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液体聚丁二烯阴极电泳涂料的研究以液体低分子聚12丁二烯为原料

2021-08-18 来源:晋江市农业机械网

液体聚丁二烯阴极电泳涂料的研究,以液体(低分子)聚1,2-丁二烯为原料

1 前言

电泳涂料源于上世纪30 年代,60 年代初期阳极电泳涂料投入工业化应用,70 年代中期阴极电泳涂料开始得到工业化应用。目前,阴极电泳涂料在世界范围内特别是在汽车工业发达的国家作为底涂层获得了广泛应用,已基本取代了阳极电泳涂料[1]。

很多高分子树脂经过改性带上正电荷后,都可以成为阴极电泳涂料的成膜物质中国机械网okmao.com。当前应用的阳离子树脂主要有聚氨酯类、丙烯酸树脂类和环氧树脂类3 种[2-4]。随着电泳涂料尤其是阴极电泳涂料的迅速发展,电泳涂料迎来了多样化、多品种、多功能及彩色化的时代。

今后阴极电泳涂料的研究重点在于节能、环保及增加防腐蚀性等方面。液体聚丁二烯具有烯烃链结构,具有很好的柔性,可使最后的漆膜具有很好的韧性和耐腐蚀性能。液体聚丁二烯含有大量双键,通过环氧化,然后进行胺化[5],最后用酸进行中和,可得到聚丁二烯阳离子树脂。本研究得到的低分子聚丁二烯阴极电泳漆的电泳电压只有10 V 左右,是目前国内外报道中最低的,具有良好的节能优势。

2 实验部分

2. 1 原料与试剂

液体聚1,2–丁二烯(LPB),燕山集联化工公司,分子量1040;甲苯,北京化学试剂公司,分析纯;30%过氧化氢,北京化学试剂公司;无水甲酸,北京化学试剂公司,分析纯;乙二醇胺,化学纯,北京化学试剂有限公司;乙酸,分析纯,北京化学试剂有限公司;色浆,武汉科利尔化工有限公司。

2. 2 试验过程

将一定量的LPB、甲苯和无水甲酸加入三口瓶中,在一定温度的水浴中搅拌均匀,将过氧化氢按一定速度滴入三口瓶。滴加完毕后继续反应4 h。将反应后的液体用去离子水洗涤3 次,减压蒸馏得到环氧化低分子聚丁二烯(LOPB)。将LOPB、乙二醇丁醚、二乙醇胺装入三口瓶中,在搅拌条件下升温,反应2 h。反应结束后,冷却至室温。得到金黄色透明胺化低分子聚丁二烯(AEPB)。取一定量的AEPB,用乙酸中和酸化成盐,然后加入去离子水,即得到阴极电泳涂料的原漆,pH 为6.2 ~6.5。将色浆及助剂加入原漆搅拌1 h,得到阴极电泳漆色漆。低分子丁二烯阳离子树脂合成步骤如下:

2. 3 测试及表征

泳透力测定[6]:钢管法。取高220 mm、外径25 mm、内径20 mm 的不锈钢管, 将长230 mm、宽15 mm、厚1 mm 的钢板条插入其中,作为泳透工件。通过钢板条的泳涂情况测定电泳漆液对工件内腔的泳透能力。泳透力 = (实膜高度 + 1/2 虚膜高度)/200 × 100%。

盐雾试验:YWX/Q-150 型盐雾试验箱,苏州市鑫达试验设备有限公司生产。电泳后的样品放置在盐雾试验箱内,实验条件参照耐中性盐雾试验的国家标准,采用50 g/L NaCl 水溶液进行喷雾,沉降量1 ~ 2 mL/h,喷雾室温度为35 °C。

3 结果与讨论

3. 1 电泳电压对厚度的影响

目前阴极电泳漆的电泳电压一般为120 ~ 260 V,很少有低于100 V 的报道[7]。电泳电压高一方面造成能耗高,另一方面会产生发热现象,需要冷却循环系统保持电泳槽的温度。图1 为阴极电泳漆原漆以石墨片作阳极,镀锌板为阴极,在阴阳极板面积比为2∶1 的条件下,涂装电压与所得干膜厚度的关系。

液体聚丁二烯阴极电泳涂料的研究,以液体(低分子)聚1,2-丁二烯为原料 合亚嗒资讯网,heyada.com

漆液pH = 6.4,固体分15%,极板间距9 cm,涂装时间3 min,烘干条件180 °C × 15 min

图1 原漆漆膜厚度与电压的关系

由图2 可知,不加色浆的原漆在电压为9 ~ 12 V之间可以得到干膜厚度为20 ~ 30 μm 的涂层。电压低于9 V 时膜比较薄,而大于12 V 时,进一步升高电压,涂装厚度并没有增加。涂装电压低的原因主要是由于所得阳离子树脂含有相对较多的正电荷,给予较低的电压即可“拖动”分子移动到极板,实现电泳涂装。

3. 2 极板间距对厚度的影响

在一定电压下,涂装厚度与阴阳两极板之间的距离有关。为了得到合适的涂膜厚度,需要确定极板之间的距离与电泳电压的关系,以获得良好的涂装效果。图2 是原漆在涂装电压9 V,以石墨片作阳极,镀锌板为阴极,阴阳极板面积比为2∶1 的条件下,极板距离与所得涂层干膜厚度的关系。

从图2 可以看出,在极板距离为5 ~ 16 cm 的范围内得到涂装厚度为32 ~ 37 μm的干膜。这表明,该电泳漆的涂装厚度受极板间的距离影响较小。这一特点对于异型器件的涂装具有重要意义,在比较大的极板距离范围内可以实现复杂金属器件表面的均匀涂装。

漆液pH = 6.2,固体分22.6%,电压U = 9 V,涂装时间3 min,烘干条件180 °C × 15 min

图2 极板间距对厚度的影响

3. 3 色漆的性能测试

以原漆的涂装性能参数为参考,通过加入色浆和助剂得到了红色和黑色两种阴极电泳漆。漆液的性能和所得干膜的性能如表1 所示。测试条件为:涂装电压15 V,镀锌板与石墨面积比2∶1,极板距离10 cm,涂装时间3 min, 烘干温度180 °C,烘干时间15 min。pH 为6.0 ~ 6.5 时可以得到两种稳定的色漆,色漆漆膜性能优异。

表1 色漆的漆液参数及涂层性能

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盐雾试验前后的照片如图3 所示。从图3 可直接观察到盐雾试验前后漆膜表面的变化情况。经900 h的盐雾试验,红色漆膜出现失光和局部腐蚀,而黑色漆膜除了失光外,还出现了大面积起泡和局部剥落现象,这表明红色漆的耐蚀性优于黑色漆。

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4 结论

以低分子聚丁二烯为原料得到的阴极电泳漆具有涂装电压低的特点,具有明显的节能优势;低电压施工可以减少发热现象,在工业涂装中有可能不需要传统工艺中的冷却装置,可以进一步降低能耗和投资成本。一次涂装厚度可以达到30 μm 以上,有望实现底面合一的阴极电泳涂装,得到硬度、附着力、耐盐雾等性能优异的漆膜,是一种具有广阔应用前景的阴极电泳涂料。

秦树超1,王金伟1,何业东1,李晓刚1,李丙霞2

(1.北京科技大学材料科学与工程学院,北京 100083;2.燕山集联化工公司,北京 102420)