目前，我國從事丙烯酸涂料研究的單位有很多家，研究的項(xiàng)目有上百個(gè)。近年來，我國的水性電泳漆技術(shù)已得到了很大發(fā)展，電泳漆已在我國大中鋁加工行業(yè)得到大面積的推廣應(yīng)用。對(duì)影響涂裝性能的因素也作了較深入的研究。同時(shí)，高光電泳漆、啞電泳漆、彩色電泳都相繼得到應(yīng)用。這表明丙烯酸涂料工業(yè)的技術(shù)水平在我國得到迅速提高。
1水性電泳漆
電泳漆以水性低溶劑合成，是新型的低污染、省能源、省資源、起作保護(hù)和防腐蝕性的涂料，具有涂膜平整，耐水性和耐化學(xué)性好等特點(diǎn)，容易實(shí)現(xiàn)涂裝工業(yè)的機(jī)械化和自動(dòng)化，適合形狀復(fù)雜，有邊緣棱角、孔穴工件涂裝，目前被大量應(yīng)用于鋁合金建筑鋁型材、汽車、機(jī)電、家電等五金件的涂裝。電泳涂料及涂裝法在20世紀(jì)60年代后獲得工業(yè)應(yīng)用，采用電泳涂料可以進(jìn)行全封閉循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行，涂料幾乎98%利用。電泳涂膜以水溶性或水分散性離子型聚合物為成膜物，被涂工件可以是陽極也可以作為陰極。
1.1電泳涂漆結(jié)構(gòu)
電泳涂漆主要成分包括丙烯酸樹脂、三聚氰胺樹脂(作為丙烯酸樹脂交聯(lián)劑)、中和劑、溶劑a、溶劑b以及去離子水等
1.2丙烯酸樹脂：
1.2.1提供水溶性和固聯(lián)交化反應(yīng)的功能團(tuán)。
1.2.2提供金屬表面防腐、耐候性強(qiáng)的漆膜。
1.2.3提供漆膜軟硬度。（即柔軟性和表面硬度）
能提供這些性能就要求丙烯酸樹脂具有一定的分子量，微粒狀的大小就是樹脂的分子的大小，分子量一般在30000～40000。分子量太低，各單體聚合就小，功能團(tuán)也小，會(huì)產(chǎn)生以上功能團(tuán)不足的現(xiàn)象。
1.3中和劑：二甲基胺或三乙胺。因?yàn)楸┧岜旧聿痪哂兴苄裕员仨毢蛪A發(fā)生中和反應(yīng)之后才產(chǎn)生水溶性
1.4溶劑a和溶劑b
溶劑a：起漆液分散和消泡作用，溶劑b：起溶解樹脂、濕潤、流平的作用。溶劑a具有很強(qiáng)的揮發(fā)性，需通過加漆或直接補(bǔ)加，補(bǔ)加量與生產(chǎn)量(450m?/噸)關(guān)系和固體份高低的關(guān)系：
1.4.1生產(chǎn)產(chǎn)量≥800t/月，原漆含有20%溶劑，需補(bǔ)加揮發(fā)部分，按生產(chǎn)量添加(0.5kg/t)，。
生產(chǎn)產(chǎn)量≥500t/月，需補(bǔ)加，按生產(chǎn)量添加(1.0kg/t)
生產(chǎn)產(chǎn)量≥300t/月，需補(bǔ)加，按生產(chǎn)量添加(2.0kg/t)
1.4.2根據(jù)漆液的固體份溶劑的控制范圍如下表：
注：用氣相色譜儀測(cè)驗(yàn)。(各供應(yīng)商劑量有所不同)
1.4.3溶劑a和溶劑b的相互作用與匹配：
一般溶劑a要比溶劑b大0.15～0.2%，其相互作用為：
1.4.3.1溶劑a通過溶劑b的濕潤作用把電泳過程中所產(chǎn)生的氣泡帶出.如帶出效果不好，就會(huì)產(chǎn)生氣泡殘留（針孔、凹坑）；
1.4.3.2溶劑b通過溶劑a的分散作用把樹脂分子更加均勻地分散于水中，這樣一來上膜均勻性大大提高；
1.4.3.3溶劑a與溶劑b共同構(gòu)成一個(gè)理想的電泳工作狀態(tài)。
1.4.4溶劑a與溶劑b不匹配所產(chǎn)生的問題：
1.4.4.1如溶劑a少，溶劑b高會(huì)產(chǎn)生漆膜溶解，特征是漆膜表面產(chǎn)生麻面，沒有光澤；
1.4.4.2如果溶劑b少，溶劑a多，會(huì)產(chǎn)生流平性變差，瀝干時(shí)漆膜不容易干燥，就會(huì)產(chǎn)生水漬痕與干燥痕，特別是氣溫低時(shí)會(huì)產(chǎn)生失光流痕帶（特征：呈不規(guī)則的帶狀）；
1.4.4.3如果溶劑a與溶劑b一樣高時(shí)，易產(chǎn)生瀝干時(shí)漆膜表層過于快速干燥，漆膜底層水分不易跑出來，會(huì)產(chǎn)生干燥痕；
1.5胺濃度：胺濃度反映的是漆膜里所含的中和劑的濃度，它與ph值有一定的關(guān)聯(lián)，ph是指漆液里的游離中和劑。
1.5.1游離中和劑的概念就是在電泳過程中，把與丙烯酸樹脂結(jié)合的中和劑通過樹脂分子的沉析而分解出來，所以在生產(chǎn)過程中，ph會(huì)有所升高。胺濃度與固體份有很大的關(guān)系，如果胺濃度過低，需要提升時(shí)中和劑，其計(jì)算方法為：
1meq=[總槽液的重量×固體份（%）×101]/100000=？kg（tea）
酸價(jià)即酸值是一個(gè)丙烯酸樹脂未被中和的那部分酸性，和胺濃度共同構(gòu)成中和度即中和率
中和率=（胺濃度×56.1）/（酸價(jià)×100）×100%
1.5.2中和率一般要求65%-70%。在此狀態(tài)下，漆膜具有非常好的豐潤度、飽滿度和光澤。中和率≤65%時(shí)就沒有以上三個(gè)優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)中和率≥70%時(shí)，豐潤度、飽滿度很好，但漆膜耐堿性差，光澤又不好，甚至?xí)斐善崮っ撀洌ㄔ颍阂驗(yàn)楣搪?lián)交化的功能團(tuán)被破壞，漆膜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)沒有形成）。
1.5.3影響中和率的另一因素即酸價(jià)，當(dāng)酸值大，中和率就下降，當(dāng)酸價(jià)小時(shí)中和率就上升，對(duì)于中和率的控制，與生產(chǎn)過程中操作有密切關(guān)系，其要求為：
1.5.3.1加漆攪拌時(shí)固體份不能太大，否則漆的溶解不好，同時(shí)加漆時(shí)加漆罐中固體份應(yīng)小于20%。
1.5.3.2攪拌時(shí)間不能太長(zhǎng)或總固體份不能太低，否則會(huì)產(chǎn)生過分溶解，酸價(jià)就小了，過分溶解還會(huì)帶來破壞樹脂分子結(jié)構(gòu)的后果，造成漆膜耐酸堿性差，攪拌時(shí)間以30min為宜，不宜超過1個(gè)小時(shí)。
2電泳漆應(yīng)用于鋁合金型材電泳工藝分析
2.1電壓：電泳涂裝普遍采用的是定電壓法，設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，易于控制。電壓對(duì)漆膜的影響很大，與被涂的陽極工件面積大小、槽液溫度、兩極間距離有關(guān)；電壓越高，電泳漆膜越厚，對(duì)于難以涂裝的部位可相應(yīng)提高涂裝能力，縮短施工時(shí)間。但電壓過高，會(huì)引起漆膜表面粗糙，烘干后易產(chǎn)生“橘皮”現(xiàn)象。電壓過低，電解反應(yīng)慢，漆膜薄而均勻，泳透力差。電壓的選擇由涂料種類和施工要求等確定。一般情況下，電壓與涂料的固體分及漆溫成反比，與兩極間距成正比。鋁和鋁合金表面可采用80～130v，電壓緩慢升高，升高到設(shè)定值時(shí)，或到設(shè)定時(shí)間時(shí)（一般是2—3min）斷電。
2.2電流與時(shí)間：
一般在電泳工藝中大都采用定電壓控制，因此電流是隨時(shí)間變化而變化的。典型的電流與時(shí)間曲線見圖1-1
鋁材電泳電流與時(shí)間曲線
圖1-1
由圖可見，電泳初期電流很大，但很快迅速減弱。這是由于剛通電時(shí)，被涂物(工件)表面裸露，電流值取決于槽液電阻，而槽液電阻一般不大，所以電流較高。但在電泳過程中，涂料開始在工件表面沉積析出并形成濕膜后，由于濕膜是一層含水較低(5—6％)的有機(jī)涂膜層，電阻比較大。隨著濕膜的增厚，電阻迅速增大，而電壓保持恒定時(shí)，電流則會(huì)迅速隨之下降，當(dāng)電流下降至一個(gè)很小的值時(shí)，表示涂膜已停止增長(zhǎng)，此時(shí)膜厚為一定值。
一般來說，對(duì)于每一個(gè)給定電壓值v，總有相對(duì)應(yīng)的一個(gè)膜厚b，所以通過調(diào)整電壓，就可以對(duì)涂膜的厚度進(jìn)行控制。若電壓值低至一個(gè)很小值va，出現(xiàn)了涂膜很薄，甚至泳不上的現(xiàn)象時(shí)，稱va為臨界電壓。電壓低于va時(shí)，b＝0；若對(duì)已涂上涂膜的工件施加電壓，并升至某一個(gè)值vb時(shí)，若出現(xiàn)了電流驟然增大的現(xiàn)象，此時(shí)可以認(rèn)為涂膜已經(jīng)被破壞了，vb稱為破壞電壓，也稱為濕膜擊穿電壓，va和vb是涂料中的一個(gè)重要指標(biāo)，當(dāng)va和vb給定歷涂裝的工藝電壓值就只能在va—vb范圍內(nèi)選擇。
由電泳反應(yīng)機(jī)理可知，在電泳過程中，陰極上的反應(yīng)主要有兩個(gè)，一是電沉積，另一個(gè)是電解。電沉積是成膜反應(yīng)，而電解主要是析氧反應(yīng)，所以，電泳時(shí)的表現(xiàn)電流應(yīng)該包括兩部份：i＝i1十i2。i1是電沉積電流，i2是電解析氧電流；當(dāng)給定一個(gè)電壓，電流i隨時(shí)間變化很快下降到一個(gè)穩(wěn)定值i0。此時(shí)，膜厚不再增加．可以認(rèn)為i1＝0（注：實(shí)際上此時(shí)由于濕膜在溶液中可能發(fā)生局部溶解，而產(chǎn)生一個(gè)膜修補(bǔ)電流i1’，一般說i1’很小，為討論方便，暫可認(rèn)為i1’=0)所以i0i2(見圖l—2)可稱之為穩(wěn)定電流，
鋁材電泳時(shí)的表現(xiàn)電流
圖1-2
或剩余電流，該電流反應(yīng)析氧反應(yīng)的強(qiáng)弱。而電流由高值下降到i0的時(shí)間t1，稱為成膜時(shí)間，也稱為小電泳時(shí)間。t1表示電沉積成膜反應(yīng)的速率，t1越小，電沉積速度越快，t1越大，電沉積速度越慢。
i0和t1都是電泳過程中的兩個(gè)重要指標(biāo)，它們是一個(gè)多元函數(shù)，受涂料本身性質(zhì)、槽液溫度、ph值、電導(dǎo)率、固體成份、甚至工件大小和形狀的影響而變化。一般涂料性能指標(biāo)是無法給出這兩個(gè)指標(biāo)值，但在實(shí)際工藝控制中，通過對(duì)i0和t1的變化和觀察，可判斷電泳過程是否正常，并通過經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)的積累，作為調(diào)定電泳電壓、時(shí)間以及其他參數(shù)的參考依據(jù)。
2.3電泳時(shí)間：漆膜厚度隨著電泳時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，但當(dāng)漆膜達(dá)到一定厚度時(shí)，繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間，也不能增加厚度，反而會(huì)加劇副反應(yīng)；反之，電泳時(shí)間過短，涂層過薄。電泳時(shí)間應(yīng)根據(jù)所用的電壓，在保證涂層質(zhì)量的條件下，越短越好。一般工件電泳時(shí)間為1至3分鐘，大型工件為3至4分鐘。如果被涂物件表面幾何形狀復(fù)雜，可適當(dāng)提高電壓和延長(zhǎng)時(shí)間。
2.4槽液溫度：溫度高，則黏度降低，成膜速率快，但溫度過高，漆液不穩(wěn)定，漆膜粗糙，有流掛現(xiàn)象，還會(huì)引起涂料變質(zhì)；溫度低，漆的水溶性差，電沉積量減少，電泳漆電沉積量少，成膜慢，涂膜薄而致密。施工過程中，由于電沉積時(shí)部分電能轉(zhuǎn)化成熱能，循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)機(jī)械摩擦產(chǎn)生熱量，將導(dǎo)致槽液溫度上升。一般漆液溫度控制在20～26℃。
2.5涂料的固體分
電泳原漆的固體分一般為40～60%左右，施工時(shí)，需用高純水將涂料固體分控制在5%～6%。固體份含量過高，漆液黏度大，泳透力降低，電滲性不好，漆膜粗糙，附著力差；固體份含量低，漆液電阻大，漆膜過薄，漆膜的遮蓋力不好，涂料的穩(wěn)定性差，如果增高電壓，電解反應(yīng)加劇，電沉積效果差，漆膜容易產(chǎn)生針孔和桔皮等缺陷。在電泳涂漆過程中，漆液的固體份含量不斷被消耗，必須定時(shí)補(bǔ)充原漆。原漆的補(bǔ)充應(yīng)根據(jù)原漆的品種、性質(zhì)及工件形狀和工藝條件等而定。配制漆液一般可按下面公式進(jìn)行計(jì)算：
加漆量w＝a×b/c
式中：a＿預(yù)計(jì)用水稀釋后漆液總重(l)；
b＿預(yù)計(jì)用水稀釋后漆液固體份(％)；
c＿原漆的固體份(％)；
w＿加漆量，即需加入原漆重(kg)。
2.6涂漆的ph值：在電泳過程中，由于帶負(fù)電的樹脂離子涂于工件被帶走，同時(shí)，由于電解作用，陰極不斷產(chǎn)生胺(氨)，漆液的ph值就逐步上升，電泳涂漆的ph值直接影響槽液的穩(wěn)定性。ph值過高時(shí)，漆液的比電阻下降，泳透力降低，新沉積的漆膜會(huì)溶解，并易出現(xiàn)針孔、表面粗糙等缺陷；ph值偏低時(shí)，漆液穩(wěn)定性差，漆液的水溶性下降，電泳漆膜層粗糙，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)桔皮，嚴(yán)重地影響了表面的平整度及漆膜的防腐性能，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生凝結(jié)現(xiàn)象，而使漆液變質(zhì)，甚至無法電泳。ph值通常控制在7.8～8.2之間。
2.7漆液電導(dǎo)率：被涂物件從前一道工序帶入電泳槽的雜質(zhì)離子等引起涂料電導(dǎo)率的下降，電導(dǎo)率控制在l300～800μs/cm，每天檢測(cè)1次。測(cè)量方法是取樣加熱到25℃，用電導(dǎo)率儀測(cè)量。
2.7.1電導(dǎo)率高，漆膜粗糙，出現(xiàn)桔皮．附著力差，耐腐蝕性降低原因是雜質(zhì)離子的混人或槽液更新、變質(zhì)酸敗引起電導(dǎo)率升高采取的措施是增加超率時(shí)間，濾出雜質(zhì)離子，補(bǔ)充脫離子水(電導(dǎo)率不超過10μs／cm)。在管理過程中使槽液溫度控制在一定范圍內(nèi)，槽液更新期不超過3個(gè)月。
2.7.2電導(dǎo)率過低．導(dǎo)電性差，漆膜薄。原因是電泳涂料沉淀過多．循環(huán)攪拌不好采取的措施是檢查攪
2.7.3循環(huán)系統(tǒng)保持正常，如有故障應(yīng)及時(shí)維修。每天檢查循環(huán)系統(tǒng)．保證其正常運(yùn)行，循環(huán)系統(tǒng)要保持24h全天運(yùn)行，防止沉淀。
2.8工件與陰極間距離：距離近，沉積效率高。但距離過近，會(huì)使漆膜太厚而產(chǎn)生流掛、橘皮等弊病。一般距離不低于25cm。陽極與陰極面積之比控制在l比0.7為好。若陰極面積過小，電流密度較大，析氫量增加，影響涂膜質(zhì)量，對(duì)大型而形狀復(fù)雜的工件，當(dāng)出現(xiàn)外部已沉積很厚涂膜，而內(nèi)部涂膜仍較薄時(shí)，應(yīng)在距離陰極較遠(yuǎn)的部位，增加輔助陰極。
2.9溶劑：電泳漆中除用水作溶劑外，還加入適量的有機(jī)溶劑作助溶劑，它可以改進(jìn)樹脂的水溶性及改善漆膜的表面狀態(tài)，常用的溶劑是api等醇類。溶劑必須適量。過多，漆液變混濁，泳透力降低，漆膜發(fā)粘，易破裂；溶劑過少，漆液的水溶性降低，漆液不穩(wěn)定，漆膜粗糙，不豐滿，并可能產(chǎn)生氣泡和桔皮等現(xiàn)象。
2.10熱水燙洗：一般的看法其主要作用是氧化膜微孔處于半封閉狀態(tài)，除此外其實(shí)際作用還有通過熱水洗使氧化膜膨脹，把氧化膜孔中殘留酸擠出。
2.10.1酸殘留的害處：
①漆膜耐酸耐堿性變差；
②電泳材放置一段時(shí)間后就會(huì)使漆膜爆出，產(chǎn)生許多腐蝕點(diǎn)，影響電泳材使用性能和外觀。
2.10.2熱水洗的要求：
①溫度在70-80℃，高于85℃時(shí)，易產(chǎn)生熱水封閉的效果，漆膜的附著力下降；
②ph≥4.5；
③電導(dǎo)率≤60μs/cm；
2.11純水洗：把附著在型材表面的殘留酸洗干凈。
熱水洗的要求：ph≥5.5，電導(dǎo)率≤50μs/cm
2.12電泳液精制處理（離子交換處理）
2.12.1進(jìn)行涂裝時(shí)，隨著涂料中胺的游離，ph也上升，并且因帶入了前處理工程的不凈物（根等），涂料會(huì)隨著劣化。須采用離子交換來除去陽離子成分（胺、金屬離子）和陰離子so42成分。
2.12.2離子交換樹脂：
陰離子型樹脂：強(qiáng)堿型（diaionsa-10ap）ed液總量的1/80
陽離子型樹脂：強(qiáng)酸型（wk-40）陰離子樹脂的1/3
2.12.3離子交換處理：
2.12.3.1電泳過程中胺濃度超過管理范圍時(shí)進(jìn)行離子交換，通常原則上是陰，陽離子
2.12.3.2但在下述場(chǎng)合進(jìn)行陰離子單獨(dú)通液。
①加熱殘分，胺濃度在管理范圍內(nèi)，電導(dǎo)度超過管理范圍上限：
②根在15ppm以上時(shí)；
③外觀發(fā)生異常時(shí)。
2.13通液
2.13.1按規(guī)程操作
2.13.2通液量
陰離子通液應(yīng)為電泳液量的1/2，通常需要2小時(shí)，陰離子交換后ph值，電導(dǎo)率沒有變化時(shí)，說明離子交換樹脂能力降低，應(yīng)停止使用。
陽離子交換和陰離子是一樣的，ph過低時(shí)通過拖延啟動(dòng)，縮短通液時(shí)間，或通過樹脂再生，恢復(fù)功效。
2.13.3離了交換樹脂再生
陰離子交換樹脂再生：naoh100g/1—r；
陽離子交換樹脂再生：hcl50g/1—r；
再生劑：（naohhcl）使用前應(yīng)確認(rèn)其濃度和體積。
2.14水洗漆液回收（ro）：
2.14.1道水洗（ro1）：
溫度：室溫
ph：＜8.2~8.6
固體份：＜1%
電導(dǎo)率：低于100us/cm
2.14.2第二道水洗（ro2）：
溫度：25±3℃
固體份：＜0.3%
ph：8.4~8.8
電導(dǎo)率：低于50us/cm
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