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电泳漆专用色浆的研制,本文主要研究与电泳漆配套使用的色浆的制备
2020年06月13日    阅读量:369     新闻来源:中国化工网 okmart.com    |  投稿


电泳涂料是一种低污染、环保的防腐水性涂料,具有涂膜平整光滑,耐水性和耐化学性好等优点,特别是具有高防腐性能的阴极电泳涂料大量作为底漆应用于汽车、机电、家电等高防腐性要求的行业中,另外在五金、灯具、标牌等一些之前采用电镀、真空镀膜、溶剂型涂料等其他行业也逐步采用电泳涂料进行涂装。


在这些行业中,单一的黑、白、灰颜色的电泳漆已无法满足客户对不同装饰色彩的需求,因此开发不同色彩的电泳漆专用色浆成市场急需。电泳漆色浆通常是由分散树脂、助溶剂、颜料经过混合充分润湿后,再进行分散研磨制成的中国化工网okmart.com


1 实验部分

1. 1 原料与仪器

乙二醇丁醚: 化学纯,苏州新颖化工; 1,2丙二醇: 分析纯,宜兴市第二化学试剂厂; 分散树脂4560: 埃夫科纳助剂有限公司; 分散树脂N - 3390: Bayer; 分散树脂PGA: 中海油常州环保涂料有限公司; 分散树脂BM5901: 氰特; 消泡剂: BYK 化学; 钛白: 杜邦902; 炭黑: Evonik; 蓝、大红、紫红、宝红、中黄颜料: Ciba;电泳乳液: 中海油常州环保涂料有限公司; 电泳仪: 保定莱特镇流器制造公司; 研磨分散机: 常州兴业机械有限公司SF04。

1. 2 色浆的制备

将分散树脂先放入烧杯中,加入一定量的助剂,搅拌均匀,再逐渐加入去离子水,并且搅拌均匀,用分散机低速分散,并逐步加入颜料,充分润湿后倒入研磨器中,加入适量锆珠,再在研磨机上进行高速研磨,研磨至细度合格后过滤出料。

色浆的基础配方见表1。

色浆的基础配方

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1. 3 色浆指标性能

1. 3. 1 细度和固体含量测定

取少量色浆,用细度刮板进行测试,细度控制在20 μm 以下为合格,细度测定按GB/T 1724—1979( 1989) ,固体含量按GB/T 1725—2007 测定。

1. 3. 2 色浆的沉降性测定

色浆沉淀性测试是将色浆装入带刻度的试管中,用玻璃纸封盖,水平静置存放一定时间后,记录清夜层的高度。分层的程度用相对沉降率K 表示[1],见式( 1) 。

K = h /H 式( 1)

式中: h—清夜层高度; H—色浆的总高度

1. 3. 3 色浆的配套使用测试

将电泳乳液加入适量的水搅拌均匀后,搅拌情况下加入制备的色浆,充分熟化2 h 后进行电泳泳板,观察湿膜及固化后板面的状况。


2 结果与讨论

2. 1 分散树脂的选用

色浆的分散效果受时间、助剂、分散树脂种类、颜料等诸多因素影响。因此在分散过程中要控制好分散条件及选择效果好的分散树脂等[1]。

分散树脂对色浆稳定性的影响

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从图1 可知,N - 3390 分散树脂研磨的细度比其他体系的分散树脂大,在1 d 内4 种分散树脂研磨的色浆都能形成较稳定性的分散体系,但随着贮存时间的增加,BM5901 的分散体系细度急剧变大,EFKA - 4560 及PGA 稳定效果及细度均较好。

分散树脂的添加量与色浆稳定性的关系

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从表2 可知,EFKA - 4560 分散树脂在不同的添加量下,色浆沉降率低,有较好的体系稳定性。N - 3390 及BM5901 分散树脂所研磨的色浆沉降率均较高,色浆的体系稳定差。


而使用PGA 分散树脂时,在添加量低时,沉降率高,稳定性差,但随着添加量的增加,沉降率变低,色浆的稳定性优良。这是由于PGA 属改性过的离子型分散树脂,树脂的相对分子质量大,在添加量过少的情况下,树脂对颜料的润湿包裹性比较差,导致颜料粒子吸附层少,空间位阻小,离子间的作用力强,易聚集,导致细度变大,沉降性高,色浆体系稳定性差。


而EFKA -4560、N - 3390 和BM - 5901 均属于非离子型高分子分散树脂,其共聚物上特殊的颜料锚定基团以及较高相对分子质量的溶剂化链能够较好的稳定颜料,降低表面张力,并在研磨时帮助润湿,使色浆有较好的贮存状态。


如果这些锚定基团在分子链中的分布是比较分散的,这就造成了分散树脂对颜料的锚定效率较低,亲和力不够强,如N - 3390 及BM5901。如果分散树脂中锚定基团比较集中,则对颜料的吸附效率更高,集中的位阻链段又使相容性更易控制,对颜料具有更优秀的亲和性,如EFKA - 4560[2]。


综合比较,虽然非离子型高分子分散树脂EFKA - 4560 具有较好的润湿及分散性,且色浆的稳定性也较佳,但离子型的分散树脂却在实际生产中运用比较广。因为离子型的分散树脂是由电泳漆成膜的树脂改性而得的,原料易于制取,对其增加支链,改变相对分子质量,提高水溶性,经过改性后的离子型的分散树脂所制备的色浆与体系树脂相容性佳,有助于提高漆膜性能,增加电泳槽液的稳定性[3]。



2. 2 颜料吸油量对色浆稳定性的影响

颜料在电泳色浆中起到着色、遮盖等作用,不同颜料除了颜色差异外,其性能差异也较大。颜料的物理性能表现为颜色、遮盖力、着色力、吸油量、颗粒形状、极性等[4]。本文主要就颜料的吸油量对电泳漆色浆稳定性进行试验,结果如表3。

不同颜料对色浆稳定性的影响①

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注: ①G—好; N—一般; B—差; ②吸油量按GB/T 5211. 15—1988 测定。

由表3 可知颜料吸油量有较大的差异,从而影响研磨分散后色浆的稳定性。高吸油量的颜料,需更充分的润湿,因此其颜料与分散树脂的比值( 颜基比) 就只能偏低些,如炭黑。而低的吸油量则可以提高颜基比值,如二氧化钛,在运用EFKA - 4560 分散树脂时,其颜基比在12 都可以有较好地分散稳定性。


表中,非离子型的高分子分散树脂较多的锚定基团及集中的位阻链段使得其更易与颜料亲和与润湿,因此其颜基比通常比离子型PGA 分散树脂要高。[5]因此,在制备电泳漆色浆时,需了解色浆中颜料的吸油量,再根据吸油量选择合适的分散树脂和确定相应的颜基比。


2. 3 色浆的研磨时间与分散稳定性关系

研磨时间影响着体系的分散效果,时间太短,颜料无法充分润湿分散,过长影响效率,增加成本。

研磨时间对分散效果的影响

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由图2 可以清楚的看到颜料研磨时间的延长,颜料的细度越低,对体系也越稳定,但90 min 后,随着时间的延长,色浆的细度变化趋于平缓。因此适宜的研磨时间大约在80 min左右。


2. 4 色浆固体含量对色浆稳定性的影响

电泳漆色浆的固体含量是色浆稳定性的重要因数之一。如图3。

色浆的固体含量与黏度及沉降率的关系

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由图3 可以看出,色浆的黏度随着固体含量的降低而降低,但在35%的固体含量时,有个拐点,其为色浆的假稠状态,黏度较高,过了假稠状态后,黏度随着固体含量的降低而骤降。色浆的沉降率总体随着色浆的固体含量的增高而降低,但在假稠状态时,沉降率降至最低。


虽然较高的固体含量可以使得色浆的沉降性降低,提高色浆的分散稳定性。但过高的固体含量势必影响色浆研磨分散的效率,影响细度,并且增加了投槽施工困难度,影响了色浆在槽液中的混溶性。由图3 可知,色浆的固体含量设计选在假稠状态前后较为适宜。


2. 5 助剂对色浆稳定性和电泳涂装效果的影响

涂料用的助剂作用广泛,品种繁多,在电泳漆色浆的制备过程中,通过添加助剂有助于色浆的润湿分散及贮存稳定性。润湿助剂及防沉助剂对色浆稳定性的影响分别见图4、图5。

润湿助剂对色浆稳定性的影响

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防沉助剂对色浆稳定性的影响

由图4 可以看出,研磨色浆时添加润湿分散助剂,可使色浆研磨细度更细,有助于提高色浆的贮存稳定性。由图5 看出,研磨色浆添加防沉剂,可以有效地防止颜料沉淀,使色浆处于稳定状态,延长贮存时间。助剂的添加很大程度改善了色浆分散及贮存稳定性。


但是电泳漆色浆必须与电泳乳液配套使用,在配套使用时,还需使用流平、消泡助剂解决电泳过程中出现的重泡和缩孔等问

题,如图6。

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添加BYK - 025 助剂( 左) 和添加BYK - 020 助剂( 右)

图6 中左侧板是添加了BYK - 025 水性消泡剂,虽然其消泡能力显著,但制备后的色浆在与电泳漆配套使用时,出现了大量缩孔现象。右侧板是添加了BYK - 020 水性消泡剂,消泡效果良好,且与电泳漆配套使用时无缩孔现象。因此,消泡剂的选用须经实验进行筛选后才能确定能否适用。


3 结语

通过选用EFKA - 4560 分散树脂进行润湿分散,添加适宜的BYK - 020 助剂,调整固体含量至40% 左右,可制备稳定性较好的电泳漆色浆。另外,对于色浆中的颜料的认识性,有助于开发不同色彩的电泳色浆,满足不同客户的需求。合理的生产工艺和适宜的分散树脂及助剂能够有效的提高生产率,节约成本,稳定产品质量。



电泳漆专用色浆的研制

狄文伟,陈卫东,周伟博,顾丽萍,刘益阳( 中海油常州涂料化工研究院,江苏常州213016)


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