DE202022104348U9 - UV-härtende kathodische elektrophoretische Beschichtung auf Wasserbasis - Google Patents

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Abstract

UV-härtende kathodische elektrophoretische Beschichtung auf Wasserbasis, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung ein photoempfindliches Harz auf Polyurethanbasis und eine Photoinitiatorkomponente umfasst; wobei das Rohmaterial zur Herstellung des photoempfindlichen Harzes auf Polyurethanbasis die folgenden Komponenten enthält: Isocyanat-Monomer, Polyetherpolyol, Polyol-Kettenverlängerer, Endverkappungsmittel, Neutralisator, Polymerisationsinhibitor und Katalysator.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Polymermaterialien, insbesondere eine UV-härtende kathodische elektrophoretische Beschichtung auf Wasserbasis.
  • Stand der Technik
  • Die Korrosion und Oxidation von Metallen können in vielen Aspekten des Lebens Probleme verursachen, und die Metallbeschichtung bietet ein wirksames Verfahren zur Lösung dieses Problems. Die Bildung der Metallbeschichtung wird hauptsächlich in zwei Verfahren unterteilt: das erste ist das chemische Plattierungsverfahren, dessen Prinzip darin besteht, das Filmmaterial unter Verwendung des chemischen Reduktionsverfahrens in eine Lösung herzustellen, damit es schnell an der Reduktionsreaktion teilnimmt und dann nach der Reduktion auf der Oberfläche des bearbeiteten Teils abgelagert wird. Das Problem des chemischen Plattierungsverfahrens besteht darin, dass die Beschichtung nicht leicht zu kontrollieren ist, was leicht zu Unebenheiten führt, die Bindungsfestigkeit mit dem Substrat schlecht ist und gleichzeitig eine große Menge an Abfallflüssigkeit erzeugt wird, was zu ernsthafter Umweltverschmutzung führt; das zweite Verfahren ist das Elektrophoreseverfahren, das das Prinzip verwendet, dass kolloidale Teilchen unter Wirkung eines elektrischen Feldes Elektrophorese erzeugen können, so dass das Matrixharz in der elektrophoretischen Beschichtung im Wasser in geladene ionische Polymere dissoziiert wird, die sich unter Wirkung des elektrischen Feldes jeweils zur Elektrode mit der entgegengesetzten Polarität bewegen und auf der Oberfläche der Elektrode abgelagert werden, um einen Farbfilm zu bilden. Im Gegensatz dazu haben die elektrophoretischen Beschichtungen viele Vorteile. Z.B. stellt das meiste Lösungsmittel von Beschichtungen Wasser dar. Aus Sicht der Sicherheit und nationaler Anforderungen an den Umweltschutz haben Beschichtungen auf Wasserbasis einen großen Raum für Wachstum. Da die Filmbildung außerdem durch die Elektroabscheidung realisiert wird, kann es auf Komponenten mit komplexen Formen mit gleichmäßiger Filmbildung und starker Haftung aufgetragen werden. Elektrophoretische Beschichtungen umfassen anodische elektrophoretische Beschichtungen und kathodische elektrophoretische Beschichtungen. Das Problem der anodischen elektrophoretischen Beschichtungen besteht darin, dass das Anodenmaterial leicht korrodiert und der Elektrolyt instabil ist. Im Vergleich zu dem anodischen elektrophoretischen Lack korrodiert die kathodische elektrophoretische Beschichtung die Elektroden nicht und hat eine ausgezeichnete Rostbeständigkeit. Daher gibt es viele Studien zum kathodischen elektrophoretischen Lack. Z.B. wird im Patent CN104945590A das Isocyanat-Trimer von endverkapptem Typ als Vernetzungsmittel verwendet, und es wird mit dem kationischen Hydroxyl-terminierten Polyurethanharz gemischt, um das Hydroxyl-terminierte modifizierte Polyurethan-Elektrophoreselack herzustellen. Die Nachbehandlung des elektrophoretischen Lacks erfordert jedoch eine thermische Härtung und Vernetzung, dabei bestehen eine hohe Trocknungstemperatur und ein hoher Energieverbrauch. Das offengelegte japanische Patent Nr. sho63(1988)-69882 verwendet Polyol, das eine Hydroxysäuregruppe oder eine Sulfonsäuregruppe enthält, als hydrophilen Kettenverlängerer, um ein selbstemulgiertes anionisches Polyurethanharz auf Wasserbasis herzustellen, und die Härte der daraus hergestellten Polyurethanbeschichtung ist relativ niedrig, die Gesamtleistung ist noch unbefriedigend. In dem Patent US6232364 wird die UV-härtende Beschichtung der kationischen Elektroabscheidung des Polyurethantyps verwendet, die an der synthetischen Hauptkettenstruktur das tertiäre Amindiol als salzbildende Gruppe enthält, wenn das Prepolymer dieser Art von elektrophoretischer Polyurethanbeschichtung dispergiert wird, kann leicht ein Teil der hydrophilen Gruppe aufgrund der Wicklung von Polyurethanmolekülen leicht in die Polyurethanpartikel eingewickelt werden, was den Wasserdispersionseffekt beeinträchtigt. Dazu müssen mehr Monomere verwendet werden, die tertiäre Amine enthalten, was nicht nur riecht, sondern auch eine schlechte Leistung der Farbfilms hat. Die elektrophoretische Beschichtung muss sich als eine grüne und umweltfreundliche Beschichtung auch in Richtung niedriger Kosten, ohne Schwermetalle, niedrige Härtungstemperatur, hohe Lagerstabilität usw. entwickeln, und die bestehende Technologie kann die oben genannten Mängel nicht überwinden und die Anforderungen der Industrie erfüllen. Darüber hinaus ist die Härtungstemperatur der UV-Härtungstechnologie nicht hoch, was besonders für wärmeempfindliche Substrate geeignet ist; die Härtungsgeschwindigkeit ist hoch, was die Produktionseffizienz erheblich verbessern kann; es ist kein Lösungsmittel erforderlich, die Umweltverschmutzung ist gering und der Energieverbrauch ist niedrig; und durch die Anpassung des Verhältnisses zwischen dem Harz und dem reaktiven Monomerverdünner können die Eigenschaften des Lackfilms geändert werden, was die Mängel des elektrophoretischen Lacks gerade ausgleichen kann.
  • Daher kann die Entwicklung eines photohärtbaren kathodischen elektrophoretischen Lacks, der die Vorteile sowohl des kathodischen elektrophoretischen Lacks als auch des UV-härtenden Lacks kombiniert, nicht nur den Anwendungsbereich des elektrophoretischen Lacks weiter verbreitern, sondern auch dem Entwicklungstrend der Umweltfreundlichkeit entsprechen, was zu einer neuen Richtung der Entwicklung der elektrophoretischen Lacks geworden ist.
  • Inhalt der Erfindung
  • Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Mängel aus dem Stand der Technik zu überwinden und eine UV-härtende kathodische elektrophoretische Beschichtung auf Wasserbasis zur Verfügung zu stellen. Die vorliegende Erfindung realisiert ein hocheffizientes UV-Härten und hat im Vergleich zu einem thermischen Härten die Vorteile einer hohen Effizienz, eines niedrigen Energieverbrauchs und einer extrem niedrigen VOC-Emission. Gleichzeitig hat der hergestellte Lackfilm eine gute Flexibilität und Härte.
  • Um das obige Ziel zu erreichen, verwendet die vorliegende Erfindung die folgende technische Lösung : eine UV-härtende kathodische elektrophoretische Beschichtung auf Wasserbasis, wobei die Beschichtung ein photoempfindliches Harz auf Polyurethanbasis und eine Photoinitiatorkomponente umfasst; und wobei das Rohmaterial zur Herstellung des photoempfindlichen Harzes auf Polyurethanbasis die folgenden Komponenten enthält: Isocyanat-Monomer, Polyetherpolyol, Polyol-Kettenverlängerer, Endverkappungsmittel, Neutralisator, Polymerisationsinhibitor und Katalysator.
  • Diese technische Lösung verwendet Isocyanat-Monomer, Polyetherpolyol, Polyol-Kettenverlängerer, Endverkappungsmittel, Neutralisator, Polymerisationsinhibitor, Katalysator und Photoinitiator als Rohmaterialien, durch die Reaktion zwischen der Isocyanatgruppe am Isocyanat-Monomer und der Hydroxylgruppen am Polyetherpolyol, Polyol-Kettenverlängerer und Endverkappungsmittel werden die photohärtbare Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung der aktiven Gruppe und die hydrophile Gruppe auf die lange Kette des Polyurethans gepfropft, um ein photoempfindliches Harz auf Polyurethanbasis zu erhalten. Die mit einem photoempfindlichen Harz auf Polyurethanbasis und einem Initiator gemischte Beschichtung hat eine gute elektrische Leitfähigkeit und Wasserlöslichkeit, um die Anforderungen der elektrophoretischen Beschichtung zu erfüllen. Gleichzeitig weist die Beschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zur herkömmlichen Beschichtung auf Wasserbasis eine höhere Polymerisationsgeschwindigkeit auf, und durch die UV-Härtung ist der Härtungsprozess energiesparender und umweltfreundlicher. Die tertiäre Amingruppe in dem photoempfindlichen Harz auf Polyurethanbasis ist alkalisch. Wenn dem System ein Säureneutralisierer wie Eisessig zugesetzt wird, wird die Reaktion der Neutralisation und Salzbildung durchgeführt, so dass das synthetisierte Polyurethanprepolymer eine gute Wasserlöslichkeit und Stabilität aufweist. Die Beschichtung der vorliegenden Erfindung hat die Vorteile sowohl einer UV-härtenden Beschichtung als auch einer elektrophoretischen Beschichtung. Während des Aufbaus wird die Beschichtung zuerst durch die Elektrophorese aufgetragen und dann schnell durch UV-Licht gehärtet. Die hergestellte Beschichtung hat eine hohe Härte, eine gute Haftung und eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Wasser und Lösungsmittel. Sie weist eine gute Schutzwirkung für das Metallsubstrat auf und zeigt gute Anwendungsaussichten im Bereich der Metallbeschichtungen.
  • Als eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in der UV-härtenden kathodischen elektrophoretischen Beschichtung auf Wasserbasis das Isocyanat-Monomer ein Isocyanat-Monomer mit einer Funktionalität von 2, umfassend zumindest eines vom Isophorondiisocyanat, Toluoldiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat und Diphenylmethandiisocyanat.
  • Die Erfinder haben durch die Forschungen herausgefunden, dass aus unterschiedlichen Monomeren synthetisierte Polyurethane bestimmte Leistungsunterschiede aufweisen, insbesondere wenn sie als elektrophoretische Beschichtungen verwendet werden, was einen großen Einfluss auf die Ebenheit des Lackfilms hat. Die unter Verwendung des bevorzugten Monomers der vorliegenden Erfindung hergestellte Beschichtung hat eine gute Ebenheit und einen glatten Lackfilm, unter denen der Toluoldiisocyanat-Lackfilm die beste Leistung hat.
  • Als eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Polyetherpolyol in der UV-härtenden kathodischen elektrophoretischen Beschichtung auf Wasserbasis Polytetrahydrofurandiol und/oder Polyethylenglykol.
  • Als eine weiter bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Polyetherpolyol in der UV-härtenden kathodischen elektrophoretischen Beschichtung auf Wasserbasis zumindest eines von PTMG-1000, PTMG-2000, PEG-600 und PEG-1000.
  • Als eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Polyol-Kettenverlängerer in der UV-härtenden kathodischen elektrophoretischen Beschichtung auf Wasserbasis einen Polyesterdiol-Kettenverlängerer und/oder N-Methyldiethanolamin.
  • Als eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Polyol-Kettenverlängerer in der UV-härtenden kathodischen elektrophoretischen Beschichtung auf Wasserbasis 3-Dimethylamino-1,2-Propandiol.
  • Die Erfinder haben durch die Forschungen herausgefunden, dass der in der vorliegenden Erfindung verwendete Polyol-Kettenverlängerer 3-Dimethylamino-1,2-Propandiol verwendet. Im Vergleich mit den üblicherweise verwendeten Kettenverlängerern, die Amingruppen in den Seitenketten enthalten, verwendet die vorliegende Erfindung die Kettenverlängerer, die Amingruppen in der Hauptkette enthalten, und die erhaltene Beschichtung hat eine gute Wasserlöslichkeit, eine enge und gleichförmige Teilchengrößenverteilung der Emulsion und einen kleineren Partikeldurchmesser, der jeweils kleiner als 30 nm ist, wodurch eine gute Dispersionsgleichmäßigkeit und Wasserlöslichkeit erzielt werden.
  • Als eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Endverkappungsmittel in der UV-härtenden kathodischen elektrophoretischen Beschichtung auf Wasserbasis Hydroxyethylacrylat und/oder Hydroxyethylmethacrylat.
  • Die Erfinder haben durch die Forschungen herausgefunden, dass die Verwendung von Hydroxyethylacrylat und/oder Hydroxyethylmethacrylat als Endverkappungsmittel eine photopolymerisierbare Vinylgruppe in das Polyurethanprepolymer einführen kann, um ein photoempfindliches Harz auf Polyurethanbasis herzustellen. Im Vergleich zu gewöhnlichem Polyurethan auf Wasserbasis ist das photoempfindliche Harz auf Polyurethanbasis umweltfreundlicher und energiesparender beim Aushärten und hat eine hohe Polymerisationsgeschwindigkeit. Es kann vollständig ausgehärtet werden, wenn es mit einer Lichtintensität von 30 mW/cm2 für 25-60 s bestrahlt wird, was die Konstruktionseffizienz erheblich verbessern kann.
  • Als eine weiter bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt in der UV-härtenden kathodischen elektrophoretischen Beschichtung auf Wasserbasis das Molverhältnis zwischen dem Isocyanat-Monomer und dem Endverkappungsmittel (5,5-1,5):1.
  • Die Erfinder haben durch die Forschungen herausgefunden, dass die Schlagfestigkeit, Härte und Korrosionsbeständigkeit mit der Menge des Endverkappungsmittels zusammenhängt, das den Komponenten zugesetzt wird, je mehr Endverkappungsmittel im bevorzugten Bereich der vorliegenden Erfindung zugesetzt wird, desto höher ist die Vernetzungsdichte und desto besser sind die Schlagfestigkeit, Härte und Korrosionsbeständigkeit.
  • Als eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Neutralisator in der UV-härtenden kathodischen elektrophoretischen Beschichtung auf Wasserbasis Eisessig und/oder Acrylsäure.
  • Die Erfinder haben durch die Forschungen herausgefunden, dass das photoempfindliche Harzpolyurethan durch eine Neutralisationsreaktion mit Eisessig und Acrylsäure eine gute Wasserlöslichkeit und Lagerstabilität aufweist und stabil für mehr als einen Monat gelagert werden kann.
  • Als eine weiter bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt in der UV-härtenden kathodischen elektrophoretischen Beschichtung auf Wasserbasis das Molverhältnis zwischen dem Neutralisator und dem Polyol-Kettenverlängerer 1:1.
  • Die Erfinder haben durch die Forschungen herausgefunden, dass, wenn das Molverhältnis zwischen dem Neutralisator und dem Polyol-Kettenverlängerer 1:1 beträgt, die Neutralisationsreaktion zwischen der tertiären Amingruppe und der Säure vervollständigt wird und das gebildete Polyurethanprepolymer eine gute Wasserlöslichkeit zeigt.
  • Als eine weiter bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in der UV-härtenden kathodischen elektrophoretischen Beschichtung auf Wasserbasis das Verhältnis der molaren Menge des Isocyanat-Monomers zu der Summe der molaren Mengen des Polyetherpolyols und des Polyol-Kettenverlängerers: Isocyanat-Monomer:(Polyetherpolyol+Polyol-Kettenverlängerer) = (1,1-1,6): 1.
  • Als eine weiter bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in der UV-härtenden kathodischen elektrophoretischen Beschichtung auf Wasserbasis das Molverhältnis zwischen dem Polyetherpolyol und dem Polyol-Kettenverlängerer: Polyetherpolyol:Polyol-Kettenverlängerer = (0,8-1,5):1.
  • Die Erfinder haben durch die Forschungen herausgefunden, dass die elektrische Leitfähigkeit und Hydrophilie mit dem Gehalt am Diol-Kettenverlängerer in der Beschichtung zusammenhängen. Je mehr der Diol-Kettenverlängerer ist, desto besser sind die elektrische Leitfähigkeit und die Hydrophilie, im Gegenteil, desto schlechter ist die Wasserfestigkeit. Die Erfinder haben durch die Forschungen herausgefunden, dass die tertiäre Amingruppe am Polyol-Kettenverlängerer alkalisch ist und die Neutralisations- und Salzbildungsreaktion mit Säureneutralisatoren wie Eisessig dem synthetisierten Polyurethanprepolymer eine gute Wasserlöslichkeit verleihen kann.
  • Als eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Polymerisationsinhibitor mindestens eines von p-Hydroxyanisol, Hydrochinon und tert.-Butylbrenzcatechin.
  • Als eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Katalysator Dibutylzinndilaurat oder/und organisches Wismut.
  • Als eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Photoinitiator mindestens eines von Darocur 1173, TOPL, TPO und Photoinitiator 819.
  • Ein Herstellungsverfahren für eine obige UV-härtende kathodische elektrophoretische Beschichtung auf Wasserbasis umfasst die folgenden Schritte: (1) Vakuumdestillation des Polyetherpolyols, um ein vorbehandeltes Polyetherpolyol zu erhalten; (2) Mischen des vorbehandelten Polyetherpolyols mit dem Katalysator, Zugeben der Mischung zu dem Isocyanat-Monomer und Reagieren, bis der NCO-Gehalt den theoretischen Wert erreicht, was der Reaktionsendpunkt A darstellt;(3) nach Erreichen des Reaktionsendpunkts A wird der Polyol-Kettenverlängerer zu dem Produkt aus Schritt (1) zugegeben, und Reagieren, bis der NCO-Gehalt wieder den theoretischen Wert erreicht, was den Reaktionsendpunkt B darstellt;(4) nach Erreichen des Reaktionsendpunkts B werden das Endverkappungsmittel und der Polymerisationsinhibitor zu dem Produkt aus Schritt (3) zugegeben, und Reagieren bis zum Reaktionsendpunkt C, wenn der NCO-Gehalt auf 0 fällt;(5) nach Erreichen des Reaktionsendpunkts C wird der Neutralisator zu dem Produkt aus Schritt (4) zugegeben, Durchführen der Reaktion und dann Beenden;(6) Zugeben von entionisiertem Wasser zu dem Produkt aus Schritt (5) und Rühren, um ein photoempfindliches Harz auf Polyurethanbasis zu erhalten;(7) gleichmäßiges Mischen des wasserbasierten photoempfindlichen Harzes auf Polyurethanbasis und des Photoinitiators aus Schritt (6), um eine UV-härtende kathodische elektrophoretische Beschichtung auf Wasserbasis zu erhalten.
  • Als eine bevorzugte Ausführungsform sind in Schritt (1) des Herstellungsverfahrens die Bedingungen der Vakuumdestillation: Vakuumdestillation des Polyetherpolyols unter den Bedingungen von 80-100°C und 300-500 U/min für 2-3 h.
  • Als bevorzugte Ausführungsform werden in Schritt (2) des Herstellungsverfahrens das Polyetherpolyol und der Katalysator in den Trichter mit konstantem Druck zugegeben, wobei die Mischung unter den Bedingungen von 50-100°C und 200-600 U/min mit einer Geschwindigkeit von 2-3 Tropfen pro Sekunde in das Isocyanat-Monomer getropft wird, um die Pfropfreaktion durchzuführen.
  • Als eine bevorzugte Ausführungsform ist in Schritt (2) des Herstellungsverfahrens das organische Wismut organisches Wismut DY-20.
  • Als eine bevorzugte Ausführungsform macht die Masse des Katalysators in Schritt (2) des Herstellungsverfahrens 0,05-0,3 % der Gesamtmasse des Systems in Schritt (2) aus.
  • Als eine bevorzugte Ausführungsform wird die Reaktion in Schritt (3) des Herstellungsverfahrens bei 50-80°C und 200-500 U/min durchgeführt.
  • Als eine bevorzugte Ausführungsform wird in Schritt (4) des Herstellungsverfahrens ein Trichter mit konstantem Druck verwendet, um die Mischung des Endverkappungsmittels und des Polymerisationsinhibitors in das Reaktionsprodukt aus Schritt (3) mit einer Geschwindigkeit von 2-3 Tropfen pro Sekunde zu tropfen, wobei die Reaktion unter den Bedingungen von 60-70°C und 300-500 U/min durchgeführt wird.
  • Als eine bevorzugte Ausführungsform macht die Masse des Polymerisationsinhibitors in Schritt (4) des Herstellungsverfahrens 0,005-0,008% der Gesamtmasse des Systems in Schritt (4) aus.
  • Als eine bevorzugte Ausführungsform wird in Schritt (2-4) des Herstellungsverfahrens das Di-n-butylamin-Verfahren verwendet, um den NCO-Gehalt während der Reaktion zu titrieren.
  • Als eine bevorzugte Ausführungsform wird in Schritt (5) des Herstellungsverfahrens die Reaktion nach Zugabe eines Neutralisators bei 60-70°C und 300-500 U/min für 10 min durchgeführt und dann beendet.
  • Als eine bevorzugte Ausführungsform wird in Schritt (6) des Herstellungsverfahrens deionisiertes Wasser beim Rühren mit einer hohen Geschwindigkeit von 2000-3000 U/min zugegeben und dann die Mischung für 30 min gerührt.
  • Als eine bevorzugte Ausführungsform wird schließlich in Schritt (6) des Herstellungsverfahrens ein photoempfindliches Harz auf Polyurethanbasis mit einem Feststoffgehalt von 10-20% erhalten.
  • Als eine weiter bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt in der UV-härtenden kathodischen elektrophoretischen Beschichtung auf Wasserbasis das Massenverhältnis zwischen dem Photoinitiator und dem photoempfindlichen Harz auf Polyurethanbasis (1-5):(90-100).
  • Die Erfinder haben durch die Forschungen herausgefunden, dass, wenn das Massenverhältnis zwischen dem Photoinitiator und dem photoempfindlichen Harz auf Polyurethanbasis (1-5):(90-100) beträgt, die UV-Härtungsgeschwindigkeit der gebildeten Beschichtung hoch und die Effizienz der Beschichtungskonstruktion gut ist. Die vorliegende Beschreibung stellt weiterhin eine Anwendung einer obigen UV-härtenden kathodischen elektrophoretischen Beschichtung auf Wasserbasis zur Verfügung, umfassend die folgenden Schritte: (1) gleichmäßiges Mischen des photoempfindlichen Harzes auf Polyurethanbasis und des Photoinitiators, um eine UV-härtende kathodische elektrophoretische Beschichtung auf Wasserbasis zu erhalten;(2) Verwenden des zu plattierenden Metallsubstrats als eine Kathode, Verwenden der Beschichtung aus Schritt (1) zum Elektrophorese-Beschichten, um ein plattiertes Metallsubstrat zu erhalten;(3) Waschen, Trocknen und Brennen des plattierten Metallsubstrats in Schritt (2), anschließende doppelseitige Bestrahlungshärtung mit UV-Licht.
  • Als eine bevorzugte Ausführungsform wird in Schritt (2) der Anwendung die Beschichtung aus Schritt (1) in einen Elektrophoresebehälter eingebracht, wobei Weißblech als Anode und das zu plattierende Metallsubstrat als Kathode verwendet wird, und wobei das elektrophoretische Beschichten unter einer Gleichspannung von 100 V durchgeführt wird, und wobei der Elektrodenabstand 10 cm und die Elektrophoresezeit 3-5 min beträgt, um ein mit einem unlöslichen Farbfilm plattiertes Metallsubstrat zu erhalten.
  • Als eine bevorzugte Ausführungsform umfasst das Metallsubstrat in Schritt (2) der Anwendung zumindest eines vom Weißblech, Kupfer, Aluminium, Zink und Silber. Als eine bevorzugte Ausführungsform wird in Schritt (3) der Anwendung das mit einem unlöslichen Farbfilm plattierte Metallsubstrat aus Schritt (2) mit Wasser gewaschen, getrocknet, bei 80-100°C für 3 min gebrannt und danach in einer UV-Licht-Härtungsmaschine durch die beidseitige Bestrahlung gehärtet.
  • Im Vergleich zum Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung folgende Vorteile:
    • (1) die Beschichtung der vorliegenden Erfindung hat eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit, erfüllt vollständig die Anforderungen der Elektrophorese und kann für das Elektrophoresebeschichten verwendet werden;
    • (2) die Beschichtung der vorliegenden Erfindung kann durch die Bestrahlung für 25-60 s mit einer Lichtintensität von 30 mW/cm 2 vollständig gehärtet werden, der Härtungsprozess ist umweltfreundlicher und energiesparender, die Polymerisationsgeschwindigkeit ist hoch und die Konstruktionseffizienz wird stark verbessert;
    • (3) die vorliegende Erfindung kombiniert die Vorteile der elektrophoretischen Beschichtungstechnologie und der UV-Härtungstechnologie, und die hergestellte Metallbeschichtung hat eine hohe Härte, eine gute Haftung und eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Wasser und Lösungsmittel, sie weist eine gute Schutzwirkung für das Metallsubstrat auf, so dass die Metall eine ausgeprägte Korrosionsbeständigkeit und Schlagfestigkeit, und zeigt gute Anwendungsaussichten im Bereich der Metallbeschichtungen;
    • (4) die vorliegende Erfindung nutzt die Säure-Base-Neutralisations- und Salzbildungsreaktion der tertiären Amingruppe und des Neutralisators, so dass die Beschichtung eine gute Wasserlöslichkeit und elektrische Leitfähigkeit aufweist, gleichzeitig weist die Beschichtung eine gute Lagerstabilität auf und kann länger als einen Monat stabil gelagert werden, die Beschichtung der vorliegenden Erfindung ist umweltfreundlich und schadstofffrei und kommt einer nachhaltigen Entwicklung zugute.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt ein schematisches Diagramm der chemischen Reaktion zur Herstellung des wasserbasierten photoempfindlichen Harzes auf Polyurethanbasis gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • 2 zeigt ein Teilchengrößenverteilungsdiagramm der Emulsionen in den Ausführungsbeispielen 1-3.
    • 3 zeigt ein Diagramm der Schlagfestigkeitsleistung eines ersten Effektsbeispiels.
    • 4 zeigt ein Diagramm der Korrosionsbeständigkeitsleistung eines zweiten Effektsbeispiels.
  • Ausführliche Ausführungsformen
  • Im Zusammenhang mit spezifischen Ausführungsbeispielen und Vergleichsbeispielen wird die vorliegende Erfindung im Folgenden näher erläutert, damit die Ziele, die technischen Lösungen und die Vorteile der vorliegenden Erfindung klarer werden. Sofern nicht anders angegeben, sind die in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung erläuterten experimentellen Verfahren herkömmliche Verfahren; sofern nicht anders angegeben, können die Reagenzien und Materialien aus kommerziellen Quellen bezogen werden.
  • Die in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendeten Rohmaterialinformationen sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1 Rohmaterialinformationen der Ausführungsbeispiele 1-5
    Rohmaterialtyp Rohmaterialbezeichnung Rohmaterialmarkenname Rohmaterialhersteller
    Isocyanat-Monomer Isophorondiisocyanat -- Shanghai Aladdin GmbH
    Toluoldiisocyanat -- Shanghai Aladdin GmbH
    Hexamethylendiisocyanat -- Shanghai Aladdin GmbH
    Diphenylmethandiisocyanat -- Shanghai Aladdin GmbH
    Polyetherpolyol Polytetrahydrofurandiol PTMG--1000 Beijing Innochem Technologie GmbH
    Polytetrahydrofurandiol PTMG--2000 Beijing Innochem Technologie GmbH
    Polyethylenglykol PEG--600 Beijing Innochem Technologie GmbH
    Polyethylenglykol PEG--1000 Beijing Innochem Technologie GmbH
    Polyol-Kettenverlängerer 3 -Dimethylamino-1,2-Propandiol -- Shanghai Aladdin GmbH
    N-Methyldiethanolamin -- Shanghai Aladdin GmbH
    Endverkappungsmittel Hydroxyethylacrylat -- Shanghai Aladdin GmbH
    Hydroxyethylmethacrylat -- Shanghai Aladdin GmbH
    Neutralisator Eisessig -- Tianjin Damao Chemical Reagent Factory
    Acrylsäure -- Tianjin Damao Chemical Reagent Factory
    Katalysator Dibutylzinndilaurat DY--12 Shanghai Aladdin GmbH
    Organisches Wismut DY--20 Shanghai Aladdin GmbH
    Polymerisationsinhibitor Hydroxyanisol -- Shanghai Aladdin GmbH
    Hydrochinon -- Shanghai Aladdin GmbH
    tert. -Butylbrenzcatechin -- Shanghai Aladdin GmbH
    Photoinitiator 2,4,6-Trimethylbenzoylphosphonsäureethylester TOP--L BASF
    2,4,6(Trimethylbenzoyl)diphenylphosphinoxid TPO BASF
    Phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphinoxid Photoinitiator 819 BASF
  • Ausführungsbeispiel 1
  • Ein Ausführungsbeispiel einer wasserbasierten UV-härtenden kathodischen elektrophoretischen Beschichtung auf Polyurethanbasis der vorliegenden Erfindung. 52,38 g vorbehandeltes Polytetrahydrofurandiol (PTMG-1000) und 0,488 g Katalysator Dibutylzinndilaurat (DBTDL) werden in den Trichter mit konstantem Druck zugegeben, die Mischung wird unter den Bedingungen von 60-70°C und 300-500 U/min mit einer Geschwindigkeit von 2-3 Tropfen pro Sekunde in 30,28 g Isophorondiisocyanat (IPDI) getropft, um für 1 h vollständig zu reagieren, während der Reaktion wird der NCO-Gehalt mit dem Di-n-butylamin-Verfahren titriert, wenn der NCO-Gehalt den theoretischen Wert erreicht, ist es der Reaktionsendpunkt A; nach Erreichen des Reaktionsendpunkts A werden 6,24 g Polyol-Kettenverlängerer 3-Dimethylamino-1,2-Propandiol (DMAD) zu dem Reaktionsprodukt zugegeben, und die Reaktion wird bei 60-70°C und 300-500 U/min durchgeführt, während der Reaktion wird der NCO-Gehalt mit dem Di-n-butylamin-Verfahren titriert, wenn der NCO-Gehalt wieder den theoretischen Wert erreicht, ist es der Reaktionsendpunkt B; nach Erreichen des Reaktionsendpunkts B wird die Mischung aus 7,20g Endverkappungsmittel Hydroxyethylacrylat (HEA) und 0,053 g Polymerisationsinhibitor Hydroxyanisol mit einer Geschwindigkeit von 2-3 Tropfen pro Sekunde unter Verwendung eines Trichters mit konstantem Druck in das Reaktionsprodukt getropft, und die Reaktion wird bei 60-70°C und 300-500 U/min durchgeführt, während der Reaktion wird der NCO-Gehalt mit dem Di-n-butylamin-Verfahren titriert, wenn der NCO-Gehalt auf 0 fällt, ist es der Reaktionsendpunkt C. Nach Erreichen des Reaktionsendpunkts wird der Neutralisator Eisessig im Molverhältnis 1:1 zum Polyol-Kettenverlängerer ins Reaktionsprodukt zugegeben, und die Reaktion wird unter den Bedingungen von 60-70 °C und 300-500 U/min für 5-10 min durchgeführt, dann wird die Reaktion beendet; am Ende wird deionisiertes Wasser beim Rühren mit einer hohen Geschwindigkeit von 2000-3000 U/min zugegeben, und dann wird die Mischung für 30 min gerührt, schließlich wird ein photoempfindliches Harz auf Polyurethanbasis mit einem Feststoffgehalt von 10-20% erhalten.
  • Ausführungsbeispiel 2
  • Ein Ausführungsbeispiel einer wasserbasierten UV-härtenden kathodischen elektrophoretischen Beschichtung auf Polyurethanbasis der vorliegenden Erfindung. 52,38 g vorbehandeltes Polytetrahydrofurandiol (PTMG-1000) und 0,452 g Katalysator Dibutylzinndilaurat (DBTDL) werden in den Trichter mit konstantem Druck zugegeben, die Mischung wird unter den Bedingungen von 60-70°C und 300-500 U/min mit einer Geschwindigkeit von 2-3 Tropfen pro Sekunde in 23,72 g Toluoldiisocyanat (TDI) getropft, um für 1 h vollständig zu reagieren, während der Reaktion wird der NCO-Gehalt mit dem Di-n-butylamin-Verfahren titriert, wenn der NCO-Gehalt den theoretischen Wert erreicht, ist es der Reaktionsendpunkt A; nach Erreichen des Reaktionsendpunkts A werden 6,24 g Polyol-Kettenverlängerer 3-Dimethylamino-1,2-Propandiol (DMAD) zu dem Reaktionsprodukt zugegeben, und die Reaktion wird bei 60-70°C und 300-500 U/min durchgeführt, während der Reaktion wird der NCO-Gehalt mit dem Di-n-butylamin-Verfahren titriert, wenn der NCO-Gehalt wieder den theoretischen Wert erreicht, ist es der Reaktionsendpunkt B; nach Erreichen des Reaktionsendpunkts B wird die Mischung aus 7,20g Endverkappungsmittel Hydroxyethylacrylat (HEA) und 0,049 g Polymerisationsinhibitor Hydroxyanisol mit einer Geschwindigkeit von 2-3 Tropfen pro Sekunde unter Verwendung eines Trichters mit konstantem Druck in das Reaktionsprodukt getropft, und die Reaktion wird unter den Bedingungen von 60-70°C und 300-500 U/min durchgeführt, während der Reaktion wird der NCO-Gehalt mit dem Di-n-butylamin-Verfahren titriert, wenn der NCO-Gehalt auf 0 fällt, ist es der Reaktionsendpunkt C. Nach Erreichen des Reaktionsendpunkts wird der Neutralisator Eisessig im Molverhältnis 1:1 zum Polyol-Kettenverlängerer ins Reaktionsprodukt zugegeben, und die Reaktion wird unter den Bedingungen von 60-70 °C und 300-500 U/min für 5-10 min durchgeführt, dann wird die Reaktion beendet; am Ende wird deionisiertes Wasser beim Rühren mit einer hohen Geschwindigkeit von 2000-3000 U/min zugegeben, und dann wird die Mischung für 30 min gerührt, schließlich wird ein photoempfindliches Harz auf Polyurethanbasis mit einem Feststoffgehalt von 10-20% erhalten.
  • Ausführungsbeispiel 3
  • Ein Ausführungsbeispiel einer wasserbasierten UV-härtenden kathodischen elektrophoretischen Beschichtung auf Polyurethanbasis der vorliegenden Erfindung. 52,38 g vorbehandeltes Polytetrahydrofurandiol (PTMG-1000) und 0,487 g Katalysator Dibutylzinndilaurat (DBTDL) werden in den Trichter mit konstantem Druck zugegeben, die Mischung wird unter den Bedingungen von 60-70°C und 300-500 U/min mit einer Geschwindigkeit von 2-3 Tropfen pro Sekunde in 30,28 g Isophorondiisocyanat (IPDI) getropft, um für 1 h vollständig zu reagieren, während der Reaktion wird der NCO-Gehalt mit dem Di-n-butylamin-Verfahren titriert, wenn der NCO-Gehalt den theoretischen Wert erreicht, ist es der Reaktionsendpunkt A; nach Erreichen des Reaktionsendpunkts A werden 6,24 g Polyol-Kettenverlängerer 3-Dimethylamino-1,2-Propandiol (DMAD) zu dem Reaktionsprodukt zugegeben, und die Reaktion wird bei 60-70°C und 300-500 U/min durchgeführt, während der Reaktion wird der NCO-Gehalt mit dem Di-n-butylamin-Verfahren titriert, wenn der NCO-Gehalt wieder den theoretischen Wert erreicht, ist es der Reaktionsendpunkt B; nach Erreichen des Reaktionsendpunkts B wird die Mischung aus 8,14 g Endverkappungsmittel Hydroxyethylmethacrylat (HEMA) und 0,058 g Polymerisationsinhibitor Hydroxyanisol mit einer Geschwindigkeit von 2-3 Tropfen pro Sekunde unter Verwendung eines Trichters mit konstantem Druck in das Reaktionsprodukt getropft, und die Reaktion wird bei 60-70°C und 300-500 U/min durchgeführt, während der Reaktion wird der NCO-Gehalt mit dem Di-n-butylamin-Verfahren titriert, wenn der NCO-Gehalt auf 0 fällt, ist es der Reaktionsendpunkt C. Nach Erreichen des Reaktionsendpunkts wird der Neutralisator Eisessig im Molverhältnis 1: 1 zum Polyol-Kettenverlängerer ins Reaktionsprodukt zugegeben, und die Reaktion wird unter den Bedingungen von 60-70 °C und 300-500 U/min für 5-10 min durchgeführt, dann wird die Reaktion beendet; am Ende wird deionisiertes Wasser beim Rühren mit einer hohen Geschwindigkeit von 2000- 3000 U/min zugegeben, und dann wird die Mischung für 30min gerührt, schließlich wird ein photoempfindliches Harz auf Polyurethanbasis mit einem Feststoffgehalt von 10-20% erhalten.
  • Ausführungsbeispiel 4
  • Ein Ausführungsbeispiel einer wasserbasierten UV-härtenden kathodischen elektrophoretischen Beschichtung auf Polyurethanbasis der vorliegenden Erfindung. 52,38 g vorbehandeltes Polytetrahydrofurandiol (PTMG-1000) und 0,442 g Katalysator Dibutylzinndilaurat (DBTDL) werden in den Trichter mit konstantem Druck zugegeben, die Mischung wird unter den Bedingungen von 60-70°C und 300-500 U/min mit einer Geschwindigkeit von 2-3 Tropfen pro Sekunde in 36,05 g Diphenylmethandiisocyanat (MDI) getropft, um für 1 h vollständig zu reagieren, während der Reaktion wird der NCO-Gehalt mit dem Di-n-butylamin-Verfahren titriert, wenn der NCO-Gehalt den theoretischen Wert erreicht, ist es der Reaktionsendpunkt A; nach Erreichen des Reaktionsendpunkts A werden 9,36 g Polyol-Kettenverlängerer 3-Dimethylamino-1,2-Propandiol (DMAD) zu dem Reaktionsprodukt zugegeben, und die Reaktion wird bei 60-70°C und 300-500 U/min durchgeführt, während der Reaktion wird der NCO-Gehalt mit dem Di-n-butylamin-Verfahren titriert, wenn der NCO-Gehalt wieder den theoretischen Wert erreicht, ist es der Reaktionsendpunkt B; nach Erreichen des Reaktionsendpunkts B wird die Mischung aus 2,43 g Endverkappungsmittel Hydroxyethylacrylat (HEA) und 0,05 g Polymerisationsinhibitor Hydroxyanisol mit einer Geschwindigkeit von 2-3 Tropfen pro Sekunde unter Verwendung eines Trichters mit konstantem Druck in das Reaktionsprodukt getropft, und die Reaktion wird bei 60-70°C und 300-500 U/min durchgeführt, während der Reaktion wird der NCO-Gehalt mit dem Di-n-butylamin-Verfahren titriert, wenn der NCO-Gehalt auf 0 fällt, ist es der Reaktionsendpunkt C. Nach Erreichen des Reaktionsendpunkts wird der Neutralisator Acrylsäure im Molverhältnis 1:1 zum Polyol-Kettenverlängerer ins Reaktionsprodukt zugegeben, und die Reaktion wird unter den Bedingungen von 60-70 °C und 300-500 U/min für 5-10 min durchgeführt, dann wird die Reaktion beendet; am Ende wird deionisiertes Wasser beim Rühren mit einer hohen Geschwindigkeit von 2000- 3000 U/min zugegeben, und dann wird die Mischung für 30min gerührt, schließlich wird ein photoempfindliches Harz auf Polyurethanbasis mit einem Feststoffgehalt von 10-20% erhalten.
  • Ausführungsbeispiel 5
  • Ein Ausführungsbeispiel einer wasserbasierten UV-härtenden kathodischen elektrophoretischen Beschichtung auf Polyurethanbasis der vorliegenden Erfindung. 52,38 g vorbehandeltes Polytetrahydrofurandiol (PTMG-1000) und 0,256 g Katalysator organisches Wismut DY-20 werden in den Trichter mit konstantem Druck zugegeben, die Mischung wird unter den Bedingungen von 60-70°C und 300-500 U/min mit einer Geschwindigkeit von 2-3 Tropfen pro Sekunde in 33,03 g Hexamethylendiisocyanat (HDI) getropft, um für 1 h vollständig zu reagieren, während der Reaktion wird der NCO-Gehalt mit dem Di-n-butylamin-Verfahren titriert, wenn der NCO-Gehalt den theoretischen Wert erreicht, ist es der Reaktionsendpunkt A; nach Erreichen des Reaktionsendpunkts A werden 9,36 g Polyol-Kettenverlängerer 3-Dimethylamino-1,2-Propandiol (DMAD) zu dem Reaktionsprodukt zugegeben, und die Reaktion wird bei 60-70°C und 300-500 U/min durchgeführt, während der Reaktion wird der NCO-Gehalt mit dem Di-n-butylamin-Verfahren titriert, wenn der NCO-Gehalt wieder den theoretischen Wert erreicht, ist es der Reaktionsendpunkt B; nach Erreichen des Reaktionsendpunkts B wird die Mischung aus 15,21 g Endverkappungsmittel Hydroxyethylacrylat (HEA) und 0,092 g Polymerisationsinhibitor tert.-Butylbrenzcatechin mit einer Geschwindigkeit von 2-3 Tropfen pro Sekunde unter Verwendung eines Trichters mit konstantem Druck in das Reaktionsprodukt getropft, und die Reaktion wird bei 60-70°C und 300-500 U/min durchgeführt, während der Reaktion wird der NCO-Gehalt mit dem Di-n-butylamin-Verfahren titriert, wenn der NCO-Gehalt auf 0 fällt, ist es der Reaktionsendpunkt C. Nach Erreichen des Reaktionsendpunkts wird der Neutralisator Eisessig im Molverhältnis 1: 1 zum Polyol-Kettenverlängerer ins Reaktionsprodukt zugegeben, und die Reaktion wird unter den Bedingungen von 60-70 °C und 300-500 U/min für 5-10 min durchgeführt, dann wird die Reaktion beendet; am Ende wird deionisiertes Wasser beim Rühren mit einer hohen Geschwindigkeit von 2000- 3000 U/min zugegeben, und dann wird die Mischung für 30min gerührt, schließlich wird ein photoempfindliches Harz auf Polyurethanbasis mit einem Feststoffgehalt von 10-20% erhalten.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Ein Vergleichsbeispiel einer wasserbasierten UV-härtenden kathodischen elektrophoretischen Beschichtung auf Polyurethanbasis der vorliegenden Erfindung. 52,38 g vorbehandeltes Polytetrahydrofurandiol (PTMG-1000) und 0,488 g Katalysator Dibutylzinndilaurat (DBTDL) werden in den Trichter mit konstantem Druck zugegeben, die Mischung wird unter den Bedingungen von 60-70°C und 300-500 U/min mit einer Geschwindigkeit von 2-3 Tropfen pro Sekunde in 30,28 g Isophorondiisocyanat (IPDI) getropft, um für 1 h vollständig zu reagieren, während der Reaktion wird der NCO-Gehalt mit dem Di-n-butylamin-Verfahren titriert, wenn der NCO-Gehalt den theoretischen Wert erreicht, ist es der Reaktionsendpunkt A; nach Erreichen des Reaktionsendpunkts A werden 6,24 g Polyol-Kettenverlängerer N-Methyldiethanolamin (MDEA) zu dem Reaktionsprodukt zugegeben, und die Reaktion wird bei 60-70°C und 300-500 U/min durchgeführt, während der Reaktion wird der NCO-Gehalt mit dem Di-n-butylamin-Verfahren titriert, wenn der NCO-Gehalt wieder den theoretischen Wert erreicht, ist es der Reaktionsendpunkt B; nach Erreichen des Reaktionsendpunkts B wird die Mischung aus 7,20g Endverkappungsmittel Hydroxyethylacrylat (HEA) und 0,053 g Polymerisationsinhibitor Hydroxyanisol mit einer Geschwindigkeit von 2-3 Tropfen pro Sekunde unter Verwendung eines Trichters mit konstantem Druck in das Reaktionsprodukt getropft, und die Reaktion wird bei 60-70°C und 300-500 U/min durchgeführt, während der Reaktion wird der NCO-Gehalt mit dem Di-n-butylamin-Verfahren titriert, wenn der NCO-Gehalt auf 0 fällt, ist es der Reaktionsendpunkt C. Nach Erreichen des Reaktionsendpunkts wird der Neutralisator Eisessig im Molverhältnis 1: 1 zum Polyol-Kettenverlängerer ins Reaktionsprodukt zugegeben, und die Reaktion wird unter den Bedingungen von 60-70 °C und 300-500 U/min für 5-10 min durchgeführt, dann wird die Reaktion beendet; am Ende wird deionisiertes Wasser beim Rühren mit einer hohen Geschwindigkeit von 2000-3000 U/min zugegeben, und dann wird die Mischung für 30 min gerührt, schließlich wird ein photoempfindliches Harz auf Polyurethanbasis mit einem Feststoffgehalt von 10-20% erhalten.
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Ein Vergleichsbeispiel einer wasserbasierten UV-härtenden kathodischen elektrophoretischen Beschichtung auf Polyurethanbasis der vorliegenden Erfindung. 52,38 g vorbehandeltes Polytetrahydrofurandiol (PTMG-1000) und 0,488 g Katalysator Dibutylzinndilaurat (DBTDL) werden in den Trichter mit konstantem Druck zugegeben, die Mischung wird unter den Bedingungen von 60-70°C und 300-500 U/min mit einer Geschwindigkeit von 2-3 Tropfen pro Sekunde in 30,28 g Isophorondiisocyanat (IPDI) getropft, um für 1 h vollständig zu reagieren, während der Reaktion wird der NCO-Gehalt mit dem Di-n-butylamin-Verfahren titriert, wenn der NCO-Gehalt den theoretischen Wert erreicht, ist es der Reaktionsendpunkt A; nach Erreichen des Reaktionsendpunkts A werden 6,24 g Polyol-Kettenverlängerer 3-Dimethylamino-1,2-Propandiol (DMAD) zu dem Reaktionsprodukt zugegeben, und die Reaktion wird bei 60-70°C und 300-500 U/min durchgeführt, während der Reaktion wird der NCO-Gehalt mit dem Di-n-butylamin-Verfahren titriert, wenn der NCO-Gehalt wieder den theoretischen Wert erreicht, ist es der Reaktionsendpunkt B; nach Erreichen des Reaktionsendpunkts B wird die Mischung aus 7,20g Endverkappungsmittel Hydroxyethylacrylat (HEA) und 0,053 g Polymerisationsinhibitor Hydroxyanisol mit einer Geschwindigkeit von 2-3 Tropfen pro Sekunde unter Verwendung eines Trichters mit konstantem Druck in das Reaktionsprodukt getropft, und die Reaktion wird bei 60-70°C und 300-500 U/min durchgeführt, während der Reaktion wird der NCO-Gehalt mit dem Di-n-butylamin-Verfahren titriert, wenn der NCO-Gehalt auf 0 fällt, ist es der Reaktionsendpunkt C. Nach Erreichen des Reaktionsendpunkts wird der Neutralisator Eisessig im Molverhältnis 1:0,5 zum Polyol-Kettenverlängerer ins Reaktionsprodukt zugegeben, und die Reaktion wird unter den Bedingungen von 60-70 °C und 300-500 U/min für 5-10 min durchgeführt, dann wird die Reaktion beendet; am Ende wird deionisiertes Wasser beim Rühren mit einer hohen Geschwindigkeit von 2000-3000 U/min zugegeben, und dann wird die Mischung für 30 min gerührt, schließlich wird ein photoempfindliches Harz auf Polyurethanbasis mit einem Feststoffgehalt von 10-20% erhalten.
  • Wie in 1 dargestellt, ein schematisches Diagramm der chemischen Reaktion zur Herstellung des wasserbasierten photoempfindlichen Harzes auf Polyurethanbasis. Die Erfinder haben durch Forschung herausgefunden, dass das Polyetherdiol die Kettenlänge erhöhen und die Flexibilität des Harzes verbessern kann. Der Kettenverlängerer kann den Gehalt seiner hydrophilen Gruppen erhöhen, die Hydrophilie verbessern und gleichzeitig als hartes Segment die Härte einstellen. Je höher der Gehalt ist, desto besser ist die Hydrophilie und desto höher ist die Härte. Die Funktion des Endverkappungsmittels besteht darin, den Gehalt an photohärtbaren Gruppen zu erhöhen. Je stärker die Erhöhung ist, desto höher ist der Vernetzungsgrad und desto höher ist die Härte. Je höher die zugegebene Menge an Neutralisator ist, desto höher ist der Neutralisationsgrad, desto mehr Salz ist gebildet und desto besser ist die Wasserlöslichkeit.
  • Die Teilchengröße der Emulsion von Ausführungsbeispielen 1-3 ist in 2 dargestellt. Aus 2 ist es ersichtlich, dass die Teilchengrößenverteilung der Emulsion von Ausführungsbeispielen 1-3 eng und gleichmäßig ist und die Teilchengröße alle weniger als 30 nm ist, was beweist, dass der in diesem technischen Weg verwendete Kettenverlängerer, der eine Amingruppe in der Seitenkette enthält, im Vergleich zu dem Kettenverlängerer, der eine Amingruppe in der Hauptkette enthält, eine bessere Wasserlöslichkeit und gleichmäßige Verteilung aufweist.
  • Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der grundlegenden Leistungscharakterisierung der Lackfilme der Ausführungsbeispiele 1-5 und der Vergleichsbeispiele 1-2. Aus Tabelle 2 ist es ersichtlich, dass die elektrische Leitfähigkeit der Emulsionen der Ausführungsbeispiele 1-3 alle größer als 0,003 ist, was die Anforderungen der Elektrophorese erfüllt; gleichzeitig weisen die aus unterschiedlichen Monomeren synthetisierte Polyurethane bestimmte Leistungsunterschiede auf, insbesondere wenn sie als elektrophoretische Beschichtungen verwendet werden, was einen größten Einfluss auf die Ebenheit des Lackfilms hat, der Lackfilm des Ausführungsbeispiels 1 hat das beste Aussehen und ist flach und glatt, es gibt eine kleine Menge an Anhäufung auf der Oberfläche des Lackfilms des Ausführungsbeispiels 2, die Oberfläche des Lackfilms des Ausführungsbeispiels 3 weist Schrumpfung auf, und die Ebenheit der Lackfilmoberfläche wirkt sich auf seine Anwendung in elektrophoretischen Beschichtungen aus, daher ist das Ausführungsbeispiels 1 eine relativ bessere Lösung; andere Eigenschaften der Lackfilme von Ausführungsbeispielen 1-3 sind nicht wesentlich verändert, und sie haben alle gute mechanische, wasser- und lösungsmittelbeständige Eigenschaften. Die Lackfilme von Vergleichsbeispielen 1-2 verwenden jeweils einen Diol-Kettenverlängerer mit einer tertiären Amingruppe in der Hauptkette und eine Formel mit einem Neutralisationsgrad von 50%, was zu einer schlechten Wasserlöslichkeit der Emulsion, einer instabilen Emulsion und einem Delaminierungsphänomen führt, und die mechanischen Eigenschaften, wie Härte, können die Anforderungen nicht erfüllen. Tabelle 2 Ergebnisse der grundlegenden Leistungscharakterisierung der Lackfilme der Ausführungsbeispiele 1-5 und der Vergleichsbeispiele 1-2
    Testgegenstand Ausführungsbeispiel 1 Ausführungsbeispiel 2 Ausführungsbeispiel 3 Ausführungsbeispiel 4 Ausführungsbeispiel 5 Vergleichsbeispiel 1 Vergleichsbeispiel 2 Teststandard
    Aussehen der Emulsion Milchweiß mit bläulichem Licht Milchweiß mit bläulichem Licht Milchweiß mit bläulichem Licht Milchweiß mit bläulichem Licht Milchweiß mit bläulichem Licht Milchgelb geschichtet Milchgelb geschichtet Sichtprüfung
    Aussehen des Lackfilms Eben und glatt Mit geringer Anhäufung Mit geringer Schrumpfung Mit geringer Schrumpfung Eben und glatt Mit vieler Anhäufung Mit vieler Schrumpfung Sichtprüfung
    Filmdicke/µm 38 35 40 39 43 68 59 GB/T 13452.2-2008
    Härte grö-ßer als 3H 3H 2H 2H 3H H H GB/T 6739-2006
    Haftung/ Level Level 0 Level 0 Level 0 Level 0 Level 0 1 1 GB/T 9286-1998
    Schlag/cm 50 50 50 50 45 40 40 GB/T 1732-1993
    Zugfestigkeit/MPa 15.678 12.159 14.312 11.563 15.689 10.539 9.652 GB/T 1040.4-2006
    Wasserdichtigkeit Keine Veränderung in 48 h Keine Veränderung in 48 h Keine Veränderung in 48 h Keine Veränderung in 48 h Keine Veränderung in 48 h Keine Veränderung in 48 h Keine Veränderung in 48 h GB/T 1733- 1993
    Bidirektionales Wischen mit Aceton /Mal 40 42 38 26 39 31 36 GB/T 23989-2009
    Elektrische Leitfähigkeit/(S*cm-1) 0.00041 8393 0.0005 29964 0.00034 8421 0.00048 9627 0.00054 4459 0.00029 6538 0.00021 986 HG/T33 35-1977(1985)
  • Effektsbeispiel 1
  • Nach der Oberflächenbehandlung eines Weißblechstücks platziert der Erfinder die Hälfte davon in einem Elektrophoresebehälter, in dem das im Ausführungsbeispiel 1 geschilderte photoempfindliche Harz auf Polyurethanbasis und 3 Gew.-% Photoinitiator (Darocur1173) gleichmäßig vermischt waren, und es wird einem elektrophoretischen Beschichten bei der Gleichspannung von 100 V unterzogen, und wobei der Elektrodenabstand 10 cm und die Elektrophoresezeit 3-5 min beträgt, um einen unlöslichen Farbfilm zu erhalten, dann wird es mit Wasser gewaschen, getrocknet und bei 80-100°C für 3 min gebrannt, und danach wird es in einer UV-Licht-Härtungsmaschine durch die beidseitige Bestrahlung gehärtet, um eine kathodische elektrophoretische Beschichtung für Metall zu erhalten. Die andere Hälfte des nicht beschichteten Weißblechs dient als Blindkontrolle. Die Schlagfestigkeit des gleichen Stücks Weißblech, dessen eine Hälfte mit Metallbeschichtung versehen ist und andere Hälfte unbeschichtet ist, wird durch das Filmschlagtestverfahren des nationalen Standards GB/T 1732-1993 getestet. Die Testergebnisse sind in 3 dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass das Fallgewicht bei 50 cm abfällt und der linke Lackfilm keine Risse, Falten und Abblätterungen aufweist, während die unbeschichteten Blindkontrolle auf der rechten Seite offensichtliche Vertiefungen aufweist.
  • Effektsbeispiel 2
  • Nach der Oberflächenbehandlung eines Weißblechstücks platziert der Erfinder die Hälfte davon in einem Elektrophoresebehälter, in dem das im Ausführungsbeispiel 1 geschilderte photoempfindliche Harz auf Polyurethanbasis und 3 Gew.-% Photoinitiator (Darocur1173) gleichmäßig vermischt waren, und es wird einem elektrophoretischen Beschichten bei der Gleichspannung von 100 V unterzogen, und wobei der Elektrodenabstand 10 cm und die Elektrophoresezeit 3-5 min beträgt, um einen unlöslichen Farbfilm zu erhalten, dann wird es mit Wasser gewaschen, getrocknet und bei 80-100°C für 3 min gebrannt, und danach wird es in einer UV-Licht-Härtungsmaschine durch die beidseitige Bestrahlung gehärtet, um eine kathodische elektrophoretische Beschichtung für Metall zu erhalten. Die andere Hälfte des nicht beschichteten Weißblechs dient als Blindkontrolle. Die in dem nationalen Standard GB 10124-88 „Metal Materials Laboratory Uniform Corrosion Full Immersion Test Method“ erläuterten Testverfahren und Anforderungen werden verwendet, um den Korrosionstest durchzuführen, und der interaktive Immersionstest wird verwendet. Das gleiche Stück Weißblech, dessen eine Hälfte mit Metallbeschichtung versehen ist und andere Hälfte unbeschichtet ist, wird abwechselnd in ein flüssiges korrosives Medium getaucht und der Luft ausgesetzt. Die Testergebnisse sind in 4 dargestellt. Das unbeschichtete Metallsubstrat auf der linken Seite zeigt Rost und Korrosion, und der beschichtete Teil auf der rechten Seite schützt das Metallsubstrat ohne Korrosion.
  • Die Testergebnisse der Effektsbeispiele 1-2 zeigen, dass die Beschichtung der vorliegenden Erfindung eine gute Antikorrosionswirkung auf dem Weißblechbasismaterial hat und eine gute Schlagfestigkeit aufweist.
  • Am Ende sollte es darauf hingewiesen werden, dass die vorstehenden Ausführungsbeispiele nur zur Erläuterung der technischen Lösung der vorliegenden Erfindung dienen, statt sie zu beschränken. Obwohl im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen die vorliegende Erfindung näher erläutert wird, sollte der Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet verstehen, dass er die technischen Lösungen der vorliegenden Erfindung ändern oder die technischen Merkmale teilweise oder völlig äquivalent ersetzen kann, ohne von dem Essenz und dem Umfang der technischen Lösungen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • CN 104945590 A [0002]
    • US 6232364 [0002]

Claims (8)

  1. UV-härtende kathodische elektrophoretische Beschichtung auf Wasserbasis, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung ein photoempfindliches Harz auf Polyurethanbasis und eine Photoinitiatorkomponente umfasst; wobei das Rohmaterial zur Herstellung des photoempfindlichen Harzes auf Polyurethanbasis die folgenden Komponenten enthält: Isocyanat-Monomer, Polyetherpolyol, Polyol-Kettenverlängerer, Endverkappungsmittel, Neutralisator, Polymerisationsinhibitor und Katalysator.
  2. Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der molaren Menge des Isocyanat-Monomers zu der Summe der molaren Mengen des Polyetherpolyols und des Polyol-Kettenverlängerers Isocyanat-Monomer:(Polyetherpolyol+Polyol-Kettenverlängerer) = (1,1-1,6): 1 ist.
  3. Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Molverhältnis zwischen dem Polyetherpolyol und dem Polyol-Kettenverlängerer Polyetherpolyol:Polyol-Kettenverlängerer = (0,8-1,5): 1 ist.
  4. Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Molverhältnis zwischen dem Neutralisator und dem Polyol-Kettenverlängerer 1: 1 beträgt.
  5. Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Isocyanat-Monomer ein Isocyanat-Monomer mit einer Funktionalität von 2 ist, umfassend zumindest eines vom Isophorondiisocyanat, Toluoldiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat und Diphenylmethandiisocyanat.
  6. Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyetherpolyol Polytetrahydrofurandiol und/oder Polyethylenglykol umfasst.
  7. Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyol-Kettenverlängerer einen Polyesterdiol-Kettenverlängerer und/oder N-Methyldiethanolamin umfasst.
  8. Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Endverkappungsmittel Hydroxyethylacrylat und/oder Hydroxyethylmethacrylat ist.
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