阴极电泳涂料用主体树脂

收稿日期: 2000- 1- 7
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化工新型材料
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Key words elect rodepositic paints, cat hodic deposition, resins, modification, primer paint , w at erbome coat ings
1 概述
电泳涂料的开发源于本世纪 30 年代, 早期的开 发主要集中在阳极电泳涂料上, 因此, 阳极电泳涂料 的涂漆工艺发展较成熟, 历史较久远, 大约在 60 年 代就已实现工业化。但在实际应用中人们发现阳极 电泳涂漆工艺存在溶解阳极( 被涂对象) 的缺点, 促 使人们开发了阴极电泳工艺, 并于 60 年代投入工业 应用。由于阴极电泳涂料具有更优异的防腐能力、 更高的泳透力、不溶解被涂物、槽液稳定等特点, 因 此, 备受商家青睐。早期应用主要集中在汽车工业, 近期已漫及到轻工、仪表、军工、建材等诸多行业。
关键词 电泳漆, 阴极电泳, 树脂, 改性, 底漆, 水性涂料
BASIC RESINS FOR CATHODIC ELECTRODEPOSITION PAINT
Wu Guangfeng L i Zhiyan ( Dept. of Chem. Engin. Jilin Inst. of T echnol. , Chang chun. 130012)
合物而成为阴极电泳涂料的主体树脂, 基本原理与 M ichael Geist 和 Willian J. Relanger 等人研究了多胺
丙烯酸环氧丙酯的开环反应过程相似。 11212 扩链后胺改性[ 9]
对环氧树脂的改性, 所得的环氧树脂大分子中有许 多仲胺基及相当数量的侧羟基, 化学过程为:
CH2 ) CH CH ) CH2 + H2N N H2
涂装用的丙烯酸树脂加以改性得到, 比如把聚合物 主链中的羧基换成胺基。后来合成了阴极涂装用丙 烯酸 树脂。丙烯酸树脂的涂膜颜色 浅, 光泽高, 保 光, 耐候性佳, 应用领域广, 而且单体来源丰富。单
CH2 = C - C O R2 - N
R1
R4
式中, R1 为 H 或 CH3; R2, R3 为烷基; R4 为烷
也可以通过两种方法使之阳离子化。
有双酚 A 扩链、多胺扩链和聚醚( 酯) 二8]
扩链后的树脂含有一定数量的侧羟基, 涂膜的柔韧
某些环氧树脂( 环氧当量 EN> 450) 可 以直接 用仲胺或酮亚胺打开环氧基, 再中和生成阳离子聚
性和附着力都能得到改善。 ( A ) 多 胺 扩 链 改 性[ 10, 11] : Eberhard Schupp、
体与含醇羟基的叔胺作用, 制得适用于阴极电泳的
O CN N CO + N( CH2CH2OH) 3
H OCH2CH 2
O
N CH2CH2 O C NH
H OCH2CH 2
O CH2CH2OH
H N C O CH 2CH2N CH2CH2OH
目前, 世界上对聚氨酯树脂类涂料的改性研究 较多, 相关文献也各有新意, 我国的科学工作者在这 方面也做了大量工作, 成绩斐然。 114 聚丁二烯树脂类[ 17~ 19]
2 阴极电泳涂料主体树脂的种类
电泳涂料主体树脂常选择多种单体加以组合, 主要是综合利用各自的特点使制成的树脂具有最符 合理想并能满足各方面要求的性能。通过多种单体 共聚合可以达到很多目的, 如: 1) 调整树脂的玻璃化 温度以获得理想的柔韧性和脆性; 2) 给以热固交联 所需要的活性官能团; 3) 改良耐光性或耐热性、耐寒 性; 4) 改进极性以获得所需要的溶解性及附着力; 5) 改进耐油性、抗水性或耐化学药品性; 6) 降低成本 等。
Abstract T he synthesis and applicat ion of elect rodeposition paints are a breakt hrough in coat ing indust ry. At presence, elect rodeposited coatings have been used in almost all aut o industry as primer paint and ant i- corrosive primer paint, above 90 percent of w hich are cat hodic electrodeposit ion coatings. In t his paper, t he basic resins, including epox y resins, acrylic resins, polybut adiene resins and polyurethane resins, for cat hodic electrodeposit ion paint and relat ed chemical processes are described.
中和( 质子化) 使之具有水溶性。当前应用的主要有 ( 2EHA) 等软单体。叔胺基的引入有两种方法:
丙烯酸树脂类, 环氧树脂类, 聚丁二烯类和聚氨酯类
其一, 是直接选择带有叔胺基的丙烯酸酯类单
等几种主体树脂。其中阴极电泳涂料引入氮肥元素 体, 例如:
的居多。
O
R3
111 丙烯酸树脂类[ 2, 3] 最初阴级电泳涂料用的丙烯酸树脂只是把阳极
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化工新型 材料
第 28 卷
料, 在高温下封闭剂解封, 膜交联硬化。
( 1) O
R1
+ HN
O
R2
OH
OH
N
OH
N
OH
OH
R1
R2
R1
R2
OH
OH
( 2) N
OH
N
+
OC N
NHC
封闭异氰酸酯
OO
R3
N
O OCN H N
R1
R2
OH
R1
R2
OH
R1
R2
R1
R2
N HCOO R3
OH
OH
( 3)
N
R1
R2
( 4)
OH +
OO CNH
水分散
N + CH3COO H
电泳
R1
R2
NHCO OR 3
) OO CNH )
加热固化 ) N HCOO R3
N
R1
R2
O O CNH HN + [ CH3COO ] -
R1
R2
NHCO OR 3
) O OCN H ) ) N HCOO )
M at sunaga 等人用经二元醇扩链的聚氨酯预聚 树脂, 制备过程为:
参考文献
1 吴广峰, 孙小红. 吉林工学院学报, 1999, ( 1) : 66 2 王致和. 精细石油化工, 1995, ( 1) : 3 3 张良均. 涂料工业, 1996, ( 3) : 10 4 JP, 平 1- 266172 5 JP, 平 2- 1110171 6 JP, 昭 58- 204065 7 US, 4724244 8 仇晕. 涂料工业. 1996, ( 6) : 22~ 24 9 居滋善. 涂料工艺( 四) , 北京: 化学工业出版社, 1994 10 US, 4608416 11 US, 5120774 12 US, 5116914 13 US, 4148776 14 严瑞暄. 水溶性高分子. 北京: 化学工业出版社, 1998: 321 15 陈汉英. 涂料工业, 1998, ( 12) : 26 16 许戈文. 涂料工业, 1990, ( 11) : 30 17 <虞兆年. 涂料工艺( 二), 第 2 版. 化学工业出版社, 1994, 420 18 崔冬梅. 高分子材料科学与工程, 1995, ( 2) : 134 19 章翼. 涂料工业, 1996, (6) : 34
体外, 还选择带有环氧基团的丙烯酸脂单体, 常用的 丙烯酸酯树脂, 反应路线为:
是甲基丙烯酸环氧丙酯( GMA ) [ 4~ 6] 。生成 的聚合
高分子主链 R3
高分子主链
高分子主链
CO CO
CO
+ HN
O R OR 1OH O
O
R2
H 2C CH CH2
CO CO
CO
R3 酸 化
OR OR 1O H O CH2CHCH2N
实践证明, 很多高分子树脂经过改性带上正电 荷后, 都可以成为阴极电泳涂料的成膜物质。使树
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脂阳离子化的方法很多, 关键是必须在聚合物上引 体一般选择苯乙烯( St) 、甲基丙烯酸甲酯( M MA) 等
进某些具有孤对电子的元素, 如氮、磷、硫等, 再用酸 硬性单体和丙烯酸 丁脂( BA) 、丙 烯酸二乙 基己酯
CH2 ) CH CH ) CH2 + HO O H
CH2 ) CH CHCH2O O CH2CH CH ) CH2
O
O
113 聚氨酯树脂类[ 14~ 16]
O
OH
OH O
腐蚀性、耐水性的优点, 在封闭异氰酸酯的作用下,
阳离子聚氨酯电泳涂料是利用环氧树脂的耐用 引入叔胺基, 再用胺中和生成阳离子型水系 PU 涂
阴极电泳涂料用主体树脂
吴广峰 李志岩( 吉林工学院化学工程系, 长春 130012)
摘 要 电泳涂料的合成与应用是涂料行业的一个突破性进展。目前几乎所有的汽车工业用 底漆及其它行业用的防腐底漆都采用电泳涂料( 漆) , 而其中 90% 以上又都是阴极电泳涂料。本文 简要介绍了以环氧树脂、丙烯酸树脂、聚丁二烯树脂、聚氨酯树脂等为主体的阴极电泳涂料主体树 脂和相关的化学反应。