影响电泳涂装的因素

2024-03-12 13:56:18 admin 34

电泳涂装(electro-coating)是利用外加电场使悬浮于电泳液中的颜料和树脂等微粒定向迁移并沉积于电极之一的基底表面的涂装方法。电泳涂装技术,其原理于20世纪30年代末被首次提出,但直到1963年后才开始在工业上广泛应用。这种涂膜形成方法,特别是其对水性涂料的应用,在过去几十年中得到了显著发展涂料在线coatingol.com。其具有水溶性、低毒、易于自动化控制等特点,迅速在汽车、建材、五金、家电等行业得到广泛的应用。


电泳涂装涉及一个复杂的电化学反应过程,主要包括电泳、电沉积、电解和电渗四个步骤。电泳涂装按沉积性能可分为阳极电泳(工件是阳极,涂料是阴离子型)和阴极电泳(工件是阴极,涂料是阳离子型);按电源可分为直流电泳和交流电泳;按工艺方法又有定电压和定电流法。目前在工业上较为广泛采用的是直流电源定电压法的阳极电泳。

在阳极电泳涂料中,其官能团含羟基,经有机胺或碱中和作用后变得具有水溶性或水分散性,形成带负电的粒子。这些粒子在电泳过程中向作为阳极的工件表面迁移并沉积,形成了所谓的阳极电泳涂装。

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电泳涂装过程伴随电泳、电沉积、电解、电渗等四种化学物理作用的组合,而形成涂膜,其原理介绍如下。


①电泳:胶体溶液中的阳极和阴极接电后,在电场的作用下带正(或负)电荷胶体粒子向阴极(或阳极)一方泳动现象称为电泳。胶体溶液中的物质不是分子和离子形态,而是分散在液体中的溶质,该物质较大(10⁻⁷~10⁻⁹m程度),不会沉淀,而是分散状态。


②电沉积凝集:固体从液体中析出的现象称为凝集(凝聚、沉积),一般是由于冷却或浓缩溶液而产生,而电泳涂装中是借助于电。在阴极电泳涂装时带正电荷的粒子在阴极上凝聚,带负电荷的粒子(离子)在阳极聚集,当带正电荷的胶体粒子(树脂和颜料)到达阴极(被涂料)表面区(高碱性的介面层),得到电子,并与氢氧离子反应变成水不溶性,沉积在阴极(被涂物)上。


③电解:在具有离子导电性的溶液中的阳极和阴极接通直流电,阴离子吸往阳极,阳离子吸往阴极,并产生化学反应。在阳极产生金属溶解,电解氧化,产生氧气、氯气等,阳极是能产生氧化反应的电极。在阴极产生金属析出,并将氢离子电解还原为氢气。


④电渗:在用半透膜间隔的浓度不同的溶液的两端(阴极和阳极)通电后,低浓度的溶媒向高浓度侧移行现象称为电渗。刚沉积到被涂物表面上的涂膜是半渗透的膜,在电场的持续作用下,涂膜内部所含的水分从涂膜中渗析出来移向槽液,使涂膜脱水,这就是电渗。电渗使亲水的涂膜变成憎水涂膜,脱水使涂膜致密化。电渗性好的电泳涂料泳涂后的湿漆可用手摸也不粘手,可用水冲洗掉附着在湿漆膜上的槽液。


在统一的前处理条件下,电泳涂装质量的关键依赖于对槽液参数的精确控制,这包括电泳电压、时间、槽液中的固体含量、pH值、温度、电导率以及工件与阴极之间的距离等因素。


(1)电泳电压


无论阴极电泳还是阳极电泳,电泳电压是由电泳树脂本身结构性能决定的,一般有适用的电压范围,在此范围内,涂层的厚度随电泳电压的升高而增加。当电压不断升高时,由于沉积的涂层最终几乎要经受全部电压降,一旦电泳电压超过涂层的击穿电压,涂层即会被击穿,造成涂层粗糙、臃肿、橘皮、针孔等疵病,因此必须确定最佳的电泳电压。电泳电压除了取决于电泳树脂本身相对分子质量和分子结构外,还与槽液的其他参数相关联,如槽液固体含量、温度、电导、极间距等,因此必须在特定的体系中,经常调整最佳的电泳电压范围。


(2) 电泳时间


从电泳涂装的电流时间曲线来看,刚开始通电时,被涂工件完全裸露,它与槽液间的电位差很高,电极反应剧烈,致使电流急速增加,当涂层逐渐在工件上沉积,欧姆电阻增大,导致在涂层上的电位降增大,相应的涂层表面与槽液间的电位差降低,电极反应逐趋缓和,电流即逐渐下降,最终只呈现残余电流,沉积反应基本停止。从电泳涂层厚度增长情况来看,初期膜厚增长速率较快(十几秒至几十秒),然后增长速率降低,一般在2min后厚度趋于饱和状态,故电泳时间通常为2一3min,电泳时间过长,有使涂层变粗的倾向,在采用全浸式通电方式时,要注意尽量缩短断电出槽时间,以免电泳涂层再溶解,影响涂层质量。


(3)槽液固体分


指电泳槽液中成膜物质(树脂与颜料)的含量,一般以重量百分数和表示。电泳槽液固体分是电泳涂装很重要的工艺参数之一,与电泳涂层的质量密切相关,一般如果采用低固体分电泳液,具有工件带出的电泳液损失较少,电渗性较高,水洗时用水量较少,废水处理亦较容易等优点,但固体分过低,则导致涂层过薄,薄层外观劣化,易产生针孔,电泳液不易维护等缺点;反之,如固体分过高,则涂层易产生粗糙、橘皮等疵病,故电泳液的固体分要保持在合适的范围,一般阳极电泳的固体分在10%一15%之间,阴极电泳的固体分控制在19%一20%之间。


(4)pH值


电泳液的pH值是确保电泳树脂水溶性,获得高质量电泳涂层的重要参数。阳极电泳液pH值一般控制在8一9之间,pH值过低则影响电泳树脂的水溶性,轻则电泳液变成乳浊状,重则使树脂从电泳液中析出,无法进行电泳;pH值过高时,会使水的电解过程加剧,气泡析出增多,导致泳透力下降,涂层外观变差。并使沉积的涂层产生再溶解,厚度显著减薄。因此在电泳涂装中必须严格控制电泳液的pH值在规定范围内。在阳极电泳过程中,氨(胺)离子会不断积聚在电泳液中,电泳液pH值有逐渐升高的趋势,为保证pH值的稳定,可以采用阴极罩,定期抽取阴极液的方法降低pH值,也可补充低中和度(低胺)电泳树脂涂料来降低pH值。目前,维持电泳液pH值稳定的最先进的方法是采用电泳超滤技术(UF),可大大延长电泳液的使用寿命。阴极电泳的pH值范围,第一代阴极电泳树脂呈较强的酸性,pH值在3一4之间,第二、第三代阴极电泳树脂,pH值可达6以上接近中性的范围,减轻了对设备、管路的腐蚀.


(5)电泳温度


在同样的电泳条件下,即固定电泳电压、固体分、pH值等其他参数,随着电泳液的温度升高,电泳树脂粒子的运动速度加快,电泳沉积速率提高,涂层厚度增加,泳透力降低。温度过高,水的电解过程亦加剧,气泡释放量增加,导致涂层粗糙、橘皮,甚至流挂,因此必须控制适宜的电泳温度,一般取20℃一30℃为宜。目前,有些电泳涂装生产线,还没有对电泳液的温度加以温控,均在常温进行电泳,初始电泳液温度较低,随着电泳涂装的延续,电泳液自然升温,这是造成电泳涂装质量不稳定的原因之一,这种现象在寒冬季节表现尤为突出。


(6)电导率


电导率是控制电泳漆膜层质量的关键指标之一。新配溶液时电导率可能较高,因此需要通过超滤排出渗液以降低电导率。电导率过高,则膜厚,易产生橘皮和表面粗糙等现象;电导率过低,则容易产生针孔和麻点。因此当电导率的高低不同时,需要采用不同的电压和槽液温度,以便获得良好的膜层。电导率较高时,可采用较低的电压和温度;反之则要相应提高电压和温度。在涂装施工中,被涂物件从前一道工序带入电泳槽的杂质离子等引起涂料电阻值的下降,从而导致漆膜出现粗糙不均和橘皮等弊病,因此需对涂料进行净化处理。为了得到高质量涂膜,可采用阴极罩设备,以除去铵及钙、镁等正离子杂质。


(7)工件与阴极的距离


工件与阴极间距离近,沉积效率高。但距离过近,会使漆膜太厚而产生流挂、橘皮等弊病。一般距离不低于20cm。对大型而形状复杂的工件,当出现外部已沉积很厚涂膜,而内部涂膜仍较薄时,应在距离阴极较远的部位增加辅助阴极。


除此以外,溶剂、烘烤温度及时间等都是须综合考虑,才能获得最佳效果。



来源:中网行业信息网

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