摘要：主要針對目前國內自主研發(fā)的鋁型材電泳涂料的不足，合成了一種高硬度槽液穩(wěn)定性好的丙烯酸陽極電泳涂料。研究了影響涂膜性能和槽液穩(wěn)定性的一些因素，對電泳涂膜及涂料的各項性能測試結果表明，涂膜質量優(yōu)良，外觀平整光亮，電泳涂料穩(wěn)定性好，尤其適用于鋁型材等裝飾性要求高的表面涂裝。
關鍵詞：鋁型材；丙烯酸陽極電泳涂料；涂膜硬度；槽液穩(wěn)定性
0前言
近10多年來中國鋁加工業(yè)發(fā)展迅猛，鋁加工材總產量已從1994年的85.5萬t躍升到2006年的814萬t，相應的表面處理技術也發(fā)展很快。目前我國鋁型材行業(yè)興起了一股電泳涂裝的風潮，電泳涂料是水性涂料，鋁材經前處理水洗后可直接電泳，金屬質感強，耐腐蝕性能高，光潔明亮豪華，是一般陽極氧化鋁材所不能比擬的?？紤]到目前國內研發(fā)的陽極電泳涂料存在著涂層涂膜硬度不高、欠光亮平整及槽液穩(wěn)定性差等不足，這一直是困擾各生產企業(yè)的痼疾。因此，研制出性能優(yōu)良的陽極電泳涂料，將具有極大的社會經濟效益。
1試驗部分
1.1參考配方(見表1)
表1試驗參考配方
1.2合成工藝
在裝有回流冷凝管、溫度計、攪拌器的500mL的四口燒瓶中，加入50ｇ按1∶1比例混合的1，2-丙二醇單甲醚與異丙醇，在水浴加熱下攪拌升溫至85℃。按上述配方將100ｇ單體、鏈轉移劑DDM和引發(fā)劑AIBN混合物在2～2.5ｈ內滴加完畢。保溫1ｈ后補加少量引發(fā)劑，升溫至90℃后繼續(xù)保溫2～3ｈ，最終得到一種無色或淺黃色丙烯酸樹脂(固含量65%左右)。降溫至50～60℃，加入25g六甲氧甲基三聚氰胺，攪拌均勻后，加入5ｇ乙醇胺，攪拌30min后，加入去離子水充分攪拌均勻，配成樹脂固體分為12%的電泳清漆。
1.3電泳
上述電泳清漆若按一定比例加入顏料，在三輥研磨機中研磨可配制色漆。以不溶性導體作陰極，鋁材作陽極對以上電泳清漆進行電泳試驗。所接電壓為40～100Ｖ的直流電壓，電泳時間約2min。得到的不溶性涂膜經沖洗后在160℃烘烤30min，涂膜的光澤良好，厚度均勻。
1.4涂膜的性能
涂膜性能測試結果見表2，采用SPM-10A型號pH計測電泳槽液的pH值，采用DDS-12型號電導率儀測電泳槽液電導率，其他測試均按國家標準。
表2丙烯酸陽極電泳涂料涂膜性能
2結果和討論
2.1丙烯酸功能性單體用量及配比
陽極電泳涂料的水溶化是通過引入—COOH基團，隨著(甲基)丙烯酸用量的增加，樹脂的水溶性逐漸增加，直至對水無限稀釋。但隨著酸性單體用量的增加，涂膜變脆，附著力和耐沖擊強度下降。因此，應在滿足樹脂水溶性的前提下盡量控制酸性單體的用量。通過試驗，MAA的用量在10%左右時，樹脂已經有很好的水溶性。在樹脂合成配方中，我們引入了一定量的HEMA，其作用一方面是為主體樹脂提供了交聯固化反應的交聯基團，另一方面，含—OH的HEMA單體起著提高樹脂水溶性的作用。樹脂的酸值、羥值及兩者的配比在很大程度上決定著電泳涂料的性能。本試驗通過合成不同酸值、羥值的丙烯酸樹脂與氨基樹脂按比例互混中和后配成12％的電泳原漆，攪拌均勻后進行電泳涂裝試驗，在160℃烘烤30min，結果如表3、表4。
由表4可以看出，在酸值較低時，涂膜硬度不高，羥值增大對提高硬度作用不明顯，原因可能是酸值較低時，羥基的固化交聯過程不能較快進行。隨著丙烯酸共聚物的酸值升高，涂膜硬度變高，附著力上升，但酸值過高時，耐沖擊等性能反而又開始下降。在適當的酸值下，羥值提高對涂膜硬度有提高，但過高羥值雖稍能提高交聯度，從經濟角度未必合算。試驗中確定丙烯酸共聚樹脂A4(酸值65mgKOH/g，羥值69mgKOH/g)與氨基樹脂共同配制的電泳涂料硬度高，各方面性能較好。
表3不同酸值、羥值的丙烯酸樹脂指標
表4不同丙烯酸酯共聚物對涂膜性能的影響
2.2丙烯酸共聚樹脂的Tg值
玻璃化溫度Tg的高低反映出聚合物柔軟性或脆硬性，影響玻璃化溫度的因素主要有兩個：單體結構和聚合物的聚合度。當強極性單體的含量增加時，聚合物的玻璃化溫度會升高。作為鋁型材涂料來講，常要求較高的硬度及柔韌性，這就需要合適的Tg。Tg過高時，體系的黏度會較大，對于合成較高固含量的丙烯酸樹脂不利，而且體系Tg較高的電泳涂料電泳涂裝時涂膜容易起泡。由于本試驗中丙烯酸共聚樹脂是與氨基樹脂交聯固化成膜的，盡管設計較小的玻璃化溫度，最終涂膜硬度會有較大提高。本試驗在相同的酸值65mgKOH/g、羥值69mgKOH/g條件下合成出不同Tg(按Fox方程計算)[4]的丙烯酸共聚樹脂，在與氨基樹脂按比例互混中和后配成12％的電泳原漆，攪拌均勻后進行電泳涂裝試驗，在160℃烘烤30min，結果如表5。
表5不同Tg的丙烯酸共聚物樹脂對涂膜性能的影響
從表5可看出當丙烯酸樹脂酸值65mgKOH/g、羥值69mgKOH/g時，體系Tg為20℃時合成出來的陽極電泳涂料涂膜性能優(yōu)良。
2.3助溶劑的選擇
助溶劑(也稱共溶劑)的作用是增加樹脂在水中的溶解度，同時調節(jié)樹脂的黏度，提高涂料的穩(wěn)定性，改善涂膜的流平性和外觀。水溶性電泳涂料的基體樹脂首先要在有助溶劑的條件下合成，成品樹脂中通常含有20%～40%的有機溶劑。經過體系的中和、稀釋后，在槽液中的比例為2%～5%。有機溶劑有利于涂料的穩(wěn)定，并且對涂膜有一定影響。一旦增加體系中有機溶劑的量，涂膜厚度就會增加，同時電壓和泳透力下降。這是由于有機溶劑影響了電沉積層的結構機械性能。隨著電沉積膜黏度下降，膜的電阻也下降。因此，選擇不同的助溶劑，涂膜性能也有所不同。本試驗考察了幾種助溶劑丙二醇單甲醚、正丁醇、異丙醇、丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)及丙二醇單甲醚與異丙醇混合溶劑對電泳后涂膜外觀及性能的影響。結果如表6。
表6不同助溶劑對電泳涂料性能的影響
試驗發(fā)現，采用正丁醇時，涂料的水溶性不好，溶劑樹脂外觀電泳涂料外觀電泳涂料穩(wěn)定性及涂膜涂膜外觀丙二醇單甲醚淡黃透明透明淡黃色液好光亮平整無針孔正丁醇淡黃半透明乳白色液一般堆積不平異丙醇無色透明無色透明液好平整光澤一般PMA淡黃透明無色透明液一般平整有針孔涂膜的質量也不好；以丙二醇單甲醚為溶劑電泳時涂膜的性能優(yōu)異，但其樹脂為淡黃色；異丙醇為溶劑時樹脂清澈透明，膜的性能一般。故考慮采用丙二醇單甲醚與異丙醇的混合物為溶劑，試驗發(fā)現當采用沸點有梯度的丙二醇單甲醚、異丙醇的混合物作溶劑且當兩者比例為1∶1時，丙烯酸共聚樹脂、電泳涂料及涂膜性能最優(yōu)。
2.4中和劑的選擇
丙烯酸共聚物合成后必須要用中和劑中和成鹽即形成丙烯酸陰離子樹脂才具備水溶性，因此，中和劑的選擇是非常重要的。中和劑品種不同，其樹脂的水溶性、涂料的貯存穩(wěn)定性、黏度、固化速度及涂膜的泛黃性等亦不同。選擇時可從以下因素進行考慮：可揮發(fā)性、價格便宜、氣味較小、對樹脂的穩(wěn)定性好[3]等。無機堿類中和劑有氨水、氫氧化鉀、氫氧化鈉等，有機堿類中和劑有二甲胺、二乙胺、乙醇胺、二乙醇胺、二甲基乙醇胺等。從樹脂水溶性及鋁材涂膜泛黃性、槽液的穩(wěn)定性等方面進行比較，無機堿類不如有機堿類；而有機堿中二甲胺、二乙胺由于沸點較低、易揮發(fā)，槽液穩(wěn)定性不如醇胺類好。選用乙醇胺、二乙醇胺、二甲基乙醇胺作中和劑，中和率為90％時，對涂膜性能及槽液穩(wěn)定性進行了考察，結果如表7。從表7可以看出，選用乙醇胺、二乙醇胺、二甲基乙醇胺作中和劑時，樹脂水溶性、涂膜性能外觀都差不多，但二乙醇胺作中和劑時電泳液電導率變化率最小，槽液最穩(wěn)定。
表7中和劑對涂膜及槽液穩(wěn)定性的影響
3結語
通過試驗優(yōu)化合成出了性能優(yōu)異的丙烯酸陽極電泳涂料。本涂料電泳成膜固化后，外觀平整光亮、硬度高、附著力強，有優(yōu)良的耐鹽霧性和優(yōu)異的戶外耐候性。試驗表明，樹脂組成、助溶劑配比以及中和劑等會對電泳涂料性能及電泳槽液穩(wěn)定性有較大影響。當丙烯酸共聚樹脂的酸值為65mgKOH/g，羥值為69mgKOH/g，體系Tg為20℃，采用沸點有梯度的且比例為1∶1的丙二醇單甲醚、異丙醇的混合物作溶劑及二乙醇胺作中和劑時電泳涂膜性能最優(yōu)，槽液穩(wěn)定性最好。在本電泳清漆的基礎上，加入顏填料來制備各種色漆，在鋁材及電鍍工件上顯現出它獨有的優(yōu)勢，也適用于汽車、輕工、建材等領域。
電解（electrolysis)在具有離子導電性的溶液中的陽極和陰極接通直流電，陰離子吸往陽極，陽離子吸往陰極，并產生化學反應。在陽極產生金屬溶解，電解氧化，產生氧氣、氯氣等，陽極是能產生氧化反應的電極。在陰極產生金屬析出，并將H離子電解還原為氫氣。