阴极电泳漆:通向卓越产品表面处理性能之路

全球 electrocoat 市场预计将从3美元增长.从2016年的80亿美元到3亿美元.到2021年将达到800亿美元,年均复合增长率为4.在2016年至2021年期间,这一比例为34%. 由于汽车和家电等最终用途行业对电涂层的需求,这个市场正在见证温和的增长1.

电泳涂漆 是一种利用电流将漆槽中的有机涂层沉积到零件或组装产品上的工艺吗. 由于其穿透凹槽的能力,因此可以覆盖复杂的部件和具有特定性能要求的组装产品, 在世界范围内,电镀被广泛应用于包括汽车在内的各种行业, 设备, 海洋和农业. Electrocoat,特别是 阴极electrocoat, 与阳极电泳涂层或其他更传统的涂层方法相比,是否有显著的耐蚀性改善.

阴极电泳涂层有多种技术类型,最值得注意的是 环氧树脂阴极 和 丙烯酸阴极.

  • 丙烯酸阴极涂料有望成为电涂料市场增长最快的产品. 阴极丙烯酸e-coat 通常用于需要UV耐用性和对铁基板的腐蚀保护的应用中. 它也被用于需要浅色的应用.
  • 阴极丙烯酸e-coat 可提供多种光泽和颜色,以提供外部风化和腐蚀保护. 丙烯酸阴极涂料用作农具的一层漆面漆, 花园设备, 家电和外部暖通空调.

电泳的应用包括四个步骤:

  1. 预处理2: 部件清洗完毕后, 对金属表面进行预处理,以备电镀之用.
  2. Electrocoat应用程序:带正电的阴极涂料是用直流电从阴极涂料槽中沉积在导电衬底上的. 带正电的油漆沉积在带负电的阴极上,在那里发生还原.
  3. 冲洗后:清洗部件以回收未沉积的固体油漆.
  4. :烤漆是为了热交联油漆和挥发水以及任何残留的有机溶剂.

在步骤2中, 涂料颗粒沉积在导电基板的表面上以形成绝缘膜.  随着漆膜厚度的增加,漆膜表面的电导率具有绝缘作用,漆膜沉积速率随时间的增加而减小. 在这一点上,沉积的膜有很少的水和溶剂存在,所以水后冲洗(步骤3)不会对沉积的膜有负面影响. 然后将被涂覆的基材烘烤,以消除水分和剩余的挥发性物质,并将聚合膜交联.

阴极电泳-在勘探者知识中心了解更多关于阴极电泳涂层的知识
图一:阴极电沉积

如图一所示, 在阴极电沉积, 带正电荷的油漆被吸引到带负电荷的阴极上,在那里发生还原, 导致氢气的释放. 在阳极上,氧化过程伴随着氧的释放. 沉积的漆膜在一次或多次水冲洗后,合并成相对不溶性的漆膜, 沉积的漆膜进入烤炉,使阴极漆膜交联.

的 阴极电泳的优缺点 包括:

  • 优良的耐腐蚀性,即使在较低的膜厚度
  • 提供优异的抗双金属腐蚀性能(当不同金属接触时)
  • 经常更换颜色是不实际的
阴极电泳沉积的例子-在勘探者知识中心了解更多
阴极电泳沉积中的电子流-在勘探者知识中心了解更多信息.

许多阳离子环氧电泳树脂都是由环氧树脂组成的 双酚A基环氧树脂 由被低分子量的酸(如甲酸)中和的胺基组成, 醋酸或乳酸. 因为镀液的pH值略低于7, 浴槽部件由不锈钢或其他耐腐蚀材料组成,以防止生锈的形成.

最常见的交联剂是堵塞的 异氰酸酯,因此,一旦涂层被烘烤,封闭的异氰酸酯被激活并与可用的反应 羟基 和胺组. 典型的电镀槽的其他组成部分包括颜料, 填料颜料, 水, 溶剂和低水平的改性树脂等 可塑剂 和 剂效果流修饰符 和 催化剂.

汽车涂层系统的横截面-在勘探者知识中心了解更多.
汽车涂装系统的横截面

 

使用涂层是因为它提供了优越的腐蚀保护,因为它涂层的表面无法达到传统的方法. 膜厚均匀,无凹陷、跑边、边珠等缺陷. 电泳涂层也非常具有成本效益,因为它提供了接近100%的材料利用率,良好的能源效率和相对较低的成本每平方英尺应用涂层.

Throwpower 电镀层能否渗透到“难以触及”的区域, 例如一个中空金属物体的内部. 依赖于外加电压, 浴固体, 导电率, 沉积时间, 熔体温度, 溶剂的水平, 和适当的罐内搅拌, 沉积时间, 可优化抛掷力和涂层外观.

简单的浸涂涂层不能有效地覆盖复杂形状零件的内部, 就像在烘焙过程中一样, 水/溶剂在零件的内部部分有洗涤作用,这阻止了充分的膜构建. 此时,电镀的物体从浴槽中取出, 大部分的水和溶剂被从电泳层中挤出,所以在烘烤过程中,与简单的浸涂涂层相比,洗涤效果是最小的.

电泳漆的膜结构是自限性的,当膜的厚度接近其最大值时,膜变得更加绝缘. 更高的电压和更长的浸泡时间将允许更高的膜构建,直到达到最大可能的膜构建, 通常是1.0 mil和1.2毫升.

电压通常在225伏到400伏之间. 如果电压过高,就会出现薄膜 破裂 涂于外表面的涂层的比例. 这叫做 破裂的电压. 在足够高的电压下, 电流会穿透胶片, 导致膜下产生气体(阴极为氢,阳极为氧).

影响膜形成的其他因素包括浴温度和电导率. 浸泡时间一般在2-3分钟左右.

综上所述,由于阳离子电泳涂层对复杂形状提供了良好的防腐保护,因此预计其增长速度将比传统的产品整理工艺更快, 低挥发性有机含量,最后丙烯酸阳离子电泳也提供了抵抗紫外线的经验应用.

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Ron Lewarchik,文章作者 & 腾讯五分彩官网总裁

作为一个特约作家, 罗恩在涂料工业中撰写与配方有关的文章. 他还担任勘探者材料搜索引擎的顾问, 就数据库内的优化和组织材料相关问题提供建议.

沉淀:影响颜料沉淀和稳定性的因素

介绍 -颜料分散过程的第一步是颜料的润湿和分离. 然而,如果颜料分散不稳定, 絮凝1 (图. 1、2)会有结果. 絮凝是颜料颗粒相互吸引形成松散的聚集体的结果,这些聚集体可以在温和的剪切下重新分散.

当颜料颗粒相互强烈吸引时,粘结剂或 聚集 粒子的概率. 团聚体 (由树脂或润湿剂包裹的化学结合的颜料聚集物)不能轻易地再分散. 絮凝 在油漆上应用低剪切能逆转吗. 絮凝 会对颜色的显现、光泽和遮盖有不利影响吗.

无花果. 3:原色颗粒与絮凝、凝聚的关系 MDPI.com

获得颜料稳定的两个主要机制是 空间 和 负责. 负责排斥, 带有同种电荷的粒子表面相互排斥(更适用于水性系统, 无花果. 4)而在溶剂型涂料中,空间稳定是更常见的机理. 5). 适当稳定的颜料分散剂可以防止絮凝和结块.

无花果. 4:电荷斥力稳定机制 陶氏涂料.com
无花果. 5:空间稳定机制 Inkline.gr

颜料在水性介质中的分散原理与无机溶剂介质相同:即, 合适的润湿, 颜料分散与稳定. 然而, 水的表面张力和高极性使它在润湿低极性颜料时更成问题. 在许多情况下, 水与颜料表面强烈地相互作用, 使颜料表面的分散剂不稳定. 确保颜料分散均匀稳定(消除颜料) 絮凝 除一种颜料外的其他颜料). 第三, 使用适当的润湿剂/表面活性剂有助于改善极性和 表面张力 色素之间的关系 色素不稳定.

氧化铁等无机颜料, 二氧化钛, 碳酸钙, 氧化锌, 和二氧化硅, 碳酸钙、硫酸钡和许多其它填料颜料具有极极性的表面. 然而,仅用水通常不能充分湿润颜料表面. 因此,他们需要一个 表面活性剂 湿润和稳定分散.

也有许多颜料厂家供应 表面处理颜料 帮助颜料稳定. 许多厂家通过添加一层无机氧化物来改善颜料的润湿性,来修改有机颜料的表面以增加极性.

颜料稳定化的讨论不可能不考虑其作用 色素沉淀 随着时间的推移.  这些因素都影响颜料的沉降程度和抗硬沉降性:

  • 颜料分散的质量
  • 颜料颗粒大小
  • 吸油
  • 形状
  • 分布
  • 色素密度
  • 油漆粘度

要更全面地讨论这些参数对颜料的硬沉降和稳定性的影响,需要几篇文章来充分描述.  然而, 图6给出了颜料和颜料参数与颜料沉降的简化关系.

无花果. 6:参数与沉降的关系

最后, 使用适当的触变性有助于建立足够的粘度和网络结构,防止颜料硬沉淀. 合适的触变性可以通过几种不同的机制提高耐硬沉降的能力.

  • 通过增加低剪切粘度来提高抗硬沉降能力
  • 与颜料形成联结,以降低沉降颜料层的有效密度.

然而, 必须确定触变剂和分散剂之间有可接受的相容性. 触变性通常用于促进软沉降,包括用季铵盐化合物处理的粘土,以提供更高的有机亲和性的溶媒涂层. 凹凸棒石粘土可用于水性和溶剂型涂料, 由于针状粘土颗粒相结合,粘度增加,在剪切下容易分解. 其他聚合物增稠剂可以有效地增加粘度和促进易于再分散的软沉降, 如:

  • 细粒二氧化硅
  • 蓖麻油衍生物
  • 基本的磺酸钙
  • 胶态硅酸铝

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克服漆膜缺陷:原因及补救措施

漆膜缺陷可能在应用过程中或应用后立即出现,或在涂层固化后变得更加明显. 而对于膜缺陷的命名还没有标准的约定, 本文将把薄膜缺陷分为上述两类.

爬行,手工艺,裂纹-各种各样的油漆缺陷可以发生在应用或固化后. 在这里了解原因和解决方案.
银纹的例子.
版权: paylessimages / 123RF库存照片

漆膜缺陷原因

最大数量的油漆缺陷是来自 污垢 粒子1嵌在油漆里. 大多数其他油漆缺陷是由以下原因造成的:

  • 缺乏清洁
  • 表面处理
  • 应用程序错误
  • 对细节的关注

表面张力

许多涂层缺陷都与表面张力问题有关. 表面张力 是液体的弹性倾向使其获得最少吗 表面积 可能的. 当液体界面处的力与液体内部的力不同时,就会发生这种现象, 这是由于分子在表面受力分布不均匀造成的. 表面张力的常用单位是达因/厘米2 (力/单位面积).

例如,涂层的表面张力可能高于基板 去湿,爬行,打孔,度假  透印.

同样,油漆表面张力的差异也会导致 成坑 or 鱼眼.

表1:油漆溶剂的表面张力

溶剂表面张力达因/厘米
72.8
甲苯28.4
异丙醇23.0
正丁醇24.8
丙酮25.2
甲基丙基甲酮26.6
甲基戊酮26.1
点醋酸28.5

 

表2:用于减少表面缺陷的聚合物的液体表面张力

聚合物mj / m2
保利(dimethylsiloxane)22.6
保利nButyl丙烯酸酯33.7
保利nButyl丙烯酸甲酯31.2

 

高极性分子(e.g. 水)比极性较小的材料具有更高的表面张力(见表1和2)。. 表面缺陷 通常可以通过使用少量表面张力低的添加剂,如聚二甲基硅氧烷(DMS)来减少或消除。, 聚丙烯酸丁酯或聚2-乙基丙烯酸己酯. 这些添加剂倾向于迁移到地面,以帮助流动和平整.

表3:可能在应用过程中或应用后不久出现的缺陷

           缺陷外观               原因         补救措施
爬行膜厚不均,脱湿应用于表面张力较低的基材上的高表面张力涂料. 例如,钢的表面有油的油漆
  • 对金属或塑料表面进行适当的清洁
陨石坑/鱼的眼睛涂层表面小而圆的凹陷低表面张力污染物的小颗粒.g. 油、润滑脂、硅油、蜡)或嵌入涂层的基材
  • 适当的喷淋室空气过滤及污染物清除.
  • 表面润湿剂的添加,如DMS和/或具有低玻璃化转变(Tg)的聚丙烯酸酯.
细裂纹,裂纹涂层上形成小裂纹. 这种情况可能发生在复盖层上,或如果涂料应用于溶剂敏感塑料在塑料上应用涂料,涂料中含有强溶剂,能溶解底层涂料层或塑料基板
  • 使用不会使塑料开裂或开裂的溶剂.
  • 用合适的溶剂测试基材的耐斑点性.
灰尘、污染涂层表面的小凸起缺陷
  • 表面未仔细清洁.
  • 喷漆间和/或过滤间不干净.
  • 喷淋间压力过低.
  • 不合适的工作服.
  • 油漆过滤不足
  • 确保涂装环境的清洁
失去光泽,脸红低光泽度或白色雾区当基材温度低于露点时,由于溶剂蒸发的冷却作用,潮湿的油漆会凝结. 原因:

  • 不合适的还原剂
  • 烘箱内空气流通不良
  • 薄膜厚度过高或过低
  • 适当的湿度控制

 

斑点状阴影金属涂料外观不均匀
  • 脏喷枪喷嘴
  • 不正确的空气压力
  • 不正确的减速机
  • 错误的喷雾技术
  • 不正确的喷雾粘度
  • 使用合适的粘度杯获得喷雾粘度.
  • 定期清洁和保养喷枪.
  • 在应用过程中,保持喷枪与基体平行,并保持喷枪与基体之间的正确距离.
  • 遵循技术数据表的指示.
可怜的藏·油漆覆盖不均
  • 非均匀衬底表面
  • 涂料覆盖不均匀或不充分,掩盖了基材的颜色
  • 均匀和充分的涂料应用,以获得适当的隐藏.
运行和凹陷滴和凹陷
  • 油漆在垂直表面上涂得太厚或太湿,重力克服了油漆向下流动的阻力(粘度).
  • 温度过低,使溶剂适当挥发(溶剂生漆), 或湿度过高(水性漆).
  • 用适当的增稠剂调整油漆的低剪切粘度.
  • 根据环境条件使用适当的减速剂和粘度调节剂.
  • 调整喷枪,涂抹更薄的湿涂层. 如果是水性涂料,请在湿度较低的环境中施工.
跳过/假期不完整的油漆覆盖
  • 油漆涂得太薄
  • 基材表面张力低的微小区域, 造成影片流量和覆盖面不足.
  • 适当的油漆应用和确保表面清洁.
分段,带油漆外观不均匀的条纹.g. 不同的颜色)油漆不均匀的应用程序
  • 使用合适的粘度杯获得喷雾粘度.
  • 定期清洁和保养喷枪.
  • 在应用程序, 保持喷枪与基板平行并保持正确的距离
透印通过涂层突出被涂层基板的表面. 指纹等缺陷, 基板上的砂划痕和水斑点在涂层表面变得清晰可见在具有较低表面张力的基材上喷涂具有较高表面张力的涂层. e.g. 基材表面的指纹或硅油.
  • 确保基材彻底清洁,没有低表面张力油和指纹.
起皱,起重,短吻鳄在涂大衣的时候, 现有的漆膜会枯萎, wrinkles or swells; may also occur during drying.新油漆中的溶剂使底漆面漆膨胀.
  • 允许底漆有足够的固化时间
  • 确保新漆与底漆兼容
  • 正确使用新油漆(不要太湿).

 

表4:修复后更明显的缺陷

缺陷外观原因补救措施
滞留空气类似于溶剂爆裂或气泡油漆水平低时,油漆泵抽气. 在双组分聚氨酯中,存在的水分与异氰酸酯反应产生一氧化碳2 一代.
  • 适当注意涂装线的状况.
  • 确保使用聚氨酯级溶剂和适当的喷雾枪通过干燥剂过滤空气.
  • 涂料中水分清除剂的添加.
巴纳德的细胞固化漆膜表面的六角形图案.由于表面张力差,颜料偏析产生的对流模式调整配方以克服水浸和表面张力差
水泡在烤炉固化过程中,薄膜表面附近的气泡不会穿透表面.薄膜表面的粘度增加到一个很高的水平, 降低挥发性溶剂的浓度.
  • 适当的烘箱分期使溶剂缓慢释放.
  • 在酸催化系统中,使用酸盐来减缓固化并使溶剂释放.
  • 在烘烤前增加闪光时间.
  • 使用蒸发速度慢的溶剂.
  • 喷涂时,应涂上更薄的涂层以形成膜,而不是涂上更薄的涂层.
  • 对水性涂料, 使用脱水烘烤低于沸点的水, 接着是第二次烘烤固化.
橙皮类似于橘子表面轮廓的粗糙表面高粘度或在不利于正常流动和流平的条件下使用的油漆.
  • 根据技术参数表,使用正确的降黏剂将涂料调到合适的粘度.
  • 适用于适当的流体输送速度和雾化空气压力.
溶剂的流行在烤箱固化过程中,薄膜表面破裂的气泡不会流出来薄膜表面的粘度增加到一个很高的水平, 降低挥发性溶剂的浓度. 当溶剂挥发时,气泡会破开表面.
  • 适当的烘箱分期使溶剂缓慢释放.
  • 在酸催化系统中,使用酸盐来减缓固化并使溶剂释放.
  • 在烘烤前增加闪光时间.
  • 使用蒸发速度慢的溶剂.
  • 喷涂时,应涂上更薄的涂层以形成膜,而不是涂上更薄的涂层.
  • 对水性涂料, 先用低于沸点的脱水烘烤,然后再用高于沸点的二次烘烤来固化.
  • 最后,低Tg树脂的使用随着干膜厚度的减小而减小.

 

搜索 探勘者 用于制定补救措施以克服漆膜缺陷:

缺陷解决材料
爬行和衬底湿润
环形山和鱼眼
  • PDMS
  • polyalkyl丙烯酸酯
运行和凹陷
透印
滞留空气
溶剂的流行,水泡三聚氰胺固化系统:

 

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