1、專業綜合實驗報告題 目： 電泳涂料涂裝工藝探討院：化學化工學院專業： 班級： 0701 學號： 28學生姓名：王 華完成 日期：2010.12.20-2011.1.2只、八、亠0前言電泳涂料的發展已有60年的歷史了，自從1971年，美國PPG公司研制出第 一代陰極電泳涂料，電泳涂料更是進入了一個快速發展的軌道，特別是陰極電泳 涂料，因其與陽極電泳涂料相比耐腐蝕性高 34倍，泳透率高1.3 1.5倍，且 電沉積時金屬表面不易離子化而溶出，解決了工件表面腐蝕問題，固而獲得了廣 泛的應用，已逐漸全面取代了陽極電泳涂料，目前陰極電泳涂料呈現出幾大流派： 即以美國PPG公司為開端的防銹蝕陽離子型電泳涂料

2、；以德國Hocehst公司為先 驅的轎車卡車用陽離子型電泳涂料；以日本神東關西涂料公司為代表的改進型陽 離子型電泳涂料，一些技術領先的陰極電泳涂料公司已經開發出邊角防銹型，耐候型和低溫固化型第四代第五代陰極電泳涂料，同時第六、七代也已在實驗室研究開發。在國內兵器部五四研究所（五九所），上海涂料研究所和化工部涂料研 究所于80年代相繼研究出陰極電泳涂料，一些油漆廠也紛紛引進日本關西，奧 地利Stollack ，美國PPG德國巴斯夫等技術進行電泳涂料的生產， 而且一般采 用的主體樹脂有環氧樹脂，聚酯樹脂，環氧一聚氨酯等。但往往存在耐候性差， 加熱易黃變，固化溫度高，難以彩化等問題，丙烯酸陰極電泳涂

3、料是20世紀50年代后發展起來的涂料新品種，因其涂膜對光的主吸收峰在太陽光譜范圍之外， 而具有特別優良的耐光性及耐戶外老化性， 保色保光性強，其外觀涂膜平整光滑、 豐滿、致密、裝飾性強。因而在轎車，輕工，家電，建筑等領域會有廣泛的應用。 本文按照陰極電泳涂料的體系特點， 研究了電泳條件、固化條件對漆膜的影響情 況。1 電泳涂料的特點電泳涂料是為電泳涂裝工藝而開發的一種涂料，它是以水溶性( 或水乳性 )樹脂為成膜基料， 采用電泳法 (或者叫電沉積法 )進行施工的涂料。 根據被涂工件 的不同，可以分為陽極電泳涂料和陰極電泳涂料。上世紀 60 年代初期，陽極電 泳涂料投入工業化應用，陰極電泳涂料是

4、70 年代中期發展起來的一種新型防腐 蝕電泳涂料。 電泳涂料因為其成膜聚合物分子鏈上含有一定的強親水性基團， 如 羧基(-COOH)羥基(-0H)、氨基(-NH2)等，因此電泳涂料是一種水與傳統的溶劑 型涂料相比，具有以下幾個特點：(1) 以水作為溶劑，幾乎沒有發生火災的危險，無揮發、低污染、易洗凈，優化 了工人的操作環境。(2) 涂裝效果好，能均勻的涂覆在零件的各個表面上，對邊角、內腔、縫隙等同 樣能夠獲得良好的涂覆， 不受被涂對象形狀的影響， 適用于造型及結構復雜的金 屬工件的涂裝。(3) 涂層致密均勻，烘干時間較短，提高工效。(4) 涂料利用率高， 帶出損失小， 采用超濾技術可以加大電泳

5、涂料的利用率， 有 效的利用資源和降低成本。(5) 電泳涂裝適用于大規模生產的工業涂裝線， 并可以實現涂裝的機械化和自動 化。電泳涂料也存在以下局限性：(1) 電泳涂料必須在通電的條件下才能進行，因此只適用于具有導電性的被涂 物。(2) 導電特性不一樣的多種金屬組合的被涂物， 不宜采用電泳涂裝工藝， 如有一 些電泳涂料對Cu Sn等金屬離子會產生過敏現象。(3) 電泳涂料的濕膜需經烘烤之后才可能形成致密的漆膜， 不能耐高溫的被涂物 也不能采用電泳涂裝工藝。2 陰極電泳涂料的發展趨勢隨著電泳涂料的應用越來越廣泛， 陰極電泳涂料也有了新的發展趨勢， 相繼 開發出了厚膜型陰極電泳涂料、低溫固化型陰極

6、電泳涂料、底面合一型(彩色) 陰極電泳涂料等品種。(1) 厚膜型陰極電泳涂料 厚膜型陰極電泳涂料是為了適應越來越高要求的耐腐蝕性而研究出的一種 新型涂料，它可以改善陰極電泳涂料的抗碎裂性和銳邊防腐蝕性。 一般的陰極 電泳涂料的膜厚為20-30卩m而超厚膜型涂料膜厚達 60卩m以上。厚膜型涂料 主要是依靠具有不同玻璃化溫度的數種樹脂相配合，并加入高沸點助溶劑制成， 從而解決了電泳涂裝時漆膜的沉積和烘烤時粘彈性的控制問題， 使其一次性成膜 較厚，外觀比較平整。(2) 低溫固化陰極電泳涂料常用的電泳涂料固化溫度太高， 熱損失很大， 會造成電泳涂料顏色變暗， 影 響最終漆膜的質量。 為了改善以上不足，

7、 杭州科望特種油墨有限公司己開發出低 溫固化陰極電泳SR-ED-202其采用了新型的潛伏性低溫固化劑，大大降低了電 泳漆膜的固化溫度，溫度為130-150 C,烘烤時間縮短至1530mi n。其固化膜 不僅光澤高，色彩鮮艷，而且還具有優異的防腐蝕性能。(3) 底面合一型 ( 彩色) 陰極電泳涂料日本關西涂料公司的彩色陰極電泳涂料 KG500以環氧樹脂為基礎，采用特 殊異氰酸酯交聯， 再配合第三組分丙烯酸樹脂， 可在電泳中均一地沉積。 由于環 氧樹脂與丙烯酸樹脂表面張力的差異， 環氧樹脂表面張力較大而沉于下層， 丙烯 酸樹脂表面張力較小面浮于表層從而形成復合涂層。 這種技術可以使環氧樹脂系 陰極

8、電泳涂料彩色化， 也能提高涂層的耐候性， 且保光性比一般陰極電泳涂料高 得多，故可用于室內使用的構件、辦公用具、儀器儀表等的涂裝。 90 年代后， 又相繼開發出無鉛型陰極電泳涂料、低VOC型陰極電泳涂料和邊角防銹型陰極電 泳涂料等新型涂料。3 實驗藥品和儀器KF998陰極電泳涂料、去離子水直流電源、PHS-3CpH計、DDS-307電導率儀、磁力攪拌器、烘箱、恒溫水浴 鍋、電泳槽、溫度計、標準鐵片若干、鋅陽極、測厚儀、膜光澤測試儀、抗沖擊 測試儀、附著力測試儀4 實驗步驟(1) 實驗前兩天，取KF998陰極電泳涂料乳液750置于2L電泳槽，在低速攪拌 的情況下加入 KF998陰極電泳涂料色漿2

9、50g，攪拌5分鐘后，加入去離子水 1000g，在室溫下攪拌待用。攪拌不要太快，避免氣泡產生。(2) 干燥潔凈的培養皿在烘箱內(1052C)烘30分鐘。去除放入干燥器中， 冷卻至室溫后，稱重。用磨口低瓶取樣，在天平上準確稱量；置于已稱重的培養 皿中，是均勻流布于容器底部。放入烘焙溫度為120土 2C的鼓風恒溫箱內烘2.5 小時，取出放入干燥器中冷卻到室溫后，稱重，然后再放入烘箱內烘 30分鐘， 取出放入干燥器中冷卻至室溫后，稱重，至前后兩次稱重的重量差不大于 0.01 克為止。實驗平行測定兩個試樣。( 3)按酸度計使用說明書，預熱調試好酸度計。用無離子水沖洗電極，并用緩 沖溶液校準酸度計。 用

10、無離子水沖洗電極， 將待測溶液放入恒溫水浴， 恒定至規 定溫度。按使用說明書測定待測溶液的 pH值，測定結果以三次測定值的平均值 表示，精確到0.1單位。平行試驗的pH值的差值應不大于0.2單位。(4) 按電導率儀使用說明要求，預熱，調試好儀器。用 0.01mKCl標準水溶液校 驗儀器，并記錄校驗值。 取待測溶液置于恒溫水浴， 使溶液恒定于規定測試溫度。 按電導率儀使用說明書測定待測定溶液的電導率值。 重復測定三次，去算平均值， 即為被測溶液的電導率。(5) 將試片在除油槽中除油 5分鐘，水洗干凈，再表調 1分鐘，磷化 3分鐘， 先用自來水沖洗干凈，再用去離子水洗。(6) 按照不同的工藝參數電

11、泳試片。取出試片，用自來水洗掉浮漆，在190C 下烘烤 30 分鐘。(7) 從烘烤箱中取出試片，在干燥器中冷卻 15分鐘。測定涂膜的厚度、硬度、 光澤、附著力、耐沖擊強度。5 電泳涂裝工藝參數對漆膜質量的影響電泳涂裝過程中電泳工藝參數的選擇對電泳漆膜的性能有很大的影響， 因而 對電泳涂裝過程的研究探討一直是國內外廣為關注的課題， 尤其是在大規模的汽 車涂裝線上。本試驗以環氧陰極電泳涂料為例，選取了槽液固含量、電泳電壓、 時間、槽液溫度等幾個主要的電泳工藝參數進行了分析。( 1)固含量對漆膜質量的影響電泳涂料的固含量對最終漆膜的質量影響很大，本實驗在電泳電壓為110V,電泳溫度為28C，電泳時間

12、為2min,烘烤溫度為190C時，研究了固含量對漆 膜質量的影響。固含量膜厚卩m漆膜外觀附著力抗沖擊強度光澤度10%16漆膜較溥，有縮孔1 級5052.314%18較為均勻，有少量縮孔0級5054.116.9%21平整光滑0級5047.120%22平整光滑0級5056.325%24漆膜較厚，有少量流掛1 級5045.5實驗結果表明，涂層厚度隨固體份的增大也呈增厚趨勢。 這主要是因為固體 份高，漆液中樹脂膠體粒子濃度越大，槽液導電性好，在相同條件沉積在陰極的 粒子越多，涂層越厚。固體份的高低對涂層的性能和槽液穩定性影響較大。固體份過低時，涂料的泳透力低，顏料沉降嚴重，涂層沉積量減少，遮蓋力差，還

13、會 引起電解反應加劇，涂層易產生花斑、針孔、粗糙等缺陷，槽液穩定性變差。固 體份也不過高，固體份過高，槽液粘度過大，帶電涂料膠粒的定向泳動速度變慢， 電滲性差，涂層疏松粗糙，附著力差，同時也增加了工件出槽時帶出涂料的損失。 因此，電泳涂裝中，將槽液固體份控制在一定工藝條件范圍之內是十分重要的。(2)電泳時間對漆膜質量的影響電泳時間是指被涂物浸在槽液中通電(成膜)時間，通常限定在0.5-4min。 本實驗在電泳電壓為110V,電泳溫度28C、固含量為16.9 %,烘烤溫度為190C 時，研究了電泳時間對漆膜質量的影響。電泳時間膜厚卩m 漆膜外觀附著力抗沖擊強度光澤度0.5min18漆膜薄，有縮孔

14、1級5051.61min20漆膜有少量縮孔1級5047.12min21平整光滑0級5063.43min23平整光滑0級5058.04min26有少量樹脂顆粒1級5063.6實驗結果顯示，隨著電泳時間的增加，涂層的厚度不斷增加。但是當電泳時 間達到一定值（2min）后，涂層厚度增加緩慢。這主要是由于隨著電泳時間的增 長，涂層厚度及泳透力會增加，涂層電阻值也隨之增大，當涂層的電阻達到一定 值后，工作電壓幾乎不能使樹脂陽離子在陰極上繼續沉積，因此涂層的厚度不會增加。此外，電泳時間過長，會導致涂層缺陷產生，外觀變差。因此，在保證涂 層質量前提下，應盡量縮短電泳時間，電泳結束后，被涂物應盡快從槽中取出，

15、 以免涂層發生溶解而變薄。（3）電泳電壓對漆膜質量的影響在固含量為16.9 %,電泳時間為2min,槽液溫度為28C，烘烤溫度為190C 時，測定了不同的電壓對漆膜的外觀和漆膜膜厚的影響。電泳電壓膜厚卩m 漆膜外觀附著力抗沖擊強度光澤度90V19有少量縮孔0級5063.1110V21平整光滑0級5061.1130V23平整光滑0級5046.1150V25平整光滑0級5045.5實驗結果表明，極間電壓越高，電場強度越強，電沉積量亦隨之增加，涂層厚度隨著工作電壓的增加而不斷增加。 但電壓過高，工件入槽瞬間的沖擊電流太 大，涂層沉積速度過快，濕膜呈橘皮狀，造成烘烤后涂層表面不平整，外觀質量 很差，光

16、澤度低。電泳電壓過低，涂料泳透力差，沉積速度慢，效率低，涂層變 薄。一般在保證涂層外觀質量前提下，盡可能采用較高的電壓進行陰極電泳涂裝。（4）槽液溫度對漆膜質量的影響本實驗在電泳電壓為110V,電泳時間為2min，槽液固含量為16.9%，烘烤 溫度為190C時，研究了槽液溫度對漆膜質量的影響。槽液溫度C 膜厚口 m 漆膜外觀 附著力 抗沖擊強度 光澤度2520有少量縮孔1級5053.92821平整光滑0級5048.53122平整光滑0級5063.23524平整光滑0級5063.6實驗結果表明，涂層厚度隨著槽液溫度的升高而升高。這主要是因為隨著槽液的溫度上升，槽液粘度降低，電極反應加快，同時涂層

17、的電阻值也下降，有利 于電沉積，使涂層厚度增加。此外，槽液溫度過高時，電泳過程中電解加劇，涂 層變得粗糙，烘干后產生波浪狀的堆積，產生粗糙、橘皮等缺陷，且槽液中的助 溶劑易揮發，導致槽液變質，穩定性變差。另外，槽液溫度太高相當于對涂層早 期烘烤，降低了后期過程烘烤時涂層的流平性能。槽液溫度過低，沉積量很小， 涂層很薄，光澤度和遮蓋力都差，且槽液粘度大，電沉積過程中產生的氣泡難以 消除，涂層易出現厚度不均、針孔等缺陷。（5）烘烤溫度對漆膜質量的影響本實驗在電泳電壓為110V,電泳時間為2min，槽液固含量為16.9 %，槽液 溫度28 C,研究了烘烤溫度對漆膜質量的影響。烘烤溫度C膜厚卩m漆膜外

18、觀附著力抗沖擊強度光澤度140/30mi n22表面粗糙1級5040.6170/30mi n22平整光滑1級5047.5190/30mi n21平整光滑0級5048.3210/30mi n21平整光滑0級5056.2250/30mi n21漆面發黃1級5048.9實驗表明不同的烘烤工藝對涂層性能的影響。固化溫度低于190C,涂層交聯不充分，導致過軟，附著力下降，抗沖擊能力差，同時，溫度較低，涂層流平 性較差，光澤度也較低；烘烤溫度為1900C時，涂層充分固化，流平型好，光澤 度高，但溫度高于1900C后，涂層因過烘干導致泛黃、變脆，抗沖擊能力降低。6結論和總結通過對環氧陰極電泳涂料的涂裝各個試

19、驗參數的分析，發現對本實驗所配置 的電泳漆，在固含量為16% 土 1,電泳電壓110V,電泳時間2min,槽液溫度28C, 烘烤溫度在190C的條件下能夠得到較好的膜厚和外觀。這次綜合實驗, 我體會很深。 和以往的非綜合實驗相比, 盡管我們在實驗過 程中的操作沒有在老師安排下做得那么好, 但我覺得自己的收獲卻很大。 總結為 以下幾點：(1) 學會思考 從開始選資料的查詢到實驗方法的設定,都是由我們自己安排和親手操作 的,這就讓我們懂得了思考, 思考進行陰極電泳涂裝要進行哪些步驟, 要通過控 制那些參數,實驗出不同參數下的涂膜效果,最后再怎么檢測。以往的實驗中, 都是老師安排好的,怎么試驗,如何

20、檢測,需要的試劑、儀器以及整個操作過程 都需要我們去思考。 以往上課只要聽老師講就可以了, 我覺得這樣會養成我們的 惰性,什么事情都依賴于老師, 至于為什么這樣而不能那樣之類的問題, 我們都 很少去思考。等到畢業以后,離開了老師,我們自己將如何適應社會如何就業呢？ 而從綜合實驗中, 我們思考了很多, 從配試劑到結束, 每一步操作都要考慮得很 詳細。這對我們自身能力的培養是非常重要。(2) 要有嚴謹的態度在實驗室里, 我們經常看見有少部分同學一邊做實驗一邊和同學談笑, 這種 現象非常不好。 實驗操作的每一步都要小心謹慎, 邊做邊笑, 稍不小心就會出錯 而使結果產生較大誤差, 甚至得不到結果。 實

21、驗也不能為了省事而偷工減料, 反 應該用多少時間就要多少時間。 只有以嚴謹的態度去做實驗, 才能得到更好的結 果。(3) 自己動手,印象深刻在以往的實驗中, 都是老師安排好的, 自己沒有經過思考, 老師說什么就做 什么,做完也就完了,兩三天后再想想自己做了什么,怎么做的,已經沒什么印 象了。但是綜合實驗就不一樣, 我自己所操作的每一步都還記得清清楚楚, 在什 么地方出錯了也都牢記在心,相信以后就不會犯同樣的錯誤了。(4) 熟悉了陰極電泳涂裝流程 本次試驗使我們明白了一些在課本學習過程中沒有弄懂的問題, 使我們真正 知道了進行電泳涂裝要怎樣進行操作, 怎樣控制參數才能做出最好的效果。 其中 包括

22、怎樣去使用一些儀器, 從校準到測量。 同時也包括了電泳過程中應該注意的 一些事項, 這些對做出來良好的涂膜市必不可少的。 總之, 通過這次試驗是自己的陰極電泳涂裝知識又上了一個臺階參考文獻1 張鵬,王兆華丙烯酸樹脂防腐蝕涂料及應用M.北京:化工工業出版社，2003.7102 胡劍青涂偉萍陰極電泳涂料的丙烯酸樹脂合成J.華南理工大學學報，2002,30（5）:70793 肖鑫涂層質量技術檢測M.湘潭:湖南工程學院化工系，2001.1521564 肖鑫涂料制造工藝學M.湘潭：湖南工程學院化工系，2001.245296王錫春,高宏偉磷化膜與陰極電泳涂膜的配套性研究J.材料保護,1994,27（12）:7-10王錫春，汽車涂裝工藝技術M.北京：化學工業出版社，2004,12: 5