丙烯酸阴极电泳涂料的研究

1、丙烯酸阴极电泳涂料的研究丙 烯 酸 阴 极 电 泳 涂 料 的 研 究摘要：电泳涂装是20世纪60年代发展起来的一项新技术1，由于它具有独特的优越性，应用面迅速扩大，大到汽车车身，小到徽章、眼睛架等，均可采用电泳涂装。电泳涂料的技术含量很高，他的研制和生产被认为是难度最大的一类涂料，并且使用和管理上的要求也高于普通涂料。目前国内自主开发的电泳涂料产品极少，多数是从国外引进生产工艺和合资工艺。鉴于以上现状，结合当前阴极电泳涂料发展动向，本文合成了具有高装饰性的丙烯酸阴极电泳涂料，并介绍了采用常用的丙烯酸单体通过连续溶液聚合，制备丙烯酸阴极电泳涂料的简单可行方法。研究了丙烯酸单体配比，引发剂种类,

2、合成工艺等对阳离子丙烯酸树脂性能的影响以及树脂水溶性的主要影响因素，同时也讨论了电泳条件，固化条件对漆膜的影响情况，列举了电泳原漆的技术指标，施工参数和漆膜性能指标。 关键词：丙烯酸树脂；阴极电泳涂料；合成；The study of the acrylic cathodic electrodeposition coating Abstract: Electrophoric finishing was a new type of technology derived from 1960s Because of its unique properties electrophoric finishi

3、ng was applied widely ,such as large project of car body little of barge and glasses frame.Electrodeposition coating had high technological content which study and produce was regarded most difficulty coating ,especially its requirement of use and management were stricter than that of traditional co

4、ating . At present ,products of electrodeposition coatings manufactured independently in our country were few and the manufacture of the products mostly depended on foreign techniques or joint ventures .Therefor the reaserch and development of electrodeposition are great significance .Consideration

5、above present status and trends of cathodic electrodeposition coating ,in this dissertation ,we polymerized the acrylic cathodic electrodeposition paint which based on the solution polymerization of normal acrylic monomers has been developed .the factors affect the main properties of resin ,includin

6、g material proportion 、the water solubility of resin .At the same time the influence of electrodeposition and cure to the coat were discussed .The index of technique ,construction and properties were given .Key word : Acrylic resin ; electrodeposition coating; synthesis; 0 前言 电泳涂料的发展已有60年的历史了，自从1971

7、年，美国PPG公司研制出第一代阴极电泳涂料,电泳涂料更是进入了一个快速发展的轨道，特别是阴极电泳涂料，因其与阳极电泳涂料相比耐腐蚀性高34倍，泳透率高1.31.5倍，且电沉积时金属表面不易离子化而溶出，解决了工件表面腐蚀问题，固而获得了广泛的应用，已逐渐全面取代了阳极电泳涂料，目前阴极电泳涂料呈现出几大流派：即以美国PPG公司为开端的防锈蚀阳离子型电泳涂料；以德国Hocehst公司为先驱的轿车卡车用阳离子型电泳涂料；以日本神东关西涂料公司为代表的改进型阳离子型电泳涂料，一些技术领先的阴极电泳涂料公司已经开发出边角防锈型，耐候型和低温固化型第四代第五代阴极电泳涂料，同时第六、七代也已在实验室研究

8、开发。在国内兵器部五四研究所（五九所），上海涂料研究所和化工部涂料研究所于80年代相继研究出阴极电泳涂料，一些油漆厂也纷纷引进日本关西，奥地利Stollack，美国PPG，德国巴斯夫等技术进行电泳涂料的生产，而且一般采用的主体树脂有环氧树脂，聚酯树脂，环氧一聚氨酯等。但往往存在耐候性差，加热易黄变，固化温度高，难以彩化等问题，丙烯酸阴极电泳涂料是20世纪50年代后发展起来的涂料新品种2，因其涂膜对光的主吸收峰在太阳光谱范围之外，而具有特别优良的耐光性及耐户外老化性，保色保光性强，其外观涂膜平整光滑、丰满、致密、装饰性强3。因而在轿车，轻工，家电，建筑等领域会有广泛的应用。本文是在确定了阳离子丙

9、烯酸树脂的基本合成工艺基础上，按照阴极电泳涂料的体系特点，研究了阳离子丙烯酸共聚树脂的单体配比水溶性等参数的影响因素，同时也讨论了电泳条件、固化条件对漆膜的影响情况4。1实验仪器与药品1.1 化学药品·材料本实验用于合成阳离子丙烯酸树脂的主要原料如下表1-2 表1-2 主要化学药品Table 1-2 Main chemical material名称 规格产 地甲基丙烯酸甲酯化学纯天津永大化学试剂开发中心丙烯酸丁酯化学纯天津永大化学试剂开发中心丙烯酸羟丙酯工业纯上海山浦化工有限公司A2化学纯天津永大化学试剂开发中心A8工业纯上海山浦化工有限公司偶氮二异丁腈化学纯天津永大化学试剂开发中心

10、过氧化苯甲酰化学纯天津永大化学试剂开发中心异丙醇工业纯上海山浦化工有限公司醋酸丁酯化学纯天津永大化学试剂开发中心K3工业纯上海山浦化工有限公司1.2实验仪器表1.2主要仪器和设备Table1-2 Main equipment and apparatus 名 称 规 格 产 地 硅整流电源 GZLD-5 武汉材料保护研究所库仑计 KLJ 天津材料试验机厂恒温电热套 HH-2 金坛市富华仪器有限公司恒温烘箱 CCD 天津中环试验仪器厂PH测试仪 pH-104 天津中环试验仪器厂 电导测试仪 DDW-12 天津中环试验仪器厂铅笔 H4H 上海中华铅笔厂膜光泽测试仪 BYK4520 德国抗冲击测试仪

11、QCJ 天津中环试验仪器厂附着力测试仪 QFH划格器 天津材料试验机厂膜厚度测试仪 6000F1 香港中贸设备公司电子分析天平 CHD-55 香港中贸设备公司高速分散机 DH-1 香港中贸设备公司各种常规玻璃仪器 天津中环试验仪器厂 2.实验部分2.1 阳离子丙烯酸树脂的合成工艺将部分溶剂加入配有搅拌器、滴液漏斗、回流冷凝器和温度计的500ml四口烧瓶中，开动搅拌，加热溶剂达到预定温度后，开始滴加单体，引发剂和溶剂的混合物，控制在23h内滴加完毕，维持保温反应12h,然后补加引发剂和溶剂，滴加完毕后继续保温2h，终止反应。待产物冷却至50左右，加入一定量的醋酸中和，中和后用去离子水稀释，制得水

12、溶性阳离子丙烯酸树脂4。2.2 树脂性能检测 2.2.1 树脂外观检测 一般用目测。2.2.2 树脂固体分测定将规定重量的试样放入直径为4cm的铝盒中，盖上铝盖称重，然后将其置于带有通风装置的烘箱中，在职115下干燥2h后,称重，计算固体分。试样重量规定如下：表2-2-2 不同种类的重量Table 2-2-2 The weight of different kind of production 试样类别 试样称取量（g） 树脂、半成品 1.0-1.5 电泳涂料成品 1.5-2.5 槽液 2.0-2.5计算公式：固体份（NV）%=（残留物单体）/（样品起始重量）×100%实验结果取两次

13、平行实验的平均值，两次平行试验的相对误差不大于3%。2.3漆液性能检测2.3.1漆液pH检测按PHS-25酸度计使用说明书使用操作2.3.2漆液电导率检测 按HG2-1047-77电泳电导率的测定方法操作2.3.3漆液粘度检测 用纱布蘸溶剂将粘度计内部擦拭干净，在空气中干燥或冷风吹干，对光观察粘度计漏嘴应清洁。调整水平螺丝钉，使粘度计处于水平位置，在粘度计漏嘴下面放置150mL的搪瓷杯，用手堵住漏嘴孔，将试样倒满粘度计中，用玻璃棒将气泡和多余的试样刮入凹槽，然后松开手指，使试样留出，同时立即开动秒表，当试样流丝中断时停止秒表，将试样从粘度计流出的全部时间（秒），即为试样的条件粘度。两次测定值之

14、差不应大于平均值的3。测定时试样温度为25±1。2.3.4 漆液稳定性 将漆液装入50ml的量筒内，并置于60的恒温水浴槽中8小时，看是否会有沉淀，根据沉淀的多少来判断漆液的稳定性大小。2.4 漆膜性能检测2.4.1漆膜外观一般用目测。2.4.2漆膜附着力测定 本实验采用附着力测试仪，利用留声机唱针做头，将样板漆膜朝上，固定于仪器实验平台上，用手将摇柄顺时针匀速转动，通过传动机构，针尖就在漆膜上匀速地划圈，所划的圈依次重叠，得出来类似园滚线的图线，然后用漆刷刷除划痕上的漆屑，以四倍放大镜检查划痕并评级。2.4.3漆膜耐冲击测定 制备漆膜。待漆膜实干后，将涂漆样板漆膜朝上平放铁钻上，样

15、板受冲击部分边缘不少于5mm，每个冲击点的边缘相距不少于15mm。重锤控制装置维持在产品标准规定的高度，按压控制钮重锤即自由地落于冲头上。提起重锤，取出样板，用4倍放大镜观察，判断漆膜有无裂纹，皱纹及剥落现象。试验应在恒温恒湿的条件下进行。2.4.4 漆膜柔韧性测定制备漆膜。待漆膜实干后，在恒温恒湿条件下，漆膜朝上，用双手将涂漆样板紧压于按产品标准规定直每径的轴棒，绕棒弯曲后双手拇指应对称于轴棒中心一线，弯曲动作必须在23秒内完成。漆膜在弯曲后用4放大镜观察，如有网纹，裂纹及剥落破坏现象，即为不合格。2.4.5漆膜硬度测定本次实验采用一套铅笔进行漆膜硬度的测定，漆膜的硬度可由能够穿透漆膜厚度深

16、达底面的工艺铅笔号数来表示。铅笔一般采用同一生产厂家出品的中华牌高级绘图铅笔，铅笔芯的种类为HB，H，2H及3H等几种。操作可用手工方法或仪器试验方法，但作为仲裁试验要用仪器试验方法。（注：绘图铅笔6H，5H，4H，3H，2H，1H，HB，B，2B，3B，4B，5B，6B，其中6H最硬，6B最软，试验由6H-6B硬度递减。）2.4.6漆膜厚度测定 本实验采用SH-1B磁性测厚仪，其测量原理是磁力法，它采用直流电磁铁吸合与释放的原理，对磁性具体的非磁性涂层厚度进行测量。2.4.7漆膜耐盐水测定 将氯化钠用蒸馏水配成3%的水溶液，然后将制得的漆膜试样板的三分之一浸入温度为25±1的盐水中

17、，待达到产品标准规定的浸泡时间取出样板，用自来水洗除盐迹，并用滤纸吸干。观察漆膜有无剥落、起皱、起泡、生锈、变色和失光现象，合格与否按产品标准规定，以不少于两块样板符合产品标准规定为合格。2.4.8漆膜固化情况测定 在脱脂棉或纱布上浸上专用溶剂（丙酮、甲乙酮，异丙醇活是MIBK甲基异丁酮），在漆膜上用力（约1kg 的力量）往复磨擦10次以上，然后观察漆膜表面状态及纱布上是否有粘的漆膜。漆膜表面不变色，不失光，脱脂棉或纱布不粘色为合格。3 结果与讨论3.1丙烯酸各单体的不同配比对树脂性能的影响由于单体的特性和质量直接影响树脂的性能，所在以选择单体时要综合考虑各自的优点，我们根据不同单体的不同性能

18、与作用，在聚合时分别选择了甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、A2、丙烯酸羟丙酯、A8五种单体，它们的作用如表3-1-1，在实验中我们把软单体和硬单体按不同比例的结合进行合成实验得到的漆膜性能如表3-1-2，通过实验我们发现，增加调硬度单体（甲基丙烯酸甲酯）的比例，膜的硬度提高，增加调韧单体（丙烯酸丁酯）用量、膜光泽、抗冲击性能提高，但硬度下降。因此，可根据实际要求适当调整它们的比例，同时最关键的是还要综合考虑各单体的竞聚率等来选择不同的配比5。 表3-1-1 主要单体及作用 Table 3-1-1 Main monomers and their function 名 称 作 用 甲基丙烯酸甲酯 调整

19、共聚物的硬度，耐光、耐水性 A2 调整硬度、光泽、附着力 丙烯酸丁酯 调整柔韧性、抗冲击性和附着力 丙烯酸羟丙酯 为共聚物交联提供交联反应基团 A8 提供亲水基团及水溶性 表3-1-2 单体的配比对漆膜的影响Table 3-1-1 The influence of the ratio of monomers on coating AB 21 11 12 13铅笔硬度 3H 3H 2H 2H耐冲击力 45 50 50 50光泽度 85 89 94 95附着力 0 0 0 0厚度 13 13 15 13漆膜外观 平整,光滑 平整,光滑 平整,光亮 平整,光亮（注：A代表甲基丙烯酸甲酯 B代表丙烯酸

20、丁酯）3.2引发剂的选择目前自由基溶液聚合通常采用的引发剂主要有两大类：有机过氧化物型和偶氮化合物型。在选择引发剂时，必须先考虑的是引发效率，因为引发剂分解成初级自由基后，并不能全部用于引发反应，其中一部分初级自由基将重新结合或发生了诱导分解，从而失去了引发作用6。总体上来说，偶氮型引发剂比过氧化物型的引发效率更高。其次，是根据聚合温度来选择半衰期适当的引发剂。引发剂的半衰期系指在一定温度下，某一指定溶剂中，引发剂分解一半时所需要的时间。一般来说偶氮型引发剂的分解速率较过氧化物型快，也就是同样的分解速率下，聚合反应的温度要低一些（如表3-2-1）。当然，除此之外，还必须考虑引发剂中活性氧（或活

21、性氮）的含量，贮存稳定性及安全，成本等问题。 表3-2-1几种引发剂的半衰期和最佳使用温度Table 3-2-1 The half life and the optimal applied temperature of several solicitation 引发剂种类温 度（）半衰期（min）最佳温度范围偶氮二异丁腈646007590826010061201过氧化二苯甲酰80240901009075100251103.5 根据引发剂的活性，引发效率还有本实验所选择的溶剂的沸点等因素，我们选择了偶氮二异丁腈为作为本研究的引发剂3.3反应温度的影响反应的温度对共聚物的分子是影响很大，通过它的变

22、化可以调节共聚物的分子量及其分布，然而，在选定溶剂和引发剂体系的情况下，一般的原则是根据引发剂的半衰期和溶剂的沸点来确定聚合反应的温度。本实验中小范围地（95-125）探求共聚树脂的粘度，因为在同一固含量的情况下，粘度越大，树脂的分子量就越大，分布范围就越宽；粘度越小，树脂的分子量就越小，分布范围就越窄。其实验结果如表3-3。表3-3 聚合反应温度对共聚树脂粘度的影响Table3-3 Effects of reaction temperature on the adherence of resin反应温度（）粘度 95 较大105 适中115 适中125 较大 从表3-3我们可以看出，当反应温

23、度在95时，树脂的粘度会很大，流动性不好，由此说明树脂的分子量会很大，当温度在105115时，粘度比较适中说明分子量也比较适中，但当温度达到125以后，粘度又开始变大，甚至难以从四口烧瓶中把树脂产物倒出。因此，聚合反应的温度，不宜过高，也不宜过低，因为温度过高，树脂的粘度同样会比较的大，树脂分子量大小也不合适，而过低，则引发剂分解速率降低，甚至是达不到引发剂的引发温度。3.4单体加料方式的影响在合成丙烯酸树脂中，由于聚合反应为放热反应，在加料时，一般均采用连续滴加的方式，以控制反应物料的浓度9，避免发生“暴聚”。因此，控制单体的滴加速率（g/min）就是得尤为重要。然而，单体的滴加速率与丙烯酸

24、树脂的生产规模有关，控制以单体滴加量占总单体滴加量的百分数随时间的变化这一与生产规模无关的参数更加确切，其实际上也就是控制单体的滴加时间，所以，本实验在同一固含量的情况下，研究不同单体滴加时间对共聚树脂粘度的影响。实验结果如表3-4。 表3-4 单体滴加时间对树脂粘度的影响Table 3-4 Effects of monomer feeding times on the adherence of resin单体滴加时间（h）粘度1较大2适中3较小4适中通过实验表明，当单体滴加时间为1小时的时候，树脂的粘度较大，这是由于单体滴加时间较短，滴加到反应中的单体和引发剂来不及完成反应，而逐渐积累，一定

25、程度后会发生凝胶效应，从而产生“暴聚”反应，导致共聚物分子量迅速增大，所以粘度变大，更严重的时，引发剂会发生“笼闭效应”，即大量的引发剂为树脂分子析包裹，从而无法扩展，与其它单体结合形成自由基，使得共聚物的分子量分布很宽10。而当滴加时间达到3小时的时候，树脂的粘度变的很小，这是由于单体滴加速率减慢，当反应对单体来说出现“饥饿”状态时，聚合反应接近于恒速聚合，得到的共聚物分子量较低，分子量分布较窄。但滴加时间过长时，继续与其它单体或相互之间发生链的增长反应，从而造成树脂的分子量增大，分布变宽。就像结果中的滴加达4个小时，分子量也只是适中而不是很小，由此看来，控制单体的滴加时间是就显得非常重要，

26、在我们的实验中，将滴加时间控制在23h左右。3.5影响共聚物水溶性的因素3.5.1共聚物中氨基含量的影响引入水溶性基团的主要方法是直接利用含氨基基团的丙烯酸单体的氨基作为树脂的水溶性基团，为了考察氨基含量对水溶性的影响，我们做了一系列不同氨基含量的实验，并检测了其水溶性（前提是在同一固含量，同一中和度的情况下）其结果如表3-5-1：表3-5-1 丙烯酸共聚物亲水性单体组成与溶液特征Table 3-5-1 The composition of hydrophilic monomers in acrylic copolymersand properties of its solution实验号 A

27、-8 / wt% 水 溶 性1 5 树脂成团，不水溶2 10 溶液中有絮凝状物质，水溶性不好3 15 溶液呈浑浊状，临界水溶4 20 溶液呈乳白色，水溶性一般5 30 溶液澄清，带蓝光，极易水溶 从表中可知，氨基含量在20%以下水溶性不是很好，漆液中会有成团物质，或是絮凝状不溶的树脂，而在20%以上时，水溶性开始变好，溶液澄清，并且带蓝光。 由此可见，共聚物的水溶性以氨基为基础，水溶性随树脂中氨基含量的增加而增大。3.5.2 共聚物中羟基的影响共聚物中羟基的存在主要是提供可发生交联的基团，同时也能够使共聚物的水溶性明显增大，在氨基的存在下羟基和氨基具有同等的水化作用，羟基和氨基共存的共聚物的水

28、溶性比仅存氨基的水溶性要好得多12-13。下面就是在同一氨基含量和同一中和度下，不同羟基含量，对树脂水溶液透光率的影响情况，如图3-5-2。因为透光率越大，说明水溶性越好，而透光率越小，则说明溶液中含有很多不溶性的树脂颗粒，表明水溶性差，所以本实验根据透光率来判断水溶性的大小。图3-5-2 羟基含量与透光率的关系Fig.3-5-2 Relation of the content of OH and transimissivity in acrylic copolymer从表中我们可以看出，当羟基含量为5%的时候，透光率只有18%表明水溶性不是很好，当羟基含量达到15%以后，透光率明显增加，说明

29、水溶性较好。因此，羟基含量的存在，一定程度上也会影响到树脂的水溶性。3.5.3 中和度的影响合成的水溶性树脂中带有强亲水性基团氨基，使树脂能够水溶，但要使亲水性基团完全水溶，必须以中和成盐的形式获得更大的水溶性，即所谓成盐法。这一点对树脂的水溶性显得非常重要，本研究用来中和丙烯酸阳离子树脂的试剂为醋酸，其中和稳定性较好，且价格较低，为工业生产广泛的采用。中和剂的含量即溶液的中和度对树脂的水溶性影响很大。图3-5-3是合成丙烯酸共聚物（在同样固含量和氨基羟基含量）的中和度与水溶性的关系。 图3-5-3共聚物的中和度与透光率的关系Fig.3-5-3 Relation of neturalizati

30、on degree and transimissivity in acrylic copolymer图3-5-3表明共聚物树脂的水溶性随着中和度的增大而提高，当中和度在20%以下时溶液的透光率很低，只有20-60%，说明树脂的水溶性不是很好，当中和度达到30%以后透光率增大，再增加中和剂的用量对树脂水溶性的提高也不会很明显，而且溶液会因为中和度的增加，pH值急剧下降，一般的阴极电泳涂料的漆液要求pH在5.5-6.5之间，太低了则会电泳不上漆膜，且对电泳涂装设备造成腐蚀，其实中和度不宜过高，因为在电泳涂装的过程中，阳极附近的水分子通过电解反应会产生一定的氢根离子，这些氢根离子会进一步中和一部分氨

31、基基团，因而在保证树脂水溶性的前提之下尽量的降低中和度，在本研究中中和度一般为20%-40%。 3.5.4助溶剂的影响助溶剂的作用是增加树脂在水中的溶解度，同时还可调节树脂的粘度和改善漆膜的流平性及外观。它的助溶作用如图3-5-4所示：不溶性的碱性树脂 溶解点 可溶性树脂 + 酸 树脂+酸 + 助溶剂 A B C D 图3-5-4 助溶剂的作用示意图Fig 3-5-4 The graph of the assistanted solvents function从图3-5-4中表明：在A点碱性树脂是不溶于水的，加入中和剂（醋酸）后，使之可以大部分溶于水（B点），从B点起需要用助溶剂使之全部溶解于

32、水（D点）。通常选择低醇和醇醚类的有机溶剂，本实验也是如此。将共聚中溶剂全部蒸出，仅采用水稀释时，共聚物成絮凝状，并不水溶，这表明只有含有一定量的助溶剂才能使其水溶。在这可将丙烯酸共聚物视为大分子的表面活性剂，其一端是亲水性的极性基团，另一端则是亲油基团，若仅以水为溶剂，则由于共聚物亲油端聚集而絮凝只有加入部分助溶剂，减少聚合物分子间的本互聚集，才能达到树脂的水溶。3.6电泳条件对漆膜的影响3.6.1电泳电压对漆膜厚度的影响实践表明，欲获得良好的电泳漆膜，除选择适当的电泳涂料和表面处理工艺外，选择适宜的电泳涂装工艺条件也是十分重要的，电泳涂装工艺过程是一个复杂的物理化学、胶体化学和电化学过程。

33、电泳的漆液又是一个兼具胶体和悬浮特征的多组分体系，其组分和条件的改变将改变漆液的电化学特征。下面我们将对不同电泳电压对漆膜的影响进行实验对比，控制漆液固体分含量为10%，PH值为5.56.0，漆液温度为31±1，电泳时间为60s。探讨漆膜厚度与电泳电压的关系，有关结果如图3-6-1所示。 图3-6-1电泳电压对漆膜厚度的影响 Fig 3-6-1 Effects on film thickness of electrodeposition voltage由图3-6-1可以看到，在电泳过程中，电压的增高将有利于漆膜厚度的增加。这是由于电压的增大，电流也随之增大，离子的沉积速度也增加。电压

34、较低时，电极反应缓慢，电沉积量少，涂膜薄，涂膜结构缩松，因此在本实验中电泳电压一般控制在50-80V之间，以减少电泳过程中水的分解，防止漆液凝聚。3.6.2电泳时间对漆膜厚度的影响在漆液固体分含量为10%，电泳电压为50V，PH值为5.66.0，电泳漆液的温度为31±1的条件下，考察电泳过程漆膜厚度及外观与电泳时间的关系。（见图3-6-2）。 图3-6-2电泳时间对漆膜厚度的影响 Fig 3-6-4Effects on film thickness of electrodeposition voltage由图3-6-2可以看出，当电泳时间不断加长时，电沉积的量又不断的增加，但当漆膜达

35、到一定的厚度时，电阻接近于无穷大时，电泳时间再延长，也不可能再增加厚度。相反却可能导致漆膜外观状态变坏。本文实验中电泳时间以45-90s较适宜。3.6.3漆液固体分对漆膜厚度及外观的影响在电压为50V，PH值为5.56.0，电泳时间为60s，漆液温度为30±1的条件下，对漆膜厚度及外观与固体分含量的关系进行研究，结果如表3-6-3和图3-6-3-1所示 表3-6-3漆液固体分对漆膜外观的影响 Table3-6-3 Effects on film appearance of solid content 固体分（%）固化后漆膜外观7漆膜薄，有缩孔8漆膜有少量缩孔9平整光滑10平整光滑12

36、平整光滑17有少量树脂颗粒20有明显树脂堆积 图3-6-3-1漆液固体分对漆膜厚度的影响 Fig 3-6-2Effects on film thickness of solid content 从图3-6-3-1可有看见，当漆液的固含量在8-17%范围内，漆膜厚度随漆液固体分含量的增加而增加，当固体分含量达到约17%时，漆膜厚度达到最大值；固体分含量进一步增加，漆膜的厚度反而减少，从固化后漆膜的外观来看，固体分含量较低时，漆膜较薄，会产生缩孔现象，而当漆液的固体分含量过高时，涂膜表面会出现堆积现象，一般来说，出现上述现象，主要是由于漆液的固体分含量增大，粘度变大，涂料粒子的泳动速度降低，但是固

37、体分的增加，又使涂料粒子与被涂工件的碰撞次数增多，有利于电沉积作用的进行，因此实际结果就是二者的综合。本实验中将电泳漆液的固体分控制在11±2%左右，可获得较好的电泳效果。 3.6.4漆液PH值对漆膜厚度及外观的影响在漆液固体分含量为10%，电泳电压为50V，电泳时间为60S，电泳漆液的温度为31±1的条件下，研究漆膜厚度及外观与漆液PH值间的关系，结果如图3-6-4和表3-6-5所示 图3-6-4漆膜厚度与漆液PH值的关系 Fig 3-6-4film thickness versus paint value 表3-6-5漆膜外观与漆液PH值的关系 Table3-6-5 E

38、ffects on film appearance of electrodeposition voltage漆液pH值漆膜外观4.7泳不上膜，不均匀，几乎露底5.2 膜较薄，不均匀，有针孔，麻脸5.5平整，光滑，致密5.9平整，光滑，致密6.4平整，光滑，致密6.6有不溶性树脂颗粒，膜不均匀从表3-6-5可以看出，当漆液的PH值较小时，漆液水溶性虽然较好，但电导率高，电泳时固体离子较多，电极反应太快，脉冲电流大，漆膜的外观恶化，泳透力下降，漆膜发生再溶解，及出现针孔、麻脸，同时对电泳设备的腐蚀也相当严重，当pH值升高时，漆膜厚度会增加，但过高时，溶液的亲水性下降，产生凝聚，部分树脂未成盐，电离

39、时粒子也就少了，所以沉积量也少了，这就是为什么在我们的实验中当pH值大于6.4以后，漆膜的厚度反而降低的原因在此，在尽量保证漆液水溶性和稳定性的前提下，可适当增大漆液的PH值。本实验中漆液PH值在5.66.5时较为合适，3.6.5漆液温度对漆膜厚度的影响在电泳过程中漆液温度的高低会影响到涂装的效果，当漆液温度升高时，漆液粘度减少，涂料粒子的布朗运动加快，电阻下降，电流密度增大，电沉积就增大，但漆液温度过高，漆液中的溶剂挥发就会加快，其中的树脂分子容易产生氧化聚合交联，导致漆液稳定性变差，电沉积过程中，电解反应加剧，使漆膜出现针孔、橘皮等病态。温度过低，漆的水溶性降低，电沉积量减少，漆膜较薄，深

40、凹表面可能电泳不上漆，还可能产生漆膜粗糙，无光等疵病。在漆液固体分含量为10%，电泳电压为50V，PH值为5.66.0，电泳时间为60s时，探讨漆膜厚度与漆液温度间的关系，结果如表3-6-5所示。表3-6-5 漆膜温度对漆膜厚度的影响 Table3-6-5 Effects on film thickness of electrodeposition voltage 漆液温度/ 漆膜厚度（m） 10 6.2 15 8.520 9.725 1330 1535 1840 22从表3-6-5可以看出，漆液的温度越高，漆膜厚度越大，这是由于增高温度，漆液和漆膜的电导率上升，漆液粘度降低，树脂分子运动加快

41、，这些均有利于漆膜的厚度增加，但漆液温度增高，会加剧漆液中的有关组分的挥发，并增加树脂分子发生氧化、聚合和交联的可能性，不利于漆液的稳定，同时电极反应加快，会恶化漆膜的外观，本实验中漆液的温度控制在25-31之间。3.7 固化条件对漆膜的影响3.7.1 固化温度的影响阴极电泳涂料是属于热固化涂料，必须在较高的温度下才能固化，其固化过程也包括；溶剂（水分）挥发、涂料热融化，高温固化三个阶段。由于电泳涂料本身的含水（溶剂）少，又经历过了晾干，所以其固化过程与热固化涂料相仿，可以直接进入高温烘烤，另外在阴极电泳涂膜的热固化过程中（当涂膜温度达110以上时）有热分解产物，产生较多的油烟。在较高温度，较

42、长时间的烘烤，则会使漆膜变薄（2-3微米），膜的平整度会明显提高，这是电泳涂膜的固化的特点，所以说，固化温度和时间，对阴极电泳涂料的固化十分重要，如果低于规定温度和烘烤时间，则不能固化，严重影响漆膜的性能，但如果过高，则会浪费能源，降低生产效率。以下我们首先分析固化温度对漆膜的影响情况，固化的温度直接影响到树脂的固化交联程度，根据我们使用的固化剂的特性，我们知道它的解封温度为160度，我们在同一的电泳条件和固化时间为20min下，对不同的固化温度进行了实验，固化后的样板，我们用丙酮进行擦试，看是否固化完全，结果如表3-7-1；表3-7-1 固化温度对漆膜的影响 Table 3-7-1 Effe

43、cts on film of cured temperature 固化温度（） 漆膜固化情况 140 漆膜失光，失色，有伤痕，未固化 150 漆膜失光，有伤痕，未固化 160 漆膜稍有痕迹，未固化 170 漆膜不失光，无痕迹 ， 已固化 180 漆膜不失光，无痕迹 ， 已固化 190 漆膜不失光，无痕迹 ， 已固化 200 漆膜不失光，无痕迹 ， 已固化通过表3-7-1我们可以看出，当温度低于170时，烘干的漆膜用丙酮擦试会有不同程度的留痕，而当温度达到170以上时，漆膜就已经完全固化，并且在温度超过200以上时，漆膜也不会产生黄变，由此也说明本实验的丙烯酸阴极电泳涂料的固化温度是170，同时

44、本涂料的耐黄变性较好。 3.7.2 固化时间的影响 固化时间是影响漆膜固化情况的又一重要的因素，我们在同一的电泳条件和固化温度（170）下，对不同的固化时间进行了实验，固化后的样板，我们同样用丙酮进行擦试，看是否固化完全，结果如表3-7-2；表3-7-2 固化时间对漆膜的影响 Table 3-7-2 Effects on film of cured time 固化时间（min） 漆膜固化情况 5 漆膜有伤痕，并失光，失色，未固化 10 漆膜失光，有伤痕，未固化15 漆膜稍有痕迹，未固化 20 漆膜不失光，无痕迹 ， 已固化 25 漆膜不失光，无痕迹 ， 已固化 30 漆膜不失光，无痕迹 ， 已

45、固化 由如表3-7-2，我们可以发现，固化时间低于15分钟时，漆膜擦试后会失光，失色，并且伴随有留痕，说明漆膜未完全固化，而当时间达到20分钟以上时的漆膜经擦试则不会有任何留痕和失色，失光，表明已经固化，因此本实验研制的丙烯酸阴极电泳涂料的固化时间为20分钟。4技术指标4.1 树脂技术指标表4-1树脂技术指标Table 4-1 The technic index of the resin名称指标外观微黄色乳液固体份/%55±54.2施工技术指标 表4-2施工技术指标 Table 4-2 The technic index of construction名称指标固体份/%11±2PH值5.5-6.5电导率/S·cm-1800±300电压/V5080时间/s4090温度/25±2固化条件/×min170×204.漆膜性能指标表4-3漆膜性能指标Table 4-3 The character index of coating 名称指标漆膜外观无色透明，平整光滑膜厚/m1025铅笔硬度