高分子科学专业实验报告

《高分子科学专业实验》

任课老师：罗静

组长：胡楠楠,马强

组员：于秋彦、王季红、马梦莹、张乾宏、龙永平、张永杰、张雪阳、张佳佳、沙漠、朱晓威、赵荣琦、郑诗远。

报告人：王季红

报告时间:2012年12月5日

环氧阴极电泳涂料的表征

随着人们环保意识的增强,对涂料所含有机溶剂的挥发和有害气体的排放控制要求越来越严格。作为水性涂料的电泳涂料具有一些典型特征，如以水为溶剂,无毒、无污染、无火灾隐患,基本无有害气体排放,高泳透力等。阴极电泳涂料凭借环保、对金属基体无腐蚀性、优良的防腐蚀性能和简便的涂装工艺而得到广泛应用。常用的阴极电泳涂料主体树脂有环氧树脂、丙烯酸树脂、聚丁二烯树脂以及聚氨酯树脂等。其中,环氧树脂阴极电泳涂料性能稳定,并因其漆膜具有优异的耐腐蚀性、耐化学药品性、耐水性以及强附着力等优点而应用最为广泛。

一、电泳涂料简介

在日常生活中，金属腐蚀现象非常普遍，它所造成的损失和危害是很严重的。于是人们采用电化学保护、开发耐腐蚀材料、采用缓蚀剂、电镀耐蚀金属以及各种表面处理等方法来防止金属腐蚀，其中使用最普遍的还是涂覆有机涂料。传统的溶剂型涂料中有机溶剂含量很高，漆膜涂覆以后干燥过程中有机溶剂逐渐挥发到大气中，造成环境污染，也影响了操作者的健康。随着人们的环境保护意识逐渐加强，涂料的发展方向也从传统的溶剂型涂料转向了水性涂料、粉末涂料、高固含量涂料等环保型涂料。水性涂料以及电泳涂装工艺应运而生，解决了长期以来人们要求的降低或完全消除涂料释放易燃有毒有机溶剂的问题，人们对此显示出来极大的兴趣并进行了广泛的研究。

电泳涂料是一种以水为分散介质的涂料，其主要组成为离子型聚合物、颜料、固化剂和去离子水。制备性能良好而稳定的电泳涂料关键是要合成离子型水溶性树脂，树脂具有较强的亲水性，同时在成膜后又要具有很好的憎水性。但聚合物大都不溶于水，须在大分子上

等才有溶于水的可能。但与水直接混引入亲水基团，如-C00H，-OH、一NH：、一0-、一C0NH

2

合时发现大都形成乳浊液，必须要经过胺(或氨)或酸中和成盐，才可溶于水，从而使得在电场作用下能发生电泳，完成涂装过程。如图1-1所示，带有氨基的树脂须用有机酸中和成盐。

中和后的树脂跟适量的颜料、助溶剂和固化剂配置成电泳涂料。电泳涂料是一个水分散体系，树脂聚集体将颜料、固化剂和其它添加剂结合于微粒内分散于水相中，微粒表面带有电荷，如图1-2所示。

二、阴极电泳涂料特点

与传统的溶剂涂料和其它的浸涂、喷涂水性烘烤漆相比，电泳涂料具有无可比拟的优越性：

(1)以水作溶剂，无有机物挥发，低污染，无火灾隐患，易洗净，工人的操作环境好。

(2)电泳涂料适宜于大规模生产的工业涂装线，可以实现涂装线的机械化、自动化，经济效益高；

(3)电泳涂料工作液的固体含量低(10％～20％)，带出损失小，超滤工艺的使用更加提高了电泳漆的利用率，可达90--95％以上。电泳涂装工艺参数易于调整，涂装质量稳定。

(4)装饰效果好，膜面光滑、涂层致密、富有金属光泽、膜厚均匀可控，湿膜含水量低。特别是在被涂物外形复杂的情况下操作也一样简单、方便，所得涂层厚度均匀，防腐蚀性能优良且对金属基底无腐蚀。

三、紫外光固化电泳涂料

1.现状

目前几乎所有的阴极电泳涂料的涂膜固化方式都以热固化为主，涂料发生固化架桥反应的温度一般在140℃-180℃，所以在许多受温度限制的材料上很难推广使用电泳涂装。紫外线(UV)固化涂料是利用紫外光照射涂料树脂发生聚合架桥反应的固化方式，在低温的条件下短时间内就能完成涂料的固化过程。紫外固化技术完全符合“3E”原则，即Energy，节约能源，一般紫外固化能耗为热固化的1／5；Ecology，生态环境保护，紫外固化技术被称为“绿色技术”；Economy，经济，紫外固化装置紧凑，流水线生产，加工速度快，劳动生产率高，有利于降低生产成本。

2.UV固化电泳涂装的基本原理

UV固化涂料是利用波长200nm-400nm的紫外光照射聚合引发剂产生聚合反应的活性基，高能量的活性基使具有光反应性能的涂料树脂发生聚合及架桥的固化反应，能在短时间内不

需要热量的条件下完成固化过程。UV固化电泳涂料是在水溶性树脂的分子骨架中加入光固化性基团，使其在紫外光和光聚合引发剂的作用下能发生涂料固化的聚合架桥反应。树脂的聚合程度影响树脂的性能，为提高树脂和金属材料的结合力，涂料树脂骨架中还含有提高结合力的功能基团。

UV固化的电泳过程和一般的电泳过程完全相同，根据电泳涂料树脂的阴、阳离子性分属阳极电泳涂料和阴极电泳涂料。由于电泳涂料是水溶性的体系，在树脂发生固化反应之前，应将树脂中的水分充分蒸发，以免影响固化效果和外观。

3.UV固化涂料的优点

(1)固化速度快：不需要热固化所必需的长时间高温保温状态，短时间内达到与热固化相同的固化效果，生产效率高。

(2)固化温度低：在受固化温度限制的材料上可进行低温的电泳涂装，扩大了电泳涂装的应用范围。

(3)节能、省时：因固化时间短，设备装置不需要长距离的流动运行烘道，设备占地少，同时减少能耗。

四、产品性能测试

高分子科学综合实验所合成的4组产物中第3组产物（环氧树脂与双乙醇胺摩尔比1:0.1）无法光固化，其原因由文献查得单乙醇胺开环环氧基所得的胺化环氧树脂的水溶性和稳定性优于双乙醇胺开环环氧基所得的胺化环氧树脂的水溶性和稳定性。

因此第一组（环氧树脂与单乙醇胺摩尔比1:0.1）和第三组（环氧树脂与双乙醇胺摩尔比1:0.1）产物进行对比可知，由于单乙醇胺开环环氧基所得的胺化环氧树脂的水溶性和稳定性优于双乙醇胺开环环氧基所得的胺化环氧树脂的水溶性和稳定性，所以同摩尔数下单乙醇胺更易于开环形成稳定产物，但由于1:0.1的摩尔比导致反应仅限于单乙醇胺能反应，双乙醇胺由于物质的量不足而无法反应。

第一组（环氧树脂与单乙醇胺摩尔比1:0.1）和第二组（环氧树脂与单乙醇胺摩尔比1:0.2）产物进行对比可知，第二组反应物质的量大于第一组反应物质的量，所以第二组可以反应，第一组由于物质的量不足而无法反应。

因此性能测试在1,2,4这三组内进行。

1.仪器

耐溶剂擦拭仪【溶剂（2-丁酮）】上海现代环境工程技术有限公司

CJQ-‖漆膜冲击器上海普申化工机械有限公司

WZJ-‖弯折机上海现代环境工程技术有限公司

撑杆硬度仪 BYK公司

2.测试结果

组1 组2 组4

冲击强度良良良

柔韧性优优优

附着力0 0 0

硬度95s 69s 23s

耐溶剂擦拭60 4 8

耐水性优优优