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低温固化阴极电泳涂料的研制采用低温解封的封闭异氰酸酯交联剂

2022-04-29 来源:瑞安市农业机械网

低温固化阴极电泳涂料的研制,采用低温解封的封闭异氰酸酯交联剂

0 引言

电泳涂料是利用电场作用,将涂料组分沉积到基材上形成涂膜。与传统的涂装方式[1-2]相比,电泳涂装提供了更高的涂料利用率,优异的耐腐蚀性和较低的环境污染,成为今天主流的底漆涂装方法。在世界各地,90% 以上的汽车工业都已经使用阴极电泳涂料中国机械网okmao.com。

随着涂料工业的快速发展,人们对节能环保提出了越来越高的要求。本实验采用低温解封的封闭异氰酸酯交联剂,配用胺改性环氧树脂, 制备的阴极电泳涂料无铅、无锡[3-5],固化温度130~140℃,既减少了环境污染,又降低了能耗。

常用的异氰酸酯交联剂有2,4- 或2,6- 甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、间苯二甲撑二异氰酸酯(XDI)等。常用的低温解封的封闭剂有ε- 己内酰胺、甲基乙基酮肟(MEKO)、丙二酸二乙酯、乙酰酮肟等。

1 实验部分

1.1 封闭异氰酸酯交联剂的合成

1.1.1 实验设备

加热套,四颈烧瓶,滴液漏斗,冷凝管,温度计,强力电动搅拌机,漆膜检测设备(漆膜硬度测定仪,漆膜柔韧性测定仪,漆膜冲击测定仪等)。

1.1.2 交联剂配方

交联剂的配方见表1。

表1 交联剂配方

1.1.3 合成工艺

将XDI(HDI 或TDI)、MIBK 和催化剂投入到四颈烧瓶中,开动搅拌,打开冷凝水并通氮气,升温到60℃,开始滴加MEKO,2 h 内滴完,于60℃保温,直至红外光谱检测异氰酸酯峰消失为止。制得封闭异氰酸酯交联剂,其固含量为80%。

1.2 阳离子树脂的合成

1.2.1 阳离子树脂配方

阳离子树脂配方见表2。

表2 阳离子树脂配方

1.2.2 合成工艺

将128EL、BPA 和聚醚投入四颈烧瓶中,开动搅拌,打开冷凝水并通氮气,升温至180℃脱水,加入催化剂,160~165℃保温,扩链至环氧当量合格,降温,加入二乙醇胺,1 h 后加入酮亚胺。升温至130℃保温2 h。降温加入交联剂,搅拌均匀,再加酸中和,乳化成乳液,最后加入助溶剂和流平剂,搅拌均匀,待用。

1.3 颜料浆的制备

1.3.1 颜料浆配方

颜料浆配方见表3。

表3 颜料浆配方

1.3.2 颜料浆制备工艺

在研磨容器内加入分散树脂、去离子水,搅拌均匀。按比例投入粉料,搅拌均匀。在砂磨机上预分散,加入锆珠研磨5 h,检测细度小于10 μm 时,过滤,出料。

1.4 槽液制备

将乳液、颜料浆、助剂和水按一定比例混合均匀,配制成固含量为15%、颜基比为1/5 的电泳槽液。

1.5 漆膜制备

上述槽液熟化48 h 后制板。温度28~32℃,电泳时间120~150 s,电压150~250 V,在自制磷化板上使用上述槽液进行电泳涂装,120~140℃烘烤20 min。

1.6 DSC 分析及固化温度确定

将含有XDI、HDI 和TDI 交联剂的电泳漆膜进行DSC 测试分析,升温速率为10℃ /min,结果见图1。

由图1 可见:

(1) 含XDI 的漆膜在106.5℃时开始出现一个放热峰,128.2℃时达到峰值,在140℃左右结束。也就是说封闭剂在106.5℃开始解封,与环氧主链上的羟基或氨基发生交联反应而放热,在140℃左右封闭剂完全解封,交联反应结束。

(2) 含有HDI 交联剂的漆膜在111.5℃开始解封,140.3 ℃ 达到峰值,149.2℃完全解封;而含有TDI 交联剂的漆膜在86.7℃开始解封,113℃达到峰值,123.6℃完全解封。将使用XDI、HDI 和TDI 交联剂的电泳漆膜在4种不同温度下固化20 min,用DSC 测试其放热量,来确定漆膜的最低固化温度。测试结果如图2 所示。

由图2 可见:含XDI 漆膜在110 ℃、120 ℃ 和130℃时都有比较明显的放热峰,而且峰值逐渐增大,说明漆膜固化交联还不完全;而140℃固化时,漆膜的DSC 曲线图上已看不到明显的放热峰。上述现象说明,在固化条件为140℃ /20 min 时,能够保证固化交联反应完成。而使用HDI 和TDI 交联剂的电泳漆膜分别在150℃ /20 min 和125℃ /20 min 完成固化交联反应。

2 结果与讨论

(1) 从解封温度来看,HDI、XDI 和TDI 的完全解封温度分别为150℃、140℃和125℃。TDI 上的苯环有吸电子效应,使其解封温度较低,但其抗黄变性和柔韧性不如脂肪族异氰酸酯。

(2) 从涂膜外观来看,HDI 的流平性最好,XDI的次之,TDI 的较差。分析其原因,可能是TDI 的解封温度较低,导致其固化交联反应过快。

(3) 从乳液稳定性来看,TDI 的最差,分析原因可能是其解封温度过低,工艺上不易控制造成的。

综合来看,XDI 的性能介于脂肪族异氰酸酯和芳香族异氰酸酯之间,各项性能指标比较均衡。因此选择MEKO 封闭的XDI 作为理想的低温固化交联剂。其制漆检测结果见表4~6。

表4 原漆性能指标

表6 电泳涂膜性能指标

图3 为用纳米粒径分析仪测定的所制乳液的粒度分布图。由图3 可见:乳液粒子呈单峰分布,分布系数为0.218,体积平均粒径为0.185 μm,乳液具有很好的稳定性。

3 结语

与常规的电泳涂料相比,制得的无铅、无锡阴极电泳涂料可在140℃ /20 min 的条件下完全交联固化,而且漆膜的综合性能优良,电泳涂装的施工工艺稳定,相信会有广阔的应用前景。

王召刚 王春明 沈连辉 薛 勇 ( 上海金力泰化工股份有限公司技术中心,201414)

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