CN101693806B - 基于载流子控制技术的阴极电泳漆的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于载流子控制技术的阴极电泳漆的制备方法。该方法是将环氧树脂、十二烷基苯酚、二甲基苄胺依次加入到四口烧瓶中混合均匀，通入N2气加热保温，升温后并检测环氧当量值达到1000～1100g/eq后降温至90℃。加入乙二醇单丁醚、异丁醇、羟甲基乙醇胺，搅拌后加入丙烯酸树脂和丙稀酸类交联剂，充分搅拌后，保温制成树脂混合物备用。将去离子水、醋酸、乳酸依次加入四口烧瓶中均匀混合，取样测酸价为(30±2)mgKOH/g，将制好的树脂混合物加入，恒温搅拌均匀制得乳液。将丙烯酸树脂、纳米二氧化钛、炭黑、纳米硅酸铝、去离子水高速搅拌混和均匀制得灰浆。将灰浆和乳液混合均匀，陈化后制得阴极电泳漆。本方法工艺简单易行，安全环保，适合大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于载流子控制技术的高性能阴极电泳漆的制备方法，属于电泳漆制备技术领域。
背景技术
电泳涂装技术是20世纪50年代发明的一种新型涂装技术。这种技术是通过电泳作用沉积在制件表面的水性涂料，它以水为分散介质，不含有机溶剂，对环境无污染。并且形状复杂的制件也能得到均匀致密的涂层，因而具有良好的耐腐蚀性能。随着人们环保意识的加强，低挥发性或超低挥发性的有机溶剂排放的涂料倍受关注。同时由于电泳漆具有最优异的防腐蚀性，因此被广泛应用于各种表面材料上。
由于阴极电泳漆与阳极电泳漆相比具有如下优点：大大改善了耐腐蚀性；优异的泳透力；改进的耐皂化性；降低了沉积过程中涂料的破损；其固有的稳定性，耐化学品性和pH值小于7时操作防止了聚合物氧化、水解、微生物侵蚀等。因此电泳底漆涂装流水线已以阴极电泳漆为主体。
然而，阴极电泳涂层常受到各种不良因素的影响，使得涂层表面出现缩孔、杂质、气泡、针孔等缺陷，严重影响了其实际生产和使用。
目前为提高电泳漆的的水溶性和其他性能的方法主要有，电泳涂料配方中加入有机溶剂，改善底材表面质量，预处理底材表面，控制电泳电压，电泳时间及烘干温度和时间等。
传统的研究电泳漆是将封闭的聚氨酯包裹在基材树脂中，然后乳化，并未有人将纳米粒子应用到电泳漆的制备过程中，并且现在已经有较成熟的理论表明通过加入纳米粒子可以达到控制载流子浓度的目的，而降低载流子的浓度可以改善涂层的腐蚀性能。本发明在此基础上通过加入控制载流子密度的方法来制备高性能的阴极电泳漆。
发明内容
本发明的提出了一种新型的通过加入纳米粒子控制载流子密度的方法来制备高性能的阴极电泳漆。通过此方案可以显著提高阴极电泳漆的耐腐蚀性能，使阴极电泳漆的应用更加广泛。
为在制备阴极电泳漆的时候控制其载流子密度，本发明采用以下基本配方(百分含量均为质量百分含量)：
环氧树脂(25～28％)、十二烷基苯酚(3～4％)、二甲基苄胺(2～3％)、乙二醇单丁醚(9～11％)、异丁醇(2～3％)、羟甲基乙醇胺(2～3％)，丙烯酸树脂(19～24％)和丙稀酸类交联剂(3～5％)醋酸(2～3％)、乳酸(5～8％)、炭黑(0.2％)、纳米硅酸铝(0.2～0.4％)、去离子水(余量)。
纳米二氧化钛(0.1～0.5％)
通过改变纳米二氧化钛的含量来控制其载流子浓度，进而改善阴极电泳漆的耐腐蚀性能，制备高性能的阴极电泳漆。
具体操作步骤如下：
a.将一定量的环氧树脂(25～28％)、十二烷基苯酚(3～4％)、二甲基苄胺(2～3％)依次加入到250mL四口烧瓶中，混合均匀。通入N2气加热至100～120℃保温30min。
b.然后升温至140℃保温并检测环氧当量值，达到1000～1100g/eq后降温至90℃。
c.加入乙二醇单丁醚(9～11％)、异丁醇(2～3％)、羟甲基乙醇胺(2～3％)，搅拌30～40min后加入丙烯酸树脂(10～13％)和丙稀酸类交联剂(3～5％)，充分搅拌2～4h后，在70℃保温制成树脂混合物备用。
d.将去离子水(4.5～6％)、醋酸(2～3％)、乳酸(5～8％)依次加入1000mL四口烧瓶中均匀混合，取样测酸价为(30±2)mgKOH/g，开动高速搅拌将制好的树脂混合物加入，50～70℃恒温搅拌30min，再次加入适量的离子水后搅拌均匀，制得乳液。
e.将一定量丙烯酸树脂(9～11％)、纳米二氧化钛(0.1～0.5％)、炭黑(0.2％)、纳米硅酸铝(0.2～0.4％)、去离子水(余量)用磁力搅拌器高速搅拌预混和均匀，制得灰浆。
f.将灰浆和乳液混合均匀，陈化后制得阴极电泳漆。
采用电位-电容法测载流子浓度，并通过盐雾试验测其腐蚀性能。
本发明方法的优点是：通过加入纳米粒子控制阴极电泳漆中的载流子密度，加入适量的纳米粒子能降低电泳漆中的载流子浓度，达到改善电泳漆涂层耐腐蚀性能的目的。本方法工艺简单易行，安全环保，适合大规模生产，对阴极电泳漆的性能改善明显。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例1
操作步骤如下：
a.首先，将一定量的环氧树脂(100g)、十二烷基苯酚(16g)、二甲基苄胺(12g)依次加入到250mL四口烧瓶中，混合均匀。通入N2气加热至100～120℃保温30min。
b.然后升温至140℃保温并检测环氧当量值，达到1000～1100后降温至90℃。
c.加入乙二醇单丁醚(36g)、异丁醇(12g)、羟甲基乙醇胺(8g)，搅拌30min后加入丙烯酸树脂(52g)和丙稀酸类交联剂(20g)，充分搅拌2h后，在70℃保温制成树脂混合物备用。
d.将去离子水(22g)、醋酸(12g)、乳酸(32g)依次加入1000mL四口烧瓶中均匀混合，取样测酸价为(30±2)mgKOH/g，开动高速搅拌将制好的树脂混合物加入，50℃恒温搅拌30min，再次加入适量的离子水后搅拌均匀，制得乳液。
e.将一定量丙烯酸树脂(40g)、去离子水(36g)、纳米二氧化钛(0.4g)、炭黑(0.8g)、纳米硅酸铝(0.8g)磁力搅拌器高速搅拌预混和均匀，制得灰浆。
f..将所制灰浆和乳液混合均匀，陈化24h制得阴极电泳漆。
上述实施例中所制得的样品采用电位-电容法测载流子浓度，并通过盐雾试验测其腐蚀性能。
1.在实验室中，将直径10mm的304不锈钢棒制成电极，将所制阴极电泳漆均匀喷涂在电极表面，在5％Na2SO4溶液(室温)中进行电容电位法，对测量的电位-电容数据进行Mott-Schottky分析并计算载流子的密度。
2.在实验室中，将304不锈钢片为底材，均匀喷涂上所制阴极电泳漆，按照GB/T1865标准进行盐雾实验，测定其耐腐蚀性能。
实验结果列于表1中。
实施例2
操作步骤如下：
a.首先，将一定量的环氧树脂(100g)、十二烷基苯酚(16g)、二甲基苄胺(12g)依次加入到250mL四口烧瓶中，混合均匀。通入N2气加热至100～120℃保温30min。
b.然后升温至140℃保温并检测环氧当量值，达到1000～1100后降温至90℃。
c.加入乙二醇单丁醚(36g)、异丁醇(12g)、羟甲基乙醇胺(8g)，搅拌30min后加入丙烯酸树脂(52g)和丙稀酸类交联剂(20g)，充分搅拌2h后，在70℃保温制成树脂混合物备用。
d.将去离子水(21.6g)、醋酸(12g)、乳酸(32g)依次加入1000mL四口烧瓶中均匀混合，取样测酸价为(30±2)mgKOH/g，开动高速搅拌将制好的树脂混合物加入，50℃恒温搅拌30min，再次加入适量的离子水后搅拌均匀，制得乳液。
e.将一定量丙烯酸树脂(40g)、去离子水(36g)、纳米二氧化钛(0.8g)、炭黑(0.8g)、纳米硅酸铝(0.8g)磁力搅拌器高速搅拌预混和均匀，制得灰浆。
f..将所制灰浆和乳液混合均匀，陈化24h制得阴极电泳漆。
上述实施例中所制得的样品采用电位-电容法测载流子浓度，并通过盐雾试验测其腐蚀性能。
1.在实验室中，将直径10mm的304不锈钢棒制成电极，将所制阴极电泳漆均匀喷涂在电极表面，在5％Na2S04溶液(室温)中进行电容电位法，对测量的电位-电容数据进行Mott-Schottky分析并计算载流子的密度。
2.在实验室中，将304不锈钢片为底材，均匀喷涂上所制阴极电泳漆，按照GB/T1865标准进行盐雾实验，测定其耐腐蚀性能。
实验结果列于表1中。
实施例3
操作步骤如下：
a.首先，将一定量的环氧树脂(100g)、十二烷基苯酚(20g)、二甲基苄胺(12g)依次加入到250mL四口烧瓶中，混合均匀。通入N2气加热至100～120℃保温30min。
b.然后升温至140℃保温并检测环氧当量值，达到1000～1100后降温至90℃。
c.加入乙二醇单丁醚(36g)、异丁醇(12g)、羟甲基乙醇胺(8g)，搅拌30min后加入丙烯酸树脂(52g)和丙稀酸类交联剂(20g)，充分搅拌2h后，在70℃保温制成树脂混合物备用。
d.将去离子水(21.2g)、醋酸(12g)、乳酸(32g)依次加入1000mL四口烧瓶中均匀混合，取样测酸价为(30±2)mgKOH/g，开动高速搅拌将制好的树脂混合物加入，50℃恒温搅拌30min，再次加入适量的离子水后搅拌均匀，制得乳液。
e.将一定量丙烯酸树脂(40g)、去离子水(36g)、纳米二氧化钛(1.2g)、炭黑(0.8g)、纳米硅酸铝(0.8g)磁力搅拌器高速搅拌预混和均匀，制得灰浆。
f..将所制灰浆和乳液混合均匀，陈化24h制得阴极电泳漆。
上述实施例中所制得的样品采用电位-电容法测载流子浓度，并通过盐雾试验测其腐蚀性能。
1.在实验室中，将直径10mm的304不锈钢棒制成电极，将所制阴极电泳漆均匀喷涂在电极表面，在5％Na2SO4溶液(室温)中进行电容电位法，对测量的电位-电容数据进行Mott-Schottky分析并计算载流子的密度。
2.在实验室中，将304不锈钢片为底材，均匀喷涂上所制阴极电泳漆，按照GB/T1865标准进行盐雾实验，测定其耐腐蚀性能。
实验结果列于表1中。
表1不同案例所测载流子密度和耐腐蚀性能比较
| 纳米二氧化钛(g) | 载流子密度(NA/m3) | 耐盐雾时间(h) | |
| 实施例1 | 0.4 | 7.9×1018 | 400 |
| 实施例2 | 0.8 | 2.1×1019 | 460 |
| 实施例3 | 1.2 | 5.8×1019 | 510 |
实例证明利用本发明通过加入纳米粒子可以降低其载流子密度可使其耐腐蚀性能大大提高。
Claims (1)
1.一种基于载流子控制技术的阴极电泳漆的制备方法，其特征在于加入纳米二氧化钛粒子来控制其载流子浓度，改善阴极电泳漆的腐蚀性能，其具体操作步骤为，以下百分含量均为质量百分含量：
a.将环氧树脂25～28％、十二烷基苯酚3～4％、二甲基苄胺2～3％依次加入到250mL四口烧瓶中，混合均匀，通入N2气并加热至100～120℃保温30min；
b.然后升温至140℃保温并检测环氧当量值，达到1000～1100g/eq后降温至90℃；
c.加入乙二醇单丁醚9～11％、异丁醇2～3％、羟甲基乙醇胺2～3％，搅拌30～40min后加入丙烯酸树脂10～13％和丙烯酸类交联剂3～5％，充分搅拌2～4h后，在70℃保温制成树脂混合物备用；
d.将去离子水4.5～6％、醋酸2～3％、乳酸5～8％依次加入1000mL四口烧瓶中均匀混合，取样测酸价为30±2mgKOH/g，开动高速搅拌将制好的树脂混合物加入，50～70℃恒温搅拌30min，再次加入适量的离子水后搅拌均匀，制得乳液；
e.将丙烯酸树脂9～11％、纳米二氧化钛0.1～0.5％、炭黑0.2％、纳米硅酸铝0.2～0.4％、余量为去离子水用磁力搅拌器高速搅拌预混和均匀，制得灰浆；
f.将灰浆和乳液混合均匀，陈化后制得阴极电泳漆。
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