新型自泳涂料后处理剂及工艺的研究

0  引 言
随着涂料工业的发展,挥发性有机化合物(VOC) 对环境造成的污染问题日益引起重视,涂料工业迫切需要无污染、低能耗、高效益的新型涂料。自沉积涂料(又称自泳涂料) 是一种新型的特殊乳胶涂料,属于水分散性涂料,是由美国Amchem products 公司首先于20 世纪70 年代开发研制成功的[1~3 ] 。该涂料成膜方法既经济又独特,而且不含任何可挥发性溶剂,其介质均为水,完全符合人类的环保要求。另外,该涂料的自沉积涂层十分均匀,不存在泳透力问题,可涂装复杂工件;而且涂装工艺简单,成本低。但是自泳涂装后涂膜附着力相对较差,且自泳涂膜在烘干后也容易返锈,难以保证涂膜防腐蚀性能,目前的自沉积涂料在生产工艺上需要铬钝化处理[4 ] 。而铬钝化本身毒性较大,又污染环境,不能随意排放,应用时受到限制,不利于自泳涂料的推广。本研究采用一种新型后处理剂,根据高分子合成工艺,采用接枝共聚的方法,在大分子链中接入可反应性官能团,可直接用于自泳涂膜的钝化后处理,提高涂层的胶联程度,增强涂层的耐蚀性能。

1  试验部分
1. 1  试验材料
试片为1 mm 08AL 型冷轧钢板,尺寸50 mm×100 mm。在自泳槽中加入130 g 蒸馏水,再加入20 g 活化剂(自制) ,在搅拌状态下加入50 g 偏二氯乙烯乳液(自制) 。
1. 2  新型后处理剂( 简称H) 的制备
首先称量浓度为50 %的HEDP 溶液10 %(质量比) ,加入总质量84 %的蒸馏水稀释,然后加入总质量的1 %的NH4HCO3 以及总质量5 %的添加剂B ,搅拌均匀后用浓度为5 %的NaOH水溶液调整pH值为适宜值。后处理剂工艺技术参数:固体含量8 %~12 % ,pH 值7.0~8. 2。
1. 3  工艺流程
试片→除油除锈→清水漂洗→蒸馏水漂洗→放入自泳槽中浸涂→清水漂洗→浸入后处理剂→120 ℃烘烤。

2  结果与讨论
2. 1  自泳涂料的后处理工艺对比
采用相同的试验材料,相同的工艺流程,制备出自泳涂层试片,选用不同的后处理工艺,可得如下结果(见表1) 。

由表1 可以看出:使用此新型钝化剂后,不仅有助于增强涂膜的附着力,提高涂膜光泽度,而且完全防止了涂层的返锈。由此可见,此钝化剂可以提高涂膜的胶联度,从而提高了涂膜的防腐蚀性能。

2. 2  不同浓度后处理剂对成膜及附着力的影响
自泳涂膜的附着力随H 浓度的逐渐增加而不断提高,说明H 能够显著提高附着力;同时,H 浓度的升高对涂膜外观以及与面漆配套性有一定影响。随浓度的不断增加,喷氨基面漆后的附着力逐渐提高;但是当其浓度> 1. 5 %时,湿膜有明显气泡,因此在保证底漆与面漆配套性的前提下,H 的浓度控制在0. 7 %~1. 2 %之间为宜(见表2) 。
表2  H浓度对涂膜附着力和成膜的影响

注:此试验后处理时间为4 min ,pH 值为6 ,烘烤温度为120 ℃。
2. 3  不同pH值下后处理剂H对成膜、附着力的影响
(1) 通过对比试验,分析了不同pH 值条件下后处理剂H 对自沉积涂膜附着力的影响(见表3) 。
表3 不同pH值下钝化剂对自沉积涂膜附着力的影响

 注:此浓度均为1 % ,后处理时间4 min。
由表3 可以看到,在pH < 7 时,随pH值的改变,附着力无明显变化;当pH > 7 后附着力明显降低,所以后处理剂的pH值应控制在7 以下。
(2) 后处理剂H 在不同pH值条件下对涂膜外观的影响(见表4) 。
表4  钝化剂在不同pH值下对涂膜外观的影响

 注:此浓度均为1 % ,后处理时间4 min。
由表4 可以看出:当pH 值较低时,湿膜上出现明显气泡;随pH值的不断升高,气泡逐渐消失。这是因为在pH值较低的情况下,钝化剂呈酸性,而试片本身为金属Fe ,这样就导致了Fe 与钝化剂发生了化学反应(Fe + 2H Fe2 ++ H2) ,造成生成的H2 使得自沉积涂膜出现了气泡。由表4还可见,随pH值的升高,光泽度得到明显提高,可改善涂膜外观。因此,根据pH 值对附着力及成膜情况两方面的影响,pH 值应控制在6~7 之间。

2. 4  钝化时间对涂膜附着力及成膜性的影响
经试验证明:钝化时间的长短对附着力具有一定的影响,而对成膜无明显影响(见表5) 。
表5  钝化时间对涂膜附着力及成膜的影响

 注:均在浓度为1 %、pH 值为6 情况下。
由表5 可见,随钝化时间的提高,其附着力也随之提高,对试片的成膜无影响,是一种性能优良的后处理剂。

3  结 论
(1) 新型后处理剂H 具有无毒、无味、无色的优点,不仅有助于提高涂层的附着力、光泽度,而且完全防止了涂层的返锈,增强了涂膜的防腐蚀性能。
(2) 随着处理剂H 浓度的提高,附着力不断得到提高;但当其浓度大于1. 5 %时,对试片的成膜有一定的影响,因此其浓度应控制在0. 7 %~1. 2 %之间。
(3) pH值控制在6~7 之间不仅有助于保证涂膜的附着力,具有较好的光泽度,而且不会影响涂膜的外观。
(4) 随着后处理时间的延长,附着力得到提高,而且对试片的涂膜外观无任何不良影响。

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