阴极电泳涂料的研究进展

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1、阴极电泳涂料的研究进展高分子12-2李守玺12014240221摘要：介绍了电沉积的原理，阴极电泳涂料和树脂的结构特点以及阴极电泳涂料的优越性。概述了国内外阴极电泳涂料的现状，重点介绍了几类目前发展较快的阴极电泳涂料，同时指出了阴极电泳涂料今后的发展趋势。关键词：电泳涂料；阴极电泳涂料；固化涂料1阴极电泳涂料的特点1.1阴极电沉积机理阴极电泳是带正电荷的阳离子树脂通电后向阴极移动，由于阴极附近pH上升，发生离子交换，阴极涂料就析出并覆盖到工件上。阴极电泳由于被涂物是阴极，在阴极上的反应是水的电解和树脂的沉积，被涂物金属及表面处理膜不易离

2、子化而溶出。按照Anderson理论，即使有微量的溶解，但随着时一间的延长，溶解的金属相应减少，所以阴极电泳可以得到一个不受沾污、防锈性能优良的漆膜，并且可以提高槽液的稳定性，能够对多种金属基材进行电泳涂装。概括起来，它包括电解、电泳、阴极电沉积、电渗四种现象。下面以环氧树脂类阴极电泳漆为例，分析阴极电泳过程。环氧树脂一般带有碱性基团，用有机酸(如醋酸)中和后生成盐而溶于水。同时，由于水的离解，在直流电场作用下，阴极电泳过程如下:（1)电解反应:2H20+2e⁻=H2↑+2OH⁻;（2)电泳:RN+H(C2H40H)和H+向阴极运动;（

3、3）阴极电沉积:由H+在阴极放电，阴极和漆液界面处的OH⁻浓度升高，当OH⁻浓度增加到一定数值时(pH最高可达12)漆膜便在阴极(工件)表面沉积;(4)电渗:电泳涂装过程中，漆膜沉积的初始阶段，粒子(或离子)电荷不一定全部被中和、放电。沉积所得的涂膜结构是疏松的，含水量相当高，离子能通过。因此，电渗的作用是:当继续通电时，阴极表面产生的阴离子通过涂膜向阳极方向移动，并在涂膜表面与涂料粒子中和形成新的沉积涂膜。同时，阴离子渗出时夹带着水分子移动，使涂膜内所含水分逐渐排到涂膜外，最后形成含水率很低、电阻相当高的致密涂膜，这种涂膜就可直接进入

4、烘箱中固化，形成最终的电泳涂层。1.2阴极电泳涂料树脂的结构特点阴极电泳涂料所用的树脂是阳离子型树脂，用酸中和成盐配成水溶液进行电沉积，防腐蚀性能理想。阴极电泳用阳离子型树脂的主要特点是在大分子链上引入氨基(成盐基团)，通常采用含有环氧基的共聚物与胺反应，然后用有机酸中和生成氨基而成水溶液。由十有碱性的氨基存在，它具有抑制腐蚀的作用。因此，阴极电泳涂料就其树脂结构来看，防腐蚀性能比阳极电泳涂料提高几倍，并且阴极电泳漆的泳透力、库仑效率也高于阳极电泳漆，且其槽液比较稳定、容易控制、不易受杂质离子和微生物的影响而变质。1.3阴极电泳涂料的特

5、点阴极电泳涂料主要是由含氨基的单体与其他单体共聚而成，氨基由酸中和后会成为铵阳离子，在电场的作用下就会向阴极移动。由于金属工件在阴极，就不会被溶解而损害磷化层，不但不会降低防腐能力，相反由十阴极会分解出氢氧根离子，对防腐效果还有增强作用。阴极电泳涂料除具有低污染、高效以及不损害工件的优点外，还有以下特点:（1）涂料利用率高。由于是电泳涂装，槽液可常年不更换，只需经常加入新的电泳涂料乳液即可，所以，其涂料的利用率非常高，几乎可以认为是无浪费。(2)对于细小的部件(比如螺丝)，以及工件的缝隙等常规喷涂或刷涂无法涂覆的地方有很好的涂覆效果。不

6、会出现流挂、边缘变厚等缺点，漆膜可以非常均匀。但是如果被涂工件表面不平整，则会在漆膜上体现出来，因此对工件的平整性要求很高。(3)涂装工艺复杂。虽然涂装可以实现自动化，但是电泳涂装时需要维持槽液pH、温度、电压等等参数的稳定，一旦确定了工作液的参数，便不可轻易更改。如果被涂装的工件大小、材质等参数变更，就意味着工作液的参数需要重新调节，甚至是涂料乳液配方都需要重新调试，十分麻烦。2.阴极涂料的发展历程2.1国外阴极电泳涂料的发展二百多年前，科学家发现了胶体粒子在电场的作用下能发生运动的现象。这种现象被称为“电泳”。而电泳涂料的发明是在1

7、960年，由英国BrunnerMond公司(隶属十英国帝国化学工业)和LeylandMotorsLimited公司共同研制成功的。1961年，美国Ford公司与PPG合作进行了世界上第一次阳极电泳涂料工业化实验，两年之后世界上第一条阳极电泳涂装汽车车身生产线就诞生了。之后阳极电泳涂料开始迅速发展。但由于阳极电泳涂料的两大缺陷(即阳极材料易溶解，污染电泳漆乳液致使漆膜变色以及降低被工件的耐腐蚀性)，世界的化学巨头公司都在努力开发下一代产品。十年之后，1971年，美国PPG公司率先成功开发出新型电泳涂料—阴极电泳涂料。由于阴极电泳涂料完全改

8、善了阳极电泳涂料的两大致命缺陷，电泳涂料才得到了真正的高速发展。两到三年就会有新一代的阴极电泳涂料被开发出来，其更新换代的速度几乎赶上了如今电子产品的频率。到了上世纪80年代，几乎所有的外国汽车车身涂装都在