CN106497372A - 一种生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆及其应用，按照质量百分数由丙烯酸合成树脂40％～60％、固化剂15％～20％、助溶剂15％～20％、引发剂3％～6％、中和剂5％～10％和去离子水10～15％组成；固化剂为封闭聚异氰酸酯，助溶剂为醇醚类有机溶剂，引发剂为偶氮二异丁腈，中和剂为乳酸、冰醋酸。本发明的电泳漆流平性好，泳透力高，对基材的遮盖力强，基材结合力好，所得膜层柔韧性好；真空电镀采用脉冲磁控溅射真空镀膜方法，采用的靶材有铝、钛、锌、铬或其合金，沉积速度快，膜层银白色，可以达到镜面光亮，金属质感强，镀膜层厚度1～2um，厚度均匀无漏镀现象，导电性能好，为后续二次电泳打下良好基础。

Description

一种生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆及其应用
技术领域
本发明属于金属装饰性表面处理技术领域，尤其涉及一种生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆及其应用。
背景技术
金属装饰性表面处理方法有电镀、涂装、氧化着色、电解抛光等方法，这些方法已广泛应用于工业、民用、国防、航空等科技领域，和我们的生活息息相关。但这些金属装饰性处理往往要先进行打磨、抛光得到光亮的基材表面，这些机械处理方法会产生大量粉尘，对人体健康、环境有害；表面处理需要用到化工原料，生产中会产生大量含重金属、氰化物、酸碱、有机物、有机挥发溶剂等对人体有害的废水、废渣和废气，虽然“三废”处理技术越来越先进，环保管理执法越来越严格，但要彻底根治却非常困难，严重影响了人们的身体健康。电镀在装饰性领域应用也非常广泛，能得到镜面光亮的高装饰性外观，金属质感强，外观颜色主要有银白、金黄、枪黑三种，色彩品种显得单一，难以满足当今人们追求多种色彩、个性化的需求。
电泳漆、真空电镀等装饰性绿色环保金属表面处理新工艺已得到越来越多的应用。电泳漆彩色品种齐全，外观透明光亮，但缺乏金属质感，一般是先电镀再上电泳漆，才能达到具金属质感的高装饰性要求，这样一来仍然离不开电镀，环保问题同样得不到解决。真空电镀镀层薄，对金属表面起不到填平、光亮作用，真空电镀前必需精抛光，为了得到结合力良好的光亮真空镀层，还必须先喷涂一层底漆，真空电镀后再喷涂一层面漆，起到保护镀层和上色作用，但喷涂材料利用率低成本高，需高温固化，产生大量的VOC有毒气体，工人操作环境差，不节能不环保。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆及其应用，旨在解决电镀色彩单一，产生大量有毒废水，喷涂、电泳漆、真空电镀等金属表面处理工艺单独使用缺乏电镀具有的强烈金属质感，喷涂作为真空电镀的打底层材料利用率低成本高，产生VOC有毒气体，工人操作环境差，不节能不环保的问题。
本发明是这样实现的，一种生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆，所述生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆按照质量百分数由丙烯酸合成树脂40％～60％、固化剂15％～20％、助溶剂15％～20％、引发剂3％～6％、中和剂5％～10％和去离子水10％～15％组成；
所述固化剂为封闭聚异氰酸酯，助溶剂为醇醚类有机溶剂，引发剂为偶氮二异丁腈，中和剂为乳酸、冰醋酸。
进一步，所述丙烯酸合成树脂的基础配方按照质量百分数由：甲基丙烯酸甲酯15％～30％、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯20％～30％、甲基丙烯酸丁酯10％～15％、丙烯酸丁酯20％～30％和2-甲基丙烯酸-2-羟乙酯10％～15％组成。
树脂制备方法为：在反应釜中加入以上单体总质量的60％～70％的醇醚类有机溶剂，升温到80～85℃，将按上述配方配制的单体和适量偶氮二异丁腈引发剂的混合液在2～3h内滴加到反应釜中，保温1～2h，至单体转化率大于99％后降温，出料，过滤，备用，树脂合成步骤完成。
进一步，所述生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆按照质量百分数由丙烯酸合成树脂40％～60％、固化剂15％～20％、助溶剂15％～20％、光引发剂2％～6％、中和剂2％～7％、流平剂0.01％～1％和去离子水10～15％组成；
所述固化剂为封闭异佛尔酮二异氰酸酯，助溶剂为乙酸乙酯或乙酸丁酯，光引发剂为1173、184复配，中和剂为乳酸或冰醋酸，流平剂为聚丙烯酸酯类或改性磷酸酯类。
进一步，所述丙烯酸合成树脂基础配方按照质量百分数由N-甲基二乙醇胺10％～20％、季戊四醇三丙烯酸酯20％～30％、甲基丙烯酸-β-羟乙酯15％～25％和丙烯酸丁酯15％～30％组成。树脂制备方法为：在反应釜中加入以上单体总质量的60％～70％的醇醚类有机溶剂，升温到80～90℃，将按上述配方配制的单体混合物和适量锡类或有机铋催化剂在2～3h内滴加到反应釜中，保温2～3h，加入封闭异佛尔酮二异氰酸酯固化剂，保温1h，降温到60℃后，加中和剂、光引发剂和流平剂，搅拌均匀即制得紫外光固化阳离子型丙烯酸阴极电泳树脂。
本发明的另一目的在于提供一种所述生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆的应用方法，所述应用方法包括以下步骤：
(1)根据不同基材和材料表面状况进行不同的前处理，包括机械清理、除油、除锈、浸蚀、水洗；
(2)纯水清洗，纯水电导率小于5us/cm，时间：10～20s；
(3)阴极电泳采用热固型丙烯酸阴极电泳工艺，电泳漆施工工艺参数：阴极电泳槽液固含量8％～12％、pH值4.0～5.0、电导率300～600us/cm、槽液温度26～30℃、电泳电压20～120v、电泳时间10～120s；
(4)热固化：温度：150～170℃时间：30min；
(5)真空电镀：先等离子体辐照处理，所用气体为Ar/O2混合气，流量50～400SCCM，体积比95:5～50:50，真空镀1～5×102Pa，等离子辐照功率不高于1Kw，辐照时间10～15min；辐照完成后恢复真空室真空度至3×10-4Pa，在不破坏真空的情况下进行脉冲磁控溅射镀金属膜，采用的靶材有铝、钛、锌、铬或其合金，工作气体为高纯Ar气，气体流量60～300SCCM，脉冲电源频率10～18KHz，占空比30％～50％，功率小于9Kw，靶基距5～8cm，施镀时间10min，膜厚1～2um，完成镀膜后，恢复真空室真空至3×10-4Pa，，或通入Ar气，待工件冷却后出真空炉；
(6)阴极电泳采用热固型丙烯酸阴极电泳工艺，电泳漆施工工艺参数：阴极电泳槽液固含量8％～12％、pH值4.0～5.0、电导率300～600us/cm、槽液温度26～30℃、电泳电压20～120v、电泳时间10～120s；有色色浆加入无色电泳漆槽液中，电泳得到彩色电泳漆透明膜层。
本发明的另一目的在于提供一种所述生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆的应用方法，所述应用方法包括以下步骤：
(1)根据不同基材和材料表面状况进行不同的前处理，包括机械清理、除油、除锈、浸蚀、水洗；
(2)纯水清洗，纯水电导率小于5us/cm，时间：10～20s；
(3)阴极电泳采用UV固化丙烯酸阴极电泳工艺，UV固化丙烯酸阴极电泳工艺参数及工作条件：阴极电泳槽液固含量8％～12％、pH值4.0～5.0、电导率300～900us/cm、槽液温度26～30℃、电泳电压30～80v、电泳时间15～60s；
(4)UV固化：先温度70～80℃预烘20min，然后使用3500mj/cm2LED-
UV固化机光源辐照固化，辐照时间1～2min；
(5)真空电镀：先等离子体辐照处理，所用气体为Ar/O2混合气，流量50～400SCCM，体积比95:5～50:50，真空镀1～5×102Pa，等离子辐照功率不高于1Kw，辐照时间10～15min；辐照完成后恢复真空室真空度至3×10-4Pa，在不破坏真空的情况下进行脉冲磁控溅射镀金属膜，采用的靶材有铝、钛、锌、铬或其合金，工作气体为高纯Ar气，气体流量60～300SCCM，脉冲电源频率10～18KHz，占空比30％～50％，功率小于9Kw，靶基距5～8cm，施镀时间10min，膜厚1～2um，完成镀膜后，恢复真空室真空至3×10-4Pa，或通入Ar气，待工件冷却后出真空炉；
(6)阴极电泳采用UV固化丙烯酸阴极电泳工艺，电泳漆施工工艺参数：阴极电泳槽液固含量8％～12％、pH值4.0～5.0、电导率300～600us/cm、槽液温度26～30℃、电泳电压20～120v、电泳时间10～120s；有色色浆加入无色电泳漆槽液中，电泳得到彩色电泳漆透明膜层。
本发明的另一目的在于提供一种涂有所述生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆的按键。
本发明的另一目的在于提供一种涂有所述生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆的灯罩。
本发明的另一目的在于提供一种涂有所述生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆的水龙头。
本发明的另一目的在于提供一种涂有所述生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆的锁具。
本发明提供的生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆及其应用，金属经过除油、除锈简单前处理上一层电泳漆，在电泳底漆上再真空电镀一层薄的金属膜，面层仍采用透明电泳漆保护，金属经这样处理能得到光亮、防腐耐磨、结合力良好、具金属质感的复合涂层，外观、性能能达到金属装饰电镀的效果，可以直接替代金属装饰电镀，可广泛应用于数码、相机、手机、灯饰、卫浴、五金等装饰性领域，如按键、边框、外壳、灯罩、水龙头、锁具等产品。本发明采用热固型或者UV固化阳离子型丙烯酸阴极电泳工艺，电泳漆流平性好，外观光亮平整，泳透力高，达70％以上，对基材的遮盖力强，轻微擦划伤痕、小砂眼完全被遮盖，基材结合力好，百格法检测结合力为0级，所得膜层柔韧性特别好，耐冲击50cm，非常适合后续的真空电镀；真空电镀采用脉冲磁控溅射真空镀铝方法，优选了高纯铝作为镀料，成本低，沉积速度快，膜层银白色，可以达到镜面光亮，金属质感强，镀膜层厚度1～2um，厚度均匀无漏镀现象，导电性能好，为后续二次电泳打下良好基础。面层电泳漆工艺仍然采用热固型或者UV固化阳离子型丙烯酸阴极电泳工艺，和底层附着力好，硬度高、光亮度好，耐磨性、耐水性、耐溶剂性好，防腐性能优良，百格法检测结合力为0级，铅笔硬度达3H，光泽度(60°)可达90％，耐冲击50cm，中性盐雾240H以上，耐水性48H，耐丙酮擦拭来回200次；面层电泳漆无色透明，如在电泳漆中加入彩色色浆，可以得到五彩炫丽的多色彩外观，解决了装饰性电镀色彩单一的问题；电泳漆工艺简单、适合连续生产，材料利用率高，达到了95％以上，可以替代贵金属电镀，成本大大降低，几乎没有VOC挥发，废水带出量也很少，可以达到零排放，UV固化温度低、不超过85℃，固化速度快，1～2min可以完全固化，能适用多种金属基材，特别是热敏性基材，既节能又环保；真空电镀采用真空蒸镀、磁控溅射或离子溅射等工艺，没有废水、废气产生，干净环保。
本发明采用电泳漆加真空电镀工艺方法，工艺先进，不仅解决了结合力、开裂、漏镀、变色等问题，电泳漆、真空电镀也已基本实现了批量化连续生产，完全可以替代装饰性电镀，形成产业化。
附图说明
图1是本发明实施例提供的生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆应用方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
本发明实施例的生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆按照质量百分数由丙烯酸合成树脂40％～60％、固化剂15％～20％、助溶剂15％～20％、引发剂3％～6％、中和剂5％～10％和去离子水10～15％组成。
其中丙烯酸合成树脂基础配方按照质量百分数由：甲基丙烯酸甲酯15％～30％、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯20％～30％、甲基丙烯酸丁酯10％～15％、丙烯酸丁酯20％～30％和2-甲基丙烯酸-2-羟乙酯10％～15％组成。
所述固化剂为封闭聚异氰酸酯，助溶剂为醇醚类有机溶剂，引发剂为偶氮二异丁腈，中和剂为乳酸、冰醋酸等有机酸。
本发明实施例的生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆按照质量百分数由丙烯酸合成树脂40％～60％、固化剂15％～20％、助溶剂15％～20％、光引发剂2％～6％、中和剂2％～7％、流平剂0.01％～1％和去离子水10～15％组成。
其中丙烯酸合成树脂基础配方按照质量百分数由N-甲基二乙醇胺10％～20％、季戊四醇三丙烯酸酯20％～30％、甲基丙烯酸-β-羟乙酯15％～25％和丙烯酸丁酯15％～30％组成。
所述固化剂为封闭异佛尔酮二异氰酸酯，助溶剂为乙酸乙酯或乙酸丁酯，光引发剂为1173、184复配，中和剂为乳酸、冰醋酸等有机酸，流平剂为聚丙烯酸酯类或者改性磷酸酯类。
如图1所示，本发明实施例的生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆应用方法包括以下步骤：
S101：金属(钢铁件、铜合金、锌合金、铝合金、镁合金、不锈钢等)经前处理后除油除锈；
S102：电泳一层UV固化(或者热固化)阴极电泳漆作为打底层，底层上再进行真空电镀赋予薄的金属镀层；
S103：最后再电泳一层透明UV固化(或者热固化)阴极电泳漆作为面层。
下面能结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。
实施例1
1、主要工艺流程
金属件→前处理→纯水洗→阴极电泳→纯水洗→固化→真空电镀→纯水洗→阴极电泳→纯水洗→固化→成品。
2、详细实施步骤
(1)前处理
根据不同基材和材料表面状况进行不同的前处理，主要包括简单机械清理、除油、除锈、浸蚀、水洗等。
(2)纯水洗，纯水清洗，要求纯水电导率小于5us/cm，时间：10～20s。
(3)阴极电泳(底漆)
根据不同基材，阴极电泳采用热固型丙烯酸阴极电泳工艺或UV固化丙烯酸阴极电泳工艺。
①热固型丙烯酸阴极电泳工艺电泳漆成分：
其中丙烯酸合成树脂基础配方：
所述固化剂为封闭聚异氰酸酯，助溶剂为醇醚类有机溶剂，引发剂为偶氮二异丁腈，中和剂为乳酸、冰醋酸等有机酸。
电泳漆施工工艺参数：
热固型丙烯酸阴极电泳工艺参数及工作条件
②UV固化丙烯酸阴极电泳工艺
电泳漆成分：
其中丙烯酸合成树脂基础配方：
所述固化剂为封闭异佛尔酮二异氰酸酯，助溶剂为乙酸乙酯或乙酸丁酯，光引发剂为1173、184复配，中和剂为乳酸、冰醋酸等有机酸，流平剂为聚丙烯酸酯类或者改性磷酸酯类。
电泳漆施工工艺参数：
UV固化丙烯酸阴极电泳工艺参数及工作条件
底漆膜层厚度10～20um，可以完全遮盖基材砂眼、针孔和轻微擦、划伤痕，得到平整光滑、柔韧性好的表面，为真空电镀打下坚实的基础。
(4)固化：热固化：温度：150～170℃时间：30min；
LED-UV固化：先温度70～80℃预烘20min，然后使用3500mj/cm2 LED-UV固化机辐照固化，辐照时间1～2min。
(5)真空电镀
先等离子体辐照处理，所用气体为Ar/O2混合气，流量50～400SCCM，体积比95:5～50:50，真空镀1～5×102Pa，等离子辐照功率不高于1Kw，辐照时间10～15min；辐照完成后恢复真空室真空度至3×10-4Pa，在不破坏真空的情况下进行脉冲磁控溅射镀金属膜，采用的靶材有铝、钛、锌、铬或其合金，工作气体为高纯Ar气，气体流量60～300SCCM，脉冲电源频率10～18KHz，占空比30％～50％，功率小于9Kw，靶基距5～8cm，施镀时间10min，膜厚1～2um，完成镀膜后，恢复真空室真空至3×10-4Pa，，或通入Ar气，待工件冷却后出真空炉。真空电镀镀层结晶精细、致密，达到镜面光亮，热膨胀能与底漆很好地匹配，基材表面温度也不高，不易产生黄变和开裂，很好地解决了附着力的问题，也为面层电泳打下了良好的基础，使复合膜层有高装饰性金属质感。
(6)阴极电泳(面漆)
同(3)。但在膜层厚度、硬度、柔韧性、光亮度等方面工艺控制参数有所调整，确保面层外观、性能达到使用要求。配制有色色浆加入无色电泳漆槽液中，可以电泳得到彩色电泳漆透明膜层，颜色主要有金色、黄色、紫色、蓝色，还可以做成仿古色，花色品种远多于装饰电镀，满足装饰性领域人们个性化的需求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆，其特征在于，所述生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆按照质量百分数由丙烯酸合成树脂40％～60％、固化剂15％～20％、助溶剂15％～20％、引发剂3％～6％、中和剂5％～10％和去离子水10～15％组成；
所述固化剂为封闭聚异氰酸酯，助溶剂为醇醚类有机溶剂，引发剂为偶氮二异丁腈，中和剂为乳酸、冰醋酸。
2.如权利要求1所述的生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆，其特征在于，所述丙烯酸合成树脂的基础配方按照质量百分数由：甲基丙烯酸甲酯15％～30％、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯20％～30％、甲基丙烯酸丁酯10％～15％、丙烯酸丁酯20％～30％和2-甲基丙烯酸-2-羟乙酯10％～15％组成。
3.如权利要求1所述的生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆，其特征在于，所述生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆按照质量百分数由丙烯酸合成树脂40％～60％、固化剂15％～20％、助溶剂15％～20％、光引发剂2％～6％、中和剂2％～7％、流平剂0.01％～1％和去离子水10～15％组成；
所述固化剂为封闭异佛尔酮二异氰酸酯，助溶剂为乙酸乙酯或乙酸丁酯，光引发剂为1173、184复配，中和剂为乳酸或冰醋酸酸，流平剂为聚丙烯酸酯类或者改性磷酸酯类。
4.如权利要求3所述的生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆，其特征在于，所述丙烯酸合成树脂的基础配方按照质量百分数由N-甲基二乙醇胺10％～20％、季戊四醇三丙烯酸酯20％～30％、甲基丙烯酸-β-羟乙酯15％～25％和丙烯酸丁酯15％～30％组成。
5.一种如权利要求1所述生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆的应用方法，其特征在于，所述应用方法包括以下步骤：
(1)根据不同基材和材料表面状况进行不同的前处理，包括机械清理、除油、除锈、浸蚀、水洗；
(2)纯水清洗，纯水电导率小于5us/cm，时间：10～20s；
(3)阴极电泳采用热固型丙烯酸阴极电泳工艺，电泳漆施工工艺参数：阴极电泳槽液固含量8％～12％、pH值4.0～5.0、电导率300～600us/cm、槽液温度26～30℃、电泳电压20～120v、电泳时间10～120s；
(4)热固化：温度：150～170℃时间：30min；
(5)真空电镀：先等离子体辐照处理，所用气体为Ar/O2混合气，流量50～400SCCM，体积比95:5～50:50，真空镀1～5×102Pa，等离子辐照功率不高于1Kw，辐照时间10～15min；辐照完成后恢复真空室真空度至3×10-4Pa，在不破坏真空的情况下进行脉冲磁控溅射镀金属膜，采用的靶材有铝、钛、锌、铬或其合金，工作气体为高纯Ar气，气体流量60～300SCCM，脉冲电源频率10～18KHz，占空比30％～50％，功率小于9Kw，靶基距5～8cm，施镀时间10min，膜厚1～2um，完成镀膜后，恢复真空室真空至3×10-4Pa，，或通入Ar气，待工件冷却后出真空炉；
(6)阴极电泳采用热固型丙烯酸阴极电泳工艺，电泳漆施工工艺参数：阴极电泳槽液固含量8％～12％、pH值4.0～5.0、电导率300～600us/cm、槽液温度26～30℃、电泳电压20～120v、电泳时间10～120s；有色色浆加入无色电泳漆槽液中，电泳得到彩色电泳漆透明膜层。
6.一种如权利要求3所述生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆的应用方法，其特征在于，所述应用方法包括以下步骤：
(1)根据不同基材和材料表面状况进行不同的前处理，包括机械清理、除油、除锈、浸蚀、水洗；
(2)纯水清洗，纯水电导率小于5us/cm，时间：10～20s；
(3)阴极电泳采用UV固化丙烯酸阴极电泳工艺，UV固化丙烯酸阴极电泳工艺参数及工作条件阴极电泳槽液固含量8％～12％、pH值4.0～5.0、电导率300～900us/cm、槽液温度26～30℃、电泳电压30～80v、电泳时间15～60s；
(4)UV固化：先温度70～80℃预烘20min，然后使用3500mj/cm2LED-UV固化机辐照固化，辐照时间1～2min；
(5)真空电镀：先等离子体辐照处理，所用气体为Ar/O2混合气，流量50～400SCCM，体积比95:5～50:50，真空镀1～5×102Pa，等离子辐照功率不高于1Kw，辐照时间10～15min；辐照完成后恢复真空室真空度至3×10-4Pa，在不破坏真空的情况下进行脉冲磁控溅射镀金属膜，采用的靶材有铝、钛、锌、铬或其合金，工作气体为高纯Ar气，气体流量60～300SCCM，脉冲电源频率10～18KHz，占空比30％～50％，功率小于9Kw，靶基距5～8cm，施镀时间10min，膜厚1～2um，完成镀膜后，恢复真空室真空至3×10-4Pa，或通入Ar气，待工件冷却后出真空炉；
(6)阴极电泳采用热固型丙烯酸阴极电泳工艺，电泳漆施工工艺参数：阴极电泳槽液固含量8％～12％、pH值4.0～5.0、电导率300～600us/cm、槽液温度26～30℃、电泳电压20～120v、电泳时间10～120s；有色色浆加入无色电泳漆槽液中，电泳得到彩色电泳漆透明膜层。
7.一种涂有权利要求1-4任意一项所述生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆的按键。
8.一种涂有权利要求1-4任意一项所述生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆的灯罩。
9.一种涂有权利要求1-4任意一项所述生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆的水龙头。
10.一种涂有权利要求1-4任意一项所述生产复合涂层用丙烯酸阴极电泳漆的锁具。
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