件方面： o 槽液温度槽液温度: (1)温度过高，溶剂挥发加快树脂分子易产生氧化聚合交联，必影响槽温度过高，溶剂挥发加快树脂分子易产生氧化聚合交联，必影响槽 液的稳定性，加速槽液老化，且电解反应加剧，漆膜易出现针孔、液的稳定性，加速槽液老化，且电解反应加剧，漆膜易出现针孔、 桔皮等弊病；桔皮等弊病； (2)温度过低，漆水溶性下降，电沉积量下降，膜薄、粗糙等。温度过低，漆水溶性下降，电沉积量下降，膜薄、粗糙等。 o 泳涂电压：泳涂电压：泳涂电压对漆膜的影响较大，电压高低的选泳涂电压对漆膜的影响较大，电压高低的

12、选 择与电泳涂料的类型、被涂工件材料的性质、表面积大择与电泳涂料的类型、被涂工件材料的性质、表面积大 小和阴阳极间距有关。小和阴阳极间距有关。 (1)电压过高，电解反应加剧，气泡增多，电泳漆膜厚且粗糙有针孔，电压过高，电解反应加剧，气泡增多，电泳漆膜厚且粗糙有针孔， 烘干后有桔皮现象；烘干后有桔皮现象； (2)电压过低，电解反应慢，电沉积量少，漆膜薄而不均匀。电压过低，电解反应慢，电沉积量少，漆膜薄而不均匀。 o 泳涂时间泳涂时间: :泳涂时间指被涂物浸在槽液中通电成膜时间。泳涂时间指被涂物浸在槽液中通电成膜时间。 在一定条件下，泳涂时间增长，电沉积量也增加，泳透深度增大。在一定条件下，泳涂时

13、间增长，电沉积量也增加，泳透深度增大。 但当漆膜达一定厚度时，由于电阻影响，电泳时间再延长，也不但当漆膜达一定厚度时，由于电阻影响，电泳时间再延长，也不 可能增加膜厚，相反因出现返溶而导致漆膜外观状态变坏。可能增加膜厚，相反因出现返溶而导致漆膜外观状态变坏。 槽液特性方面：槽液特性方面： o pH:是氢离子的浓度指数，值越小酸性越强。是氢离子的浓度指数，值越小酸性越强。 (1)pH值过高出现的问题有：槽液的稳定性降低值过高出现的问题有：槽液的稳定性降低涂料沉淀、凝聚涂料沉淀、凝聚堵堵 塞过滤，产生颗粒。塞过滤，产生颗粒。 (2)pH值过低出现的问题有：腐蚀涂料循环管道等设备，库仑效率降低、值过

14、低出现的问题有：腐蚀涂料循环管道等设备，库仑效率降低、 破坏电压降低，用破坏电压降低，用U/F水洗出现再溶解。水洗出现再溶解。 o 电导率：电导率：表示相距表示相距1cm的极间的极间(面积面积1cm2的阴的阴-阳极间阳极间)的的 电导度电导度(s/cm)，值越大，导电能力越强。，值越大，导电能力越强。 (1)电导率过高出现的问题有：库仑效率下降、镀锌板上易出现针孔、电导率过高出现的问题有：库仑效率下降、镀锌板上易出现针孔、 破坏电压降低、产生桔皮。破坏电压降低、产生桔皮。 (2)电导率过低出现的问题有：槽液稳定性下降、膜厚分布不均匀。电导率过低出现的问题有：槽液稳定性下降、膜厚分布不均匀。 电

15、泳特性方面：电泳特性方面： o 库伦效率：库伦效率：表示耗用表示耗用1库仑的电量析出的涂膜重量库仑的电量析出的涂膜重量 (mg/c)。 (1)影响库仑效率的因素有：溶剂含量、影响库仑效率的因素有：溶剂含量、NV、MEQ、ASH、槽温、槽温、 施工电压等。施工电压等。 (2)库仑效率过高产生的问题：槽液稳定性不良。库仑效率过高产生的问题：槽液稳定性不良。 (3)库仑效率过低产生的问题：泳透力下降，用电量上升。库仑效率过低产生的问题：泳透力下降，用电量上升。 o 电压电压-膜厚：膜厚：在正常的槽温下，用规定的电压、规定的在正常的槽温下，用规定的电压、规定的 时间测得的膜厚。时间测得的膜厚。 影响膜

16、厚的因素有：溶剂含量、影响膜厚的因素有：溶剂含量、NV、MEQ、ASH、槽温、施工电、槽温、施工电 压、通电时间等。压、通电时间等。 o 泳透力：泳透力：电泳过程中使背离电极的被涂物表面涂上漆膜电泳过程中使背离电极的被涂物表面涂上漆膜 的能力强弱称之为泳透率，也可理解为电泳涂膜在膜厚的能力强弱称之为泳透率，也可理解为电泳涂膜在膜厚 分布上的均一性。分布上的均一性。 泳透力是电泳涂料的重要特性之一，涂料的电阻值愈小，沉积漆泳透力是电泳涂料的重要特性之一，涂料的电阻值愈小，沉积漆 膜电阻愈大，泳透力就愈好。泳透力与电泳电压、时间及涂料固膜电阻愈大，泳透力就愈好。泳透力与电泳电压、时间及涂料固 体含

17、量成正比，与涂料的温度、电导率及极间距成反比。体含量成正比，与涂料的温度、电导率及极间距成反比。 o 最大电流值：最大电流值：一般电泳初期电流大，随着涂膜析出，涂一般电泳初期电流大，随着涂膜析出，涂 膜电阻增加，电流值急剧下降，在某个电压以上电泳时，膜电阻增加，电流值急剧下降，在某个电压以上电泳时， 电流值过大，急剧产生电流值过大，急剧产生H2，从而破坏析出膜。，从而破坏析出膜。 电泳涂装设备电泳涂装设备: o 1.电泳槽电泳槽(主、副槽主、副槽)： 电泳槽设计和结构，主要涉及以下两方而考虑：其一，保持槽中电泳槽设计和结构，主要涉及以下两方而考虑：其一，保持槽中 槽液运动防止沉淀的技巧；其二，

18、保持槽液清洁的过滤方法。槽液运动防止沉淀的技巧；其二，保持槽液清洁的过滤方法。 o 2.循环过滤系统循环过滤系统(含控温装置含控温装置): 电泳槽液自配槽后就应连续循环搅拌，其主要功能如下：电泳槽液自配槽后就应连续循环搅拌，其主要功能如下： (1)保持槽液均匀混合和防止颜料在槽中或被涂物水平面上沉降；保持槽液均匀混合和防止颜料在槽中或被涂物水平面上沉降； (2)槽液循环经过滤器，除去槽液中的尘埃、机械杂质和油污；槽液循环经过滤器，除去槽液中的尘埃、机械杂质和油污； (3)保持槽液的温度均匀，并通热交换器，交换掉由涂装电能和泵保持槽液的温度均匀，并通热交换器，交换掉由涂装电能和泵 工作的机械能转换成的热量；工作的机械能转换成的热量； (4)及时排除在电泳过程中在被涂物表面上产生的气体。及时排除在电泳过程中在被涂物表面上产生的气体。 o3.超滤超滤(UF)系统系统: 其主要作用如下：其主要作用如下： (1)加强对电泳