CN105153782B - 一种铝银浆阳极电泳槽液及铝银浆阳极电泳工艺 - Google Patents
一种铝银浆阳极电泳槽液及铝银浆阳极电泳工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种铝银浆阳极电泳槽液，由阳极电泳漆、铝银浆、银浆助剂、溶剂以及去离子水组成；还提供了一种铝银浆阳极电泳工艺，包括以下步骤：（1）基材前处理；（2）将前处理后的基材置于所述铝银浆阳极电泳槽液中进行电泳，控制好各项工艺参数；（3）纯水洗；（4）固化烘干。本发明突破了现有技术中的种种技术难题，研制出了一种适合铝银浆阳极电泳的槽液和工艺，可以得到厚度为15~30um的电泳膜层，该涂层厚度均匀、硬度高、附着力好、耐磨性好、外观平整、银白光亮、金属质感强，防腐性、装饰性兼具。
Description
技术领域
本发明属于电泳技术领域，具体涉及一种将铝银浆作为一种金属颜料应用于阳极电泳的工艺方法。
背景技术
铝粉因具银白色金属光泽，所以俗称铝银粉或银粉，应用范围非常广泛，主要包括：粉磨涂料、油墨、塑胶色母粒、印刷、仿金纸、仿金卡、金胶片、纺织品、水性漆。铝颜料又称铝银粉或铝银浆，是金属颜料中的一个重要品种，铝银浆也称铝粉浆，它是铝粉、有机溶剂等搅拌分散制成的一种可锻展的外有包覆物的韧行薄片，这种铝片的特点是表面光滑平整，粒度分布集中，形状规则，具有优异的光反射能力和金属光泽，作为一种颜料使用于涂料中，可使漆膜产生明显的随角异色效应，外观具有从平光、银白到像电镀铬珍珠铬一样的金属亮度和质感，装饰效果非常美观，已在汽车、电子产品、家电、建材、纺织等领域得到广泛应用。
但传统的铝银浆喷涂有机溶剂应用挥发量大，对人体和周围环境伤害影响大，不利于环保；另外喷涂材料利用率低、浪费大，成本比较高；再有喷涂工序多、固化时间长，生产效率低，设备要求复杂，加工环境要求高，存在流挂、死角，边缘不均现象，这些都制约了铝银浆喷涂工艺的推广应用，替代铝银浆喷涂工艺的铝银浆电泳工艺是涂装领域的新亮点，已有人研究试图得到合适的工艺，但是铝银浆电泳工艺并不是那么容易实现的技术，一般现有电泳漆用的是水性涂料，电泳槽液呈酸性(或碱性)，铝是两性金属，遇酸遇碱都会发生腐蚀，在空气中也很容易氧化变色，银浆包覆物也容易被破坏，再加上银浆比重比较大等原因，这些因素造成铝银浆阳极电泳在试制、生产过程中容易出现涂料发暗、遮盖力降低、漆膜有粗粒、氧化变黑、发黄、银浆沉淀等毛病，这些都直接影响了铝银浆电泳工艺的推广应用，成为铝银浆与电泳漆结合应用的难点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于克服现有技术中将铝银浆与电泳漆结合的各种技术难点，得到一种铝银浆阳极电泳槽液以及一种铝银浆阳极电泳工艺，该工艺可以得到膜层均匀、性能优良、外观白亮细致、具金属质感的电泳涂层，可以替代传统的铝银浆喷涂工艺，既环保又高效。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：
一种铝银浆阳极电泳槽液，由阳极电泳漆、铝银浆、银浆助剂、溶剂以及去离子水组成；所述阳极电泳漆的质量百分含量为所述铝银浆阳极电泳槽液的10％-16％，所述铝银浆的用量为所述阳极电泳漆质量的8％-12％；所述银浆助剂的用量为所述铝银浆质量的1-1.5倍，所述溶剂的用量为所述铝银浆质量的1-2倍；
所述阳极电泳漆由以下质量百分含量的成分组成：
所述铝银浆是选取粒径在8-12微米之间的铝粉所制备得到的铝银浆。
所述银浆助剂优选选自甲苯或者二甲苯。
所述溶剂优选选自醇、醇醚或者酮。
所述阳极电泳漆优选由以下质量百分含量的成分组成：
所述丙烯酸酯类单体优选选自甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯或丁二醇二甲基丙烯酸酯。。
所述醇优选选自1-5个碳的醇，更优选正丁醇、丙醇或者异丙醇。
所述酸性不饱和物优选选自丙烯酸或甲基丙烯酸。
所述氨基树脂交联剂优选选自醇醚化脲醛树脂、醚化三聚氰胺树脂或醚化苯代三聚氰胺树脂。
所述引发剂选自选自偶氮二丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐中的一种或几种。所述中和剂选自乙醇胺或三乙醇胺。
所述铝银浆的制备方法优选是：将粒径在8-12微米之间铝粉与1-1.5倍于铝粉质量的石油溶剂混合，再加入1/3-1/2倍于铝粉质量的防沉剂和稳定剂，搅拌20-40min，分散均匀即可。
所述防沉剂优选选自聚乙烯蜡或者改性聚酰胺蜡。
稳定剂优选选自二氧化硅或者丙烯酸树脂。
所述铝银浆阳极电泳槽液的制备方法优选包括：按照所述比例，将铝银浆、银浆助剂、溶剂先充分搅拌均匀再加入阳极电泳漆，继续搅拌使溶剂、银浆助剂、铝银浆、阳极电泳漆充分融合在一起，再用去离子水进行稀释搅拌均匀。
一种铝银浆阳极电泳工艺，包括以下步骤：
(1)基材前处理；
(2)将前处理后的基材置于权利要求1-13之一所述铝银浆阳极电泳槽液中进行电泳，控制槽液温度为23-27℃，控制槽液pH值为7-8，控制槽液电导率为600-1200us/cm，控制电泳电压为30-120V，控制电泳时间为30-120s，使用循环搅拌，控制循环搅拌的流速≤0.1m/s，循环搅拌速度＜500rpm；
(3)纯水洗；
(4)固化烘干。
所述基材前处理优选包括所述前处理包括超声波除油除蜡、电解除油、酸洗、水洗、活化、磷化、阳极氧化、表面调整、钝化中的一种或几种。
所述基材选自以下材料之一：铁材、铜材、不锈钢、铝及其合金、锌及其合金、镁及其合金。
本发明铝银浆阳极电泳工艺采用丙烯酸阴离子型阳极电泳漆，铝银浆作为颜料加入电泳漆中配合使用，经电泳成膜后，铝粉片能均匀分布、粒度集中、定向排列在涂层中，使膜层具有较强的闪光性、随角异色效应和耐候(耐酸)性。金属或合金工件进行铝银浆阳极电泳的工艺流程为：工件→前处理→纯水洗→阳极电泳→纯水洗→固化，其中前处理包括除油、除蜡、电解除油、酸洗、水洗、活化、磷化、阳极氧化、表面调整、钝化等，金属或合金包括铁材、铜材、不锈钢、铝及其合金、锌及其合金、镁及其合金等。金属或合金工件经上述方法加工后可以得到厚度为15～30um的电泳膜层，该涂层厚度均匀、硬度高、附着力好、耐磨性好、外观平整、银白光亮、金属质感强，防腐性、装饰性兼具。
铝银浆电泳工艺使用的阳极电泳槽液固体含量低，带出少，有机溶剂含量低挥发少，通过超滤装置，材料利用率可以达到98％以上，清洗水还可以回用，污水可以达到零排放，而且电泳时间短施工快，可实现机械和自动化连续生产，生产效率高。铝银浆电泳工艺采用的阳极电泳铝银浆粉料粒度均匀包覆好，所得膜层不容易氧化变色、发暗；电泳槽液配槽容易，槽液稳定性好，维护简单方便；电泳遮盖力好，特别适合不少小的复杂的金属工件的涂装加工。本发明工艺与铝银浆喷涂工艺相比更具环保特性，更加高效、节材，并可持续发展，可广泛应用于灯饰、五金家电、摩托车、自行车、空压机等行业。
本发明铝银浆电泳工艺能使铝银浆与电泳漆结合难点问题得到解决，主要注意了以下几点：
1、铝银浆的原料选择以及铝银浆的用量很重要
一般铝粉有1～50um大小不等，粒径分布也各不相同，而铝粉的粒径、白度以及在漆膜中的排列方式会直接影响电泳漆膜的外观及性能，铝粉颗粒越粗，形状越圆，外观越白亮；颗粒越细，外观越均匀、柔和。本发明优选粒径(d90＝10um)集中的铝粉作为银浆原料。
银浆在电泳漆中的用量也直接影响该工艺，合适的用量才可以得到银白、光亮可调、遮盖力良好的电泳膜层。
2、对电泳漆的选择很重要
铝银浆与电泳漆结合的工艺是否可以成功对电泳漆的选择有较高的要求，本发明的阳极电泳漆与铝银浆匹配性很好，其pH值维持在7～8之间，对铝银浆的腐蚀最小，而且对银浆的包覆性也最好，在酸性的阴极漆或pH＞8.5以上，铝银浆稳定性不好，影响漆膜质量。
3、pH值的控制：
在电泳漆上使用铝银粉时注意pH值不能过高或过低，不能过久的闲置(本身会慢慢氧化)，应调整好工艺流程及使用频率，搅拌速度控制在500转/分以下，否则容易出现涂料发暗、遮盖力降低、漆膜出现粗粒等不良现象。
4、搅拌方式和搅拌速度的控制
由于铝银粉比重比较大容易沉淀，不采用磁力泵，用机械化工调速泵较好，配变频器，方便控制流速，否则容易产生沉淀、返粗、变暗、高低位有色差等缺陷。
5、固化温度的控制
固化温度不宜过高，如果产品出现发黄则有可能是固化烘烤温度过高造成。
下面对本发明做进一步解释和说明
为实现本发明所述工艺方法采取以下详细工艺步骤：
铝银浆阳极电泳工艺详细的工艺步骤(以铁为基材)
1、超声波(热浸)除油、除蜡
水溶液配方：氢氧化钠(NaOH) 20～40g/L 碳酸钠(Na2CO3) 20～30g/L 磷酸三钠(Na3PO4) 5～10g/L OP乳化剂 1～3g/L 操作温度：70～90℃ 时间：30s-5min 设备要求：配合超声波使用
2、电解除油
水溶液配方：氢氧化钠(NaOH) 20～30g/L 碳酸钠(Na2CO3) 10～20g/L磷酸三钠(Na3PO4) 30～50g/L 表面活性剂 1～2g/L 操作温度：50～70℃ 电流密度：5～10A/dm2 时间：1～2min
3、水洗
流动水洗
4、酸洗
溶液配方：HCl(d＝1.19) 150～300g/L 操作温度：室温 时间：1～5min
5、水洗
流动水洗
6、磷化
水溶液配方：磷酸二氢锌[Zn(H2PO4)2] 60～70g/L 硝酸锌[Zn(NO3)2]60～80g/L氟化钠(NaF) 3～4.5g/L 氧化锌(ZnO) 4～8g/L 总酸(TA)70～90点 游离酸(FA)3～4点操作温度：25～30℃ 时间：5～15min 膜厚1～4um
7、水洗
流动水洗
8、纯水洗
9、铝银浆阳极电泳
①「铝银浆的制备方法：优选铝粉(d90＝10um)+1倍于铝粉质量的石油溶剂(甲苯、二甲苯类)+1/3～1/2倍于铝粉质量的防沉剂(聚乙烯蜡或改性聚酰胺蜡)和稳定剂(二氧化硅或者丙烯酸树脂)中高速搅拌25～35min，分散均匀。
②阳极电泳漆生产配方：
表1 阳极电泳漆配方
③电泳槽液配制和工艺参数控制
表2 电泳槽溶液配方
铝银浆电泳工作液配制方法：铝银浆、银浆助剂、溶剂先充分搅拌均匀再加入阳极电泳漆，继续搅拌使溶剂、铝银浆、银浆助剂、电泳漆充分融合在一起，用电导率≤1us/cm超纯水进行稀释搅拌。
表3 电泳工艺条件和工艺参数
不循环搅拌铝银浆会沉淀，此为正常现象，只要使用时再循环和搅拌，铝银浆又会重新分散在槽液中。添加铝银浆的槽液不能直接超滤，如要超滤，须将铝银浆自然沉淀与槽液分离，再将槽液部分超滤。一般情况下，槽液对污染的承受力非常好，不需超滤。
通过以上工艺流程可以得到膜厚15～30um具金属质感的银白电泳涂层。
10、纯水洗
11、固化
150～180℃ 时间：30±5min 在烘箱(箱式或烘道式)中进行
表4 铝银浆电泳涂膜性能检测结果
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1：铁基材铝银浆阳极电泳工艺实施步骤
(1)超声波(热浸)除油、除蜡
水溶液配方：氢氧化钠(NaOH) 20g/L 碳酸钠(Na2CO3) 20g/L 磷酸三钠(Na3PO4)5g/L OP乳化剂 1g/L 操作温度：70℃ 时间：30s设备要求：配合超声波使用
(2)电解除油
水溶液配方：氢氧化钠(NaOH) 20g/L 碳酸钠(Na2CO3) 10g/L 磷酸三钠(Na3PO4)30g/L 表面活性剂 1g/L 操作温度：50℃ 电流密度：5A/dm2时间：1min
(3)水洗
流动水洗
(4)酸洗
溶液配方：HCl(d＝1.19) 150g/L 操作温度：室温 时间：2min
(5)水洗
流动水洗
(6)磷化
水溶液配方：磷酸二氢锌[Zn(H2PO4)2] 60g/L 硝酸锌[Zn(NO3)2] 60g/L 氟化钠(NaF) 3g/L 氧化锌(ZnO) 4g/L 总酸(TA)70点 游离酸(FA)3点操作温度：25℃ 时间：10min 膜厚2um。
(7)水洗
流动水洗
(8)纯水洗
(9)铝银浆阳极电泳
表5 电泳槽溶液配方
铝银浆电泳工作液配制方法：铝银浆、银浆助剂、溶剂先充分搅拌均匀再加入阳极电泳漆，继续搅拌使溶剂、铝银浆、银浆助剂、电泳漆充分融合在一起，用电导率≤1us/cm超纯水进行稀释搅拌。
所述阳极电泳漆由以下质量百分含量的成分组成：
表6 电泳工艺条件和工艺参数
不循环搅拌铝银浆会沉淀，此为正常现象，只要使用时再循环和搅拌，铝银浆又会重新分散在槽液中。添加铝银浆的槽液不能直接超滤，如要超滤，须将铝银浆自然沉淀与槽液分离，再将槽液部分超滤。
通过以上工艺流程可以得到膜厚15um左右的电泳涂层。
(10)纯水洗
(11)固化
150℃ 时间：25min 在烘箱(箱式或烘道式)中进行。
实施例2：锌合金铝银浆阳极电泳工艺实施步骤
(1)超声波(热浸)除油、除蜡
水溶液配方：碳酸钠(Na2CO3) 20g/L 硅酸钠(Na2SiO3) 20g/L 表面活性剂1g/L操作温度：40℃ 时间：除净为止 设备要求：配合超声波使用
(2)阴极电解除油
水溶液配方：氢氧化钠(NaOH) 1g/L 碳酸钠(Na2CO3) 5g/L 磷酸三钠(Na3PO4)20g/L 表面活性剂 1g/L 操作温度：40℃ 阴极电流密度： 5A/dm2时间：0.5min
(3)水洗
流动水洗
(4)除膜(出光)
水溶液配方：硝酸(HNO3) 2％(重量百分比) 温度：室温 时间：2s
(5)水洗
流动水洗
(6)钝化
水溶液配方：铬酐(CrO3) 2g/L 碳酸钡(BaCO3) 1g/L 硝酸(HNO3) 0.5ml/L温度：室温 时间：10s
(7)水洗
流动水洗
(8)纯水洗
(9)铝银浆阳极电泳
表7 电泳槽溶液配方
铝银浆电泳工作液配制方法：铝银浆、银浆助剂、溶剂先充分搅拌均匀再加入阳极电泳漆，继续搅拌使溶剂、铝银浆、银浆助剂、电泳漆充分融合在一起，用电导率≤1us/cm超纯水进行稀释搅拌。
所述阳极电泳漆由以下质量百分含量的成分组成：
表8 电泳工艺条件和工艺参数
不循环搅拌铝银浆会沉淀，此为正常现象，只要使用时再循环和搅拌，铝银浆又会重新分散在槽液中。添加铝银浆的槽液不能直接超滤，如要超滤，须将铝银浆自然沉淀与槽液分离，再将槽液部分超滤。
通过以上工艺流程可以得到膜厚20um左右的电泳涂层。
(10)纯水洗
(11)固化
165℃ 时间：30min 在烘箱(箱式或烘道式)中进行。
实施例3：铝合金铝银浆阳极电泳工艺实施步骤
(1)超声波(热浸)除油、除蜡
水溶液配方：碳酸钠(Na2CO3) 50g/L 磷酸三钠(Na3PO4) 50g/L硅酸钠(Na2SiO3)30g/L 操作温度：80℃ 时间：除净为止 设备要求：配合超声波使用
(2)水洗
流动水洗
(3)微蚀
水溶液配方：氢氧化钠(NaOH) 80g/L 温度：70℃ 时间：30s
(4)水洗
流动水洗
水溶液配方：浓硝酸(HNO3)500 g/L 温度：室温 时间：15s
(6)水洗
流动水洗
(7)阳极氧化
水溶液配方：硫酸(H2SO4) 200g/L 铝离子(Al3+) 15g/L 温度：25℃电流密度1.5g/L 电压20v 电源：直流 时间：10min 需要搅拌
(8)水洗
流动水洗
(9)纯水洗
(10)铝银浆阳极电泳
表9 电泳槽溶液配方
铝银浆电泳工作液配制方法：铝银浆、银浆助剂、溶剂先充分搅拌均匀再加入阳极电泳漆，继续搅拌使溶剂、铝银浆、银浆助剂、电泳漆充分融合在一起，用电导率≤1us/cm超纯水进行稀释搅拌。
所述阳极电泳漆由以下质量百分含量的成分组成：
表10 电泳工艺条件和工艺参数
不循环搅拌铝银浆会沉淀，此为正常现象，只要使用时再循环和搅拌，铝银浆又会重新分散在槽液中。添加铝银浆的槽液不能直接超滤，如要超滤，须将铝银浆自然沉淀与槽液分离，再将槽液部分超滤。
通过以上工艺流程可以得到膜厚30um左右的电泳涂层。
(11)纯水洗
(12)固化
温度：180℃ 时间：35min 在烘箱(箱式或烘道式)中进行
表11 铝银浆阳极电泳与喷涂工艺性能特点比较
Claims (13)
1. 一种铝银浆阳极电泳槽液，其特征是，由阳极电泳漆、铝银浆、银浆助剂、溶剂以及去离子水组成；所述阳极电泳漆的质量百分含量为所述铝银浆阳极电泳槽液的10%-16%，所述铝银浆的用量为所述阳极电泳漆质量的8%-12%；所述银浆助剂的用量为所述铝银浆质量的1-1.5 倍，所述溶剂的用量为所述铝银浆质量的1-2 倍；
所述阳极电泳漆由以下质量百分含量的成分组成：
丙烯酸酯类单体 30%-48%
醇 15%-25%
酸性不饱和物 10%-20%
氨基树脂交联剂 15%-25%
引发剂 1%-5%
中和剂 6%-15%，
其中各成分的质量百分含量之和为百分之百；
所述铝银浆是选取粒径在8-12 微米之间的铝粉所制备得到的铝银浆；
所述银浆助剂选自甲苯或者二甲苯；所述溶剂选自醇、醇醚或者酮。
2.根据权利要求1 所述铝银浆阳极电泳槽液，其特征是，所述阳极泳漆由以下质量百分含量的成分组成：
丙烯酸酯类单体 35%-45%
醇 18%-23%
酸性不饱和物 14%-18%
氨基树脂交联剂 15%-20%
引发剂 1%-3%
中和剂 8%-12%，
其中各成分的质量百分含量之和为百分之百。
3.根据权利要求1-2 之一所述铝银浆阳极电泳槽液，其特征是，所述丙烯酸酯类单体选自甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯或丁二醇二甲基丙烯酸酯。
4.根据权利要求1-2 之一所述铝银浆阳极电泳槽液，其特征是，所述醇选自1-5 个碳的醇。
5.根据权利要求1-2 之一所述铝银浆阳极电泳槽液，其特征是，所述酸性不饱和物选自丙烯酸或甲基丙烯酸。
6.根据权利要求1-2 之一所述铝银浆阳极电泳槽液，其特征是，所述氨基树脂交联剂选自醇醚化脲醛树脂、醚化三聚氰胺树脂或醚化苯代三聚氰胺树脂。
7.根据权利要求1-2 之一所述铝银浆阳极电泳槽液，其特征是，所述引发剂选自偶氮二丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐中的一种或几种，所述中和剂选自乙醇胺或三乙醇胺。
8.根据权利要求1-2 之一所述铝银浆阳极电泳槽液，其特征是，所述铝银浆的制备方法是：将粒径在8-12 微米之间铝粉与1-1.5 倍于铝粉质量的石油溶剂混合，再加入1/3-1/2 倍于铝粉质量的防沉剂和稳定剂，搅拌20-40min，分散均匀即可。
9.根据权利要求8 所述铝银浆阳极电泳槽液，其特征是，所述防沉剂选自聚乙烯蜡或者改性聚酰胺蜡。
10.根据权利要求8 所述铝银浆阳极电泳槽液，其特征是，所述稳定剂选自二氧化硅或者丙烯酸树脂。
11.根据权利要求1-2 之一所述铝银浆阳极电泳槽液，其特征是，制备方法包括：按照所述比例，将铝银浆、银浆助剂、溶剂先充分搅拌均匀再加入阳极电泳漆，继续搅拌使溶剂、铝银浆、银浆助剂、阳极电泳漆充分融合在一起，再用去离子水进行稀释搅拌均匀。
12.一种铝银浆阳极电泳工艺，其特征是，包括以下步骤：
（1）基材前处理；
（2）将前处理后的基材置于权利要求1-11 之一所述铝银浆阳极电泳槽液中进行电泳，控制槽液温度为23℃-27℃，控制槽液pH 值为7-8，控制槽液电导率为600-1200us/cm，控制电泳电压为30-120v，控制电泳时间为30-120s，使用循环搅拌，控制循环搅拌的流速≤0.1m/s，循环搅拌速度＜500rpm；
（3）纯水洗；
（4）固化烘干。
13.根据权利要求12所述铝银浆阳极电泳工艺，其特征是，所述基材前处理包括所述前处理包括超声波除油除蜡、电解除油、酸洗、水洗、活化、磷化、阳极氧化、表面调整、钝化中的一种或几种。
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