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超细涂料色浆对电泳漆涂装性能的影响-通过超声法制备了超细涂料色浆,并将其应用到阴极电泳漆中,中国机械网,okmao.com
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超细涂料色浆对电泳漆涂装性能的影响-通过超声法制备了超细涂料色浆,并将其应用到阴极电泳漆中
2020年06月13日    阅读量:1229    新闻来源:中国机械网 okmao.com  |  投稿

阴极电泳漆是20 世纪70 年代发展起来的一种新型水性防腐蚀涂料,其基本解决了涂料释放易燃、有毒有机溶剂的问题[1 - 2]。阴极电泳漆由水溶性阳离子树脂、颜料、助剂及中和剂等组成,具有泳透力高、库仑效率高、涂装过程容易控制、环境污染小等优点。


目前,阴极电泳漆已广泛应用于诸多领域,如汽车、五金电器、金属眼镜架、家用电器、首饰、医疗器械、玩具以及其他要求电泳的行业[3 - 5]中国机械网okmao.com。颜料色浆是彩色电泳漆的重要组成部分,对电泳漆的涂装性能有显著的影响[6]。


如果色浆中颜料粒子较粗,漆液不稳定,则影响漆膜的色泽、牢度、致密度、均匀性等[7]。与普通色浆相比,超细色浆中颜料的粒径小,以其制备的涂料光泽、着色强度和遮盖力好[8 - 10]。


同时,超细色浆以水为分散介质,与阴极电泳漆中的水性树脂具有很好的相容性,可有效减少有机溶剂的排放,对环境友好。本研究通过超声法制备了超细涂料色浆,并将其用于阴极电泳漆中。主要分析了超细化前后色浆的粒径、Zeta 电位等的变化,探讨了超细化前后色浆对电泳漆膜电沉积量、颜色深度、外观等性质的影响。


1 实验部分

1. 1 试剂与仪器

P. Y. 83 颜料黄: 工业级,杭州恒升化工有限公司; 十八烷基二甲基苄基氯化铵: 化学纯,无锡德美化工有限公司; 阳离子丙烯酸树脂: 深圳世名科技有限公司。

纳米粒度及Zeta 电位分析仪: Nano - ZS90,英国MALVERN公司; 高速离心机: centrifuge5415D,德国Eppendorf 公司;超声波细胞粉碎机: JY98 - 3D,宁波新芝科器研究所; 电泳仪:BIO - RAD PowerPace Basic,北京赛百奥科技有限公司; 视频变焦显微镜: DZ3,日本Union 光学有限公司。

1. 2 实验方法

1. 2. 1 超细涂料色浆制备

将2%阳离子分散剂十八烷基二甲基苄基氯化铵溶于去离子水中,加入5%的P. Y. 83 颜料黄,搅拌均匀,在800 W 功率下超声30 min,即得超细涂料色浆。

1. 2. 2 阴极电泳漆的配制

将8%超细涂料色浆、15% 阳离子丙烯酸树脂、去离子水依次加入烧杯中,搅拌均匀,然后在室温下用磁力搅拌熟化一段时间,即得阴极电泳漆。

1. 2. 3 电泳涂装

将作阳极的铝板和作阴极的待涂铝板悬挂浸入阴极电泳漆中,并分别接到电源的正、负极上。接通电源,调节电压至50 V,电泳2 min,断开电源取下阴极的铝板用自来水冲洗掉浮漆,在室温下晾干。然后在烘箱于160 ℃下烘烤10 min,取出冷却即可。

1. 3 性能测试

1. 3. 1 平均粒径及Zeta 电位

采用ZS - 90 型纳米粒度及Zeta 电位分析仪测定25 ℃下色浆的粒径大小和分布以及Zeta 电位。

1. 3. 2 电导率

采用DDS - 11C 型数字电导率仪测定20 ℃条件下电泳漆液的电导率。

1. 3. 3 离心稳定性

取少量阴极电泳漆于离心管中,采用高速离心机,在转速3 000 r /min下离心10 min,将移液管插入离心管液面下,取少量阴极电泳漆,稀释500 倍,测定其在最大吸收波长处的吸光度,按式( 1) 计算比吸光度( γ) 。

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式( 1) 中: A0—离心前阴极电泳漆的吸光度,A—离心后阴极电泳漆的吸光度,γ—比吸光度,其值越接近于1,则体系的离心稳定性越好。

1. 3. 4 电沉积量D

电沉积量以单位面积所沉积的干膜质量表示,按式( 2) 计算。

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式( 2) 中,m1—涂装后铝板的质量,g; m—涂装前铝板的质量,g; b—铝板的宽度,cm; h—铝板的高度,cm; D—电沉积量,g /m2。

1. 3. 5 漆膜的颜色深度

在电脑测色仪上测定漆膜的表观颜色深度( K/S 值) ,测3次,取平均值。

1. 3. 6 外观

样板在散射日光下目视或用视频变焦显微镜在放大1 400倍下观察观察漆膜有无缩孔、针孔、凹坑等病态。


2 结果与讨论

2. 1 涂料色浆的平均粒径

在室温下,将2% 的阳离子分散剂、5% 的P. Y. 83 颜料黄依次加入去离子水中,配制成普通涂料色浆; 在800 W 的功率下超声30 min,制得超细涂料色浆,并测试两者的粒径,结果如表1 所示。

色浆的基本测试数据

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从表1 可知,超细涂料色浆的粒径为196 nm,相比于普通涂料色浆,其粒径明显降低; 且其粒径分布指数PDI 为0. 215,粒径分布较窄。这是因为在超声波的空化作用下,颜料颗粒被粉碎成较小的粒子; 同时,阳离子分散剂与颜料粒子的碰撞几率增大,从而均匀地吸附于颜料粒子表面,防止粒子重新聚集。


2. 2 涂料色浆的Zeta 电位

图1 为涂料色浆的Zeta 电位图。

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涂料色浆的Zeta 电位分布图

从图1 可以看出,超细涂料色浆的Zeta 电位为30 mV,与普通涂料色浆相比,其大小变化不太明显。但是,超细色浆中Zeta 电位的峰强度明显提高。在超细化过程中,由于超声波的作用,颜料粒子变小,数量显著增加,且均匀分散在水中,提高了颜料粒子与阳离子分散剂的接触几率,使得阳离子分散剂在颜料粒子表面形成均匀、完整的吸附层,所以超细涂料色浆中粒子的Zeta 电位强度显著增加。



2. 3 漆液的离心稳定性

漆液的稳定性直接影响漆膜的质量,如果漆液不稳定,颜料粒子易发生沉降,则颜料利用率低,漆膜较薄,颜色不饱满。在电泳涂装过程中,一般都要不断搅拌,以防止颜料粒子沉降。本实验用离心前后漆液的比吸光度表示漆液的稳定性,漆液中超细涂料色浆、阳离子树脂用量分别为8%、15%,结果见图2。

漆液的离心稳定性

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从图2 中可以看出,普通色浆的比吸光度为65%; 将色浆进行超细化后,电泳漆液的比吸光度增加到90%,离心稳定性增加。这是由于超细色浆中颜料的粒径较小且分布均匀; 同时超细颜料粒子所带的Zeta 电位分布也比较均匀,从而使得电泳漆液的稳定性增强。由于电泳漆液相对比较稳定,在电泳涂装过程中无需不停地搅拌。


2. 4 漆膜的电沉积量

电沉积量表示单位面积所沉积的干膜质量。在色浆用量为8%,电泳电压为50 V,电泳时间为2 min 的条件下,比较普通色浆与超细色浆对漆膜电沉积量的影响,其结果如图3所示。

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普通色浆与超细色浆的电沉积量

从图3 可知,用超细色浆配制的电泳漆在铝板上的电沉积量为19 g /m2 ,比普通色浆的电沉积量稍大。


在相同的涂装条件下,一方面,由于超细涂料色浆中颜料粒子较小、带电的粒子较多,电泳速率快,电沉积效率高; 另一方面,超细色浆在水中有很好的分散性,与阳离子树脂的相容性佳,使得配制的漆液电泳特性好,因而沉积到阴极铝板上的粒子数量增多且排列紧密,形成的漆膜平整致密,电沉积量增大。


2. 5 漆膜的颜色深度

在色浆用量为8%,电泳电压为50 V,电泳时间为2 min的条件下,考察了普通色浆与超细色浆对漆膜颜色深度的影响,结果见图4。

普通色浆与超细色浆的漆膜颜色深度

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从图4 可以看出,相比于含普通色浆的阴极电泳漆的漆膜K/S 值,含超细色浆的阴极电泳漆的漆膜K/S 值略微增大,但变化不大; 从漆膜K/S 值的误差分析来看,其色差较小。这是由于超细色浆中颜料粒子小,涂装时粒子均匀紧密地沉积在阴极铝板上,使得形成的漆膜均匀而平整。

2. 6 漆膜外观

将普通色浆与超细色浆分别配制成阴极电泳漆,色浆用量均为8%,分别在50 V 的电压下电泳2 min,在铝板上的漆膜外观如图5 所示。

普通色浆与超细色浆的漆膜外观

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从图5 可看出,含普通色浆的阴极电泳漆,由于颜料粒径较大且分布不均匀,因而制得的漆膜表面粗糙,出现颗粒、橘皮等现象; 而含超细色浆的电泳漆中,颜料粒子的粒径小且分布均匀,得到的漆膜更加平整、细腻、致密、光滑。


3 结语

采用超声法制备了水性超细涂料色浆,分析了普通色浆与超细色浆对阴极电泳漆的涂装性能的影响。将普通涂料色浆进行超细化处理后,色浆的平均粒径仅为196 nm,PDI 为0. 215,粒径分布均匀; Zeta 电位为30 mV,带电粒子数量增多。用超细涂料色浆配制的电泳漆液的离心稳定性较高。与含普通涂料色浆的阴极电泳漆相比,含有超细涂料色浆的阴极电泳漆的漆膜具有高的电沉积量,颜色较均匀,而且表面更加平整、细腻、光滑。


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