陰極電泳涂裝的應用及發(fā)展

1.齊智遠2.孫淑萍

(l.燕山大學材料科學與工程學院，河北秦皇島河北秦皇島066004)066005;2.燕山大學環(huán)境與化學工程學院

摘要:陰極電泳涂料具有高耐候性、高耐恤性、高透明度、裝飾性好和環(huán)保安全且時金屬基體無腐蝕性等特點而廣泛應用于金屬表面涂裝處理。概述了國內(nèi)外陰極電泳涂裝的發(fā)展狀況，并介紹了幾種特殊陰極電泳涂料，如紫外光固化電泳涂料和自分層相極電泳涂料等。闡述了陰極電泳的特點和在涂裝行業(yè)中的應用以及電泳涂料發(fā)展的最新動態(tài)。

關(guān)鍵詞:陰極電泳涂料;耐腐蝕;紫外光固化電泳涂料;自分層陰極電泳涂料

中圈分類號:TG174.461文獻標識碼:A

引言

電泳涂料源于20世紀30年代，從20世紀60年代中期開始研究合成陽離子型樹脂，并于20世紀70年代初用于對耐腐蝕性能要求高的家用電器上作底漆，隨后逐漸開發(fā)出了耐蝕性能更高且具有裝飾性效果的陰極電泳涂料，由于其具有優(yōu)良的防腐蝕性、高泳透率、高流平性、高裝飾性且涂裝自動化程度高、涂裝污染少等特點，廣泛應用于機動車工業(yè)中，并推廣應用到建材、輕工、家用電器等工業(yè)領(lǐng)域以及五金和工藝品的表面防腐和裝飾。

1陰極電泳的特點

1)與傳統(tǒng)的溶劑型涂料和其它浸涂、噴涂水性烘烤漆相比，陰極電泳涂料具有無可比擬的優(yōu)越性:涂底漆工序可實現(xiàn)完全自動化，適用于大流水生產(chǎn);可得到均一的膜厚;泳透性好，提高了工件內(nèi)腔的防腐蝕性，尤其是陰極電泳涂膜的耐腐蝕性;涂料利用率高;安全性比較高，是低公害涂料;涂膜的外觀好，烘干時有較好的展平性。

2)與陽極電泳涂裝法相比，它具有如下優(yōu)點:被涂物不發(fā)生陽極溶解，使涂膜與底材的附著力和防腐蝕性能均有所提高;漆基中含有防止底材腐蝕的基團(如含氮基團)，耐腐蝕性和泳透力均高于陽極電泳涂料，因而使被涂物的內(nèi)腔和焊縫泳涂得更好。

2陰極電泳涂裝的應用

目前，世界汽車生產(chǎn)中有92%使用涂料(ED),其中有90%采用陰極電泳涂料(CED)。以福特和通用汽車公司為例，從1977年1月開始投建汽車車身陰極電泳涂裝線至今，這兩個公司的陰極電泳涂裝線占汽車車身涂裝線的9900;而日本各汽車公司為在各國際市場上獲得競爭能力，繼美國之后，于1977年10月投建了第一條汽車車身陰極電泳線至今，也有95%以上的汽車車身采用了陰極電泳涂裝線。我國汽車工業(yè)于20世紀80年代中期應用陰極電泳漆，如今第二汽車制造廠的東風汽車車身，大眾的桑塔納，還有奧迪、標志等轎車車身百分之百采用了陰極電泳漆，其它如汽車零部件，車箱、車架等，為提高這些薄板件的使用壽命，也紛紛采用了耐蝕性高的陰極電泳漆。例如新研制的高流平性陰極電泳涂料，已經(jīng)在美國汽車制造廠中使用。其代表產(chǎn)品有PPG公司(匹茨堡平板玻璃公司)的Edll厚膜陰極電泳徐料、Edl2中厚膜陰極電泳涂料、杜邦的CormaxTM厚膜或中厚膜陰極電泳涂料，其主要性能改進是使漆膜表面粗糙度下降。

由于陰極電泳涂料有著優(yōu)良的防腐蝕、滲透性和裝飾性能，不但應用在汽車行業(yè)中，還廣泛地應用在其它行業(yè)中。如在建筑材料中，防火門、鋼窗等涂裝耐候性好的雙涂層的環(huán)氧樹脂陰極電泳涂料，鋼制家具和間壁材料使用丙烯酸樹脂系陰極電泳涂料。在五金行業(yè)中，電泳鎖具、金屬眼鏡架、自行車部件、文具、皮箱扣、打火機等用品，均取得了令人滿意的效果。

除此之外，陰極電泳還應用于金屬氧化物的沉積和金屬膜的制備從而獲得某種特殊性能的材料。例如，將ZnCo204電泳沉積在以鎳為基體的電極上作氧化反應的催化劑，能獲得催化性好，機械穩(wěn)定性的電極。將固態(tài)熱解反應制備的高純氧化鋅粉末通過電泳沉積的方法生成高質(zhì)量的氧化鋅薄膜，這種薄膜能夠在室溫下發(fā)射出波長為390nm的紫外線。

3國外陰極電泳發(fā)展概況

陰極電泳涂裝最先在美國應用。早在20世紀6。年代中期聯(lián)邦德國BASF公司和美國PPG公司首先進行了陽離子型樹脂的合成(即陰極電泳的研究)。1971年美國的PPG公司開始應用第一代陰極電泳漆。先在菲利普公司的電冰箱、洗衣機以及干燥機等耐腐蝕性能要求高的家用電器上作底漆。1976年6月美國通用汽車公司將汽車部件采用PPG公司第二代陰極電泳漆(CED-3002u)獲得成功。1977年開始正式用陰極電泳漆為底漆來涂裝汽車車身。1978年美國通用汽車公司和福特汽車公司基本上把原來使用的65條陽極電泳涂裝生產(chǎn)線改用新的陰極電泳涂裝生產(chǎn)線。1977年日本和英國由美國PPG公司引進技術(shù)以后，他們的汽車涂裝從1978-1979年也向陰極電泳涂裝轉(zhuǎn)化。到1978年底初步統(tǒng)計，世界上約有120條陰極電泳涂裝線，其中美國有70條以上，日本有20條，歐洲有10條。

由于美國、日本、德國等許多涂料公司的不懈開發(fā)，20世紀80年代陰極電泳涂料又取得了許多新的成就。其中最有代表性的是[121厚膜型陰極電泳涂料、低溫固化型陰極電泳涂料及彩色陰極電泳涂料。20世紀80年代末期，國際上形成了三大體系:以美國PPG公司為開端的防銹蝕陽離子型電泳涂料;以德國Hoechst公司為先驅(qū)的轎車、卡車用陽離子型電泳底漆;以日本神東、關(guān)西涂料公司為代表的改進型陽離子電泳涂料。

20世紀90年代后相繼開發(fā)和發(fā)展了多種性能優(yōu)異的陰極電泳涂料，如紫外光固化電泳涂料，自分層陰極電泳涂料，邊角防銹型陰極電泳涂料等。

3.1紫外光固化電泳涂料

紫外光(UV)固化涂料是利用紫外光照射涂料樹脂發(fā)生聚合架橋反應的固化方式，在低溫的條件下短時間內(nèi)就能完成涂料的固化過程。它能提高生產(chǎn)效率，同時具有節(jié)約能源、防止環(huán)境污染等許多優(yōu)點。UV固化涂料由于其固化溫度低，除適用于一般的電泳涂裝的產(chǎn)品外還用于金屬鍍層上的裝飾、防腐，金屬蒸發(fā)膜上的保護，受熱易變形材料上的涂裝和電子產(chǎn)品及精密產(chǎn)品上的封閉、印刷等的加工。目前國內(nèi)外研究的UV固化陰極電泳涂料的基體樹脂主要集中于丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂及聚氨醋。