聚酯氨基电泳漆的研制与探讨

聚酯氨基电泳漆的研制与探讨

王承伟 许玉霞 张福云 扬彦娥
(西北永新化工股份有限公司技术中心,兰州 730020)

0 前言
随着社会的不断进步与发展,人们对材料的环保要求越来越高。目前在我国工业涂料应用领域,大多数使用溶剂型涂料,在施工及固化过程中,溶剂挥发易造成环境污染,且易燃、易爆,给运输、储存,特别是给施工使用带来很多不安全因素。水性涂料具有许多鲜明的特点和优点,它不含或只含少量溶剂,无毒、安全,特别是低污染的水溶性电泳涂料是涂料今后发展的趋势。本文研制的聚酯氨基电泳漆不用油脂,漆膜固化温度低,大大降低了烘烤设备费用和耗电量。树脂颜色浅,漆膜光泽好,长时间烘烤不变黄,可配制各种浅色漆,对铜件和镀锌件等有色金属有较好的成膜性。所得漆膜具有良好的物理和化学性能,也具有较好的防霉性、耐候性和绝缘性。

1 实验部分
1.1 原材料
原料名称与规格见表1。

1.2 性能检测
粘度测定按国家标准GB/T 9751—1988 进行;固体含量测定按GB/T 1725—1979(1989)进行;电导率测定按HG 2—1047—1977 进行;柔韧性测定按GB/T 1731—1993 进行;耐冲击性测定按GB/T1732—1993 进行;附着力测定按GB/T 1720—1979(1989)进行;耐水性测定按国标GB/T 1733—1993进行;漆膜制备方法按HG 2—1046—1977 进行。

1.3 水溶性聚酯树脂的合成
1.3.1 配方(表2)

1.3.2 工艺
(1) 按配方量将三羟甲基丙烷、新戊二醇、己二酸、月桂酸、苯甲酸加入反应釜中,在一定的时间内升温到一定的温度,使之酸值达到60~75 mgKOH/g。
(2) 再加入配方量的苯酐和CADURE E-10,在一定的时间内升温到一定的温度并保持2.5~3.5 h,使之酸值达到50~75 mgKOH/g。
(3) 降温到80℃以下,加入配方量的乙二醇单丁醚、丁醇和427 氨基树脂。并升温到70℃左右醚化30 min,降温到50℃以下。用DeuAdd AA-95多功能胺中和剂中和,充分搅拌后,用去离子水稀释,过滤,备用。

1.3.3 树脂的技术指标
(1) 外观:米黄色透明粘稠液体;
(2) 固体分:(70±2)%;
(3) pH 值:6.5~7;
(4) 水溶性:无限稀释后无乳光。
1.4 浅天蓝聚酯电泳漆的制备
1.4.1 配方组成(表3)

1.4.2 制备工艺
将水溶性聚酯树脂、润湿分散剂、DeuAddAA-95 多功能胺中和剂及颜料加入一容器内,充分搅拌,然后通过砂磨机进行研磨,直至细度达到25 μm 以下,制成漆浆,再将剩余树脂及助剂等依次加入漆浆中,充分搅拌,粘度合格后,过滤、包装。

1.4.3 技术指标
(1) pH 值:6.5~7;
(2) 固体分:(50±2)%;
(3) 烘烤温度:120℃,0.5 min;150℃,10 min;
(4) 颜基比不低于1/5;
(5) 细度:≤ 25 μm。

1.4.4 电泳漆漆膜的性能
(1) 物理机械性能(马口铁)
耐冲击性:50 kg/cm;
弹性:1 mm;
附着力(划圈法):1 级;
铅笔硬度:3 H。
(2) 三防性能(硅铝铸件)
耐湿热性能:21 d 漆膜外观变化不大,附着力良好,人工湿热试验结果合格。
防霉试验:根据部颁标准做悬挂法检验,经28 d 后,结果达1 级,防霉合格。
(3) 其它性能:见表4。

2 结果与讨论
水溶性聚酯树脂是聚酯氨基电泳漆的主体树脂,它的好坏与电泳漆的质量有着紧密的关系。在设计水溶性聚酯树脂的配方时一定要考虑树脂的酸价问题,我们在设计配方时,加入三羟甲基丙烷、新戊二醇、己二酸、月桂酸、苯甲酸使其反应到一定程度,再将第二部分的苯酐加入,主要是促使其第一羧基与树脂中的羟基进一步反应,遗留下来的均属于苯酐之半酯,酸价比较高,水溶性比较好,从而解决由于酸价过低所引起的水溶性不好的问题。这里我们采用了两步酸价的概念,一是获得较高的相对分子质量所必需的较低的酸价,一是加入第二步苯酐通过提高半酯的数量来提高总酸价。

有机胺的种类和用量除了对漆液的电导率有很大的影响之外,对反应的控制也起着至关重要的作用。有机胺的选择,既要考虑与主体树脂的反应速度,又要考虑到合成树脂的水溶性、漆液的稳定性等因素,而且还要考虑其用量。电泳漆工作液的导电能力,通常用电导率表示。电泳涂料乳液因大分子链两端含有阳离子,所以可以使用电泳的方法将其涂覆在金属器件的表面。漆液的电导率过低,漆膜不易形成;电导率过高,造成漆膜外观粗糙。胺用量过多,会导致漆膜的耐腐蚀性和耐水性等性能下降,也会导致粘度增加破坏漆膜的流平性。另外要从来源易,成本低,环保等几个方面综合考虑,我们通过大量的实验,最后选定了德谦公司生产的DeuAdd AA-95 多功能胺中和剂。

我们在设计聚酯配方的同时也在考虑醇超量与酸超量的问题,聚酯树脂的制备,我们基本的出发点仍然是考虑以醇超量为主。通过第一阶段工作之后发现稳定性差,且物理机械性能等方面均不理想,就考虑到树脂反应程度不够的问题。树脂一方面有醇超量,另一方面,又有一部分保留的酸价(即终点酸价)。那么实际遗留在树脂中的未反应部分的醇必将更多,逐步考虑把醇超量改为酸超量提高反应程度,但改酸超量又怕反应不够平稳,故在树脂工艺改进的基础上,改进酸超量。醇超量与酸超量,在加水兑稀时要达到同一粘度,则酸超量比醇超量要用较多的水,甚至差一倍。

助剂的用量对漆膜质量也是至关重要的。助剂用量过低,会使涂膜产生气泡、针孔、桔皮等弊病;助剂用量过高,使涂膜出现重溶针孔,严重时,将较大地降低涂膜的击穿电压,从而,难得到符合技术质量要求的涂膜。固体分过低,所得漆膜平整,薄而无光,外观粗糙,有针孔,同时槽液沉淀现象严重,阴阳面也比较严重,对于电泳漆的稳定十分不利;固体分高,漆膜厚,电泳漆膜光亮;固体分过高时会出现桔皮、流挂等现象,且随着固体分的增高,工件带出的浮漆也增加,造成电泳漆损失大。当固体分> 25% 时,由于漆液的粘度大大增加,泳动速度减慢,反而造成漆膜变薄。溶剂也是电泳漆中的一个重要成分。基体树脂就在溶剂中合成。成品树脂中含有20%~40% 的有机溶剂,经过体系的中和、稀释后,在槽液中的比例为2%~5%。有机溶剂有利于漆液的稳定,并且对漆膜性能有一定的影响。一旦增加体系中有机溶剂的量,漆膜厚度就会增加。同时,电压和泳透力下降。这是由于有机溶剂影响了电沉积层的结构机械性能。随着电沉积膜粘度下降,膜的电阻也下降了。不溶于水的有机溶剂对漆膜性能的影响比溶于水的影响大,这是因为不溶于水的溶剂会存在于沉积层中。

3 结语
水性电泳漆的开发与研制关键取决于水性树脂的研制及原材料的选用,pH 值、固体分、颜基比等多种因素。如果很好的控制这些指标就一定能制造出既环保又节能的高性能电泳漆。无论在涂料制造还是在涂料应用领域都是涂料工业技术的革新,无疑它将成为21 世纪的重要涂装方法之一。

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