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高耐候性节能环境友好型阴极电泳涂料的制备与性能研究
刘 东，李春雨，周 伟，郭晓猛，李心昕，刘树飞，荆北阳，张喣阳，张乐乐，杨浩龙，商艳明
(河北晨阳工贸集团有限公司，河北保定 072550)
0 前 言
自阴极电泳涂料问世以来，无论其涂料本身，还是涂料应用技术方面，都取得了不少进展，推出了许多产品及新的应用技术，迄今为止，汽车用底漆几乎100%应用阴极电泳涂料。
电泳涂料是最早开发出来的水性涂料，它的主要特点是涂装效率高、经济、安全、污染小，便于自动化规模生产。经过几十年的发展，产品不断更新换代，最新的阴极电泳涂料要求具备更高的泳透力、更低的P/B、更好的边角覆盖效果等特性。
随着电泳涂料的发展，对电泳涂料的耐候性、节能环保要求越来越高，研发一种高耐候性节能环境友好型的阴极电泳涂料具有非常重要的意义。本文使用胺化丙烯酸树脂、胺化环氧树脂、封闭型异氰酸酯固化剂、乳化剂、中和剂、环境友好型助溶剂、水等经乳化制备出一种阴极电泳乳液。所制备的阴极电泳乳液和阴极电泳色浆按一定比例配比制备出一种高耐候性节能环境友好型阴极电泳涂料。该阴极电泳涂料具有较好的耐候性和防腐性能。所使用的封闭型异氰酸酯固化剂的解封温度在140 ℃左右，是一种低温解封的封闭型异氰酸酯固化剂，将这种固化剂应用到阴极电泳涂料中可以大大节约能源，减少污染。
1 实验部分
1.1 主要原料
胺化丙烯酸树脂、胺化环氧树脂、封闭型异氰酸酯固化剂，自制；PPG2000，海安石化；冰醋酸、丙烯酸异辛酯、苯乙烯、己内酰胺，昂凌化学；水、色浆，自制；128环氧树脂、901环氧树脂、904环氧树脂，宏昌电子材料；甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、二乙醇胺、二乙胺，天津市永大化学试剂；甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲乙酮肟，山东西亚化学试剂；M20S，巴斯夫；三羟甲基丙烷，长兴化学。
1.2 涂料制备
1.2.1 基本配方
表1为经过实验得出的阴极电泳乳液基本配方。
表2为实验阴极电泳涂料槽液基本配方。
1.2.2 基本原理
环氧基与有机胺加成反应进行胺化，然后再与有机酸进行中和反应，见图1。疏水官能团自身或与颜料紧密结合；亲水官能团使树脂包裹的粒子分散在水中。
1.2.3 合成工艺
阴极电泳乳液的乳化制备：将胺化丙烯酸树脂、胺化环氧树脂、封闭型异氰酸酯固化剂、PPG2000、冰醋酸加入到搅拌缸，开动搅拌500 r/min，搅拌30 min。将去离子水加入到乳化罐中，开动搅拌500 r/min，向乳化罐中滴加混合物，滴加速率5 kg/min。滴加完后继续搅拌10 min，包装。
1.3 仪器设备和涂膜性能的测试
1.3.1 仪 器
pH值计、T5电位滴定仪、UV5紫外分光光度计、FE38电导率仪，梅特勒-托利多；PWR166H菊水直流电泳，日本菊水；84-1A磁力搅拌器，上海司乐仪器；KQ-100E超声波清洗器，昆山超声仪器；NTT-220投入式恒温水槽，上海爱朗；SKL-1200X(UL)马弗炉，合肥科晶材料；YA504R/SOVO温度记录仪，上海亚度电子；KU2斯托默黏度计，博勒飞；SFJ-400砂磨分散搅拌多用机，上海现代环境工程；NHG268光泽度仪，深圳市三恩时；MPO膜厚仪，德国菲希尔；傅里叶红外Spectrum Two，PE公司；生化培养箱SHP-360(D)，上海森信实验仪器；ST-120高温烤箱，上海爱斯佩克设备，FA224电子天平，上海舜宇衡平仪器；QTY-32涂膜圆柱弯曲试验器、QHQ-A便携式铅笔法划痕实验仪、附着力划格板、涂膜冲击器，天津润通精试科技；刮板细度计，MC量字。
1.3.2 测试方法
细度测定按国家标准GB/T 1724进行；固体含量测定按国家标准GB/T 6751进行；电导率按行业标准HB/T 3335进行；光泽按国家标准GB/T 9754进行；冲击强度按国家标准GB/T 1732进行；附着力按国家标准GB/T 9286进行；柔韧性按国家标准GB/T 1731进行；铅笔硬度按国家标准GB/T 6739进行；柔韧性按国家标准GB/T 1731进行；耐碱性按国家标准GB/T 1763进行；耐酸性按国家标准GB/T 1763进行；耐盐雾性按国家标准GB/T 1771进行；耐候性按国家标准GB/T6422进行；耐水性按国家标准GB/T 1733进行。
1.3.3 各项性能
1.3.3.1 原漆性能指标(见表3)
1.3.3.2 涂装工艺参数(见表4)
1.3.3.3 涂膜基本性能(见表5)
2 结果与讨论
2.1 配方原理
以环氧树脂为基础，采用低温解封异氰酸酯交联，再配合丙烯酸树脂，可在电泳中均一地沉积。由于表面张力的差异，环氧树脂表面张力较大而沉积于下层，丙烯酸树脂表面张力较小而浮于表层从而成为复合涂层。环氧树脂具有优良的防腐蚀性，丙烯酸树脂具有优异的装饰性和保光保色性。使得所制备的涂膜兼备优良的装饰性、保光性和防腐蚀性，故该电泳涂料可用于底面合一阴极电泳涂料。
2.2 丙烯酸树脂-环氧树脂质量比例对涂膜性能的影响(见表6)
从表6可知丙烯酸树脂与环氧树脂质量比例在3∶2左右时，涂膜既具有良好的边缘耐腐蚀性能，又具备一定的耐老化和耐盐雾性能。
2.3 烘烤温度对涂膜性能的影响(见表7)
从表7可知烘烤温度在140～160 ℃时，涂膜具有良好的干性和硬度，同时具有优良的耐盐雾性，烘烤温度低，能够达到节能环保的目的。
3 结 语
使用胺化丙烯酸树脂、胺化环氧树脂、低温解封的封闭型异氰酸酯固化剂按一定比例进行配合，再加入功能性助剂制备出的阴极电泳涂料具有良好的边缘耐腐蚀性能，同时具备一定的耐老化和耐盐雾性能。使用低温解封的封闭型异氰酸酯固化剂，可以降低成膜烘烤温度，达到节能环保的目的。
