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高硬度丙烯酸阳极电泳涂料合成及固化特性研究

柯跃虎  
【摘要】:电泳涂料是以水溶性离子型聚合物为主要成膜物质,利用电泳原理进行涂装的一类环保水性涂料。根据被涂工件充当的电极性质,电泳涂料分为阳极电泳涂料和阴极电泳涂料。由于具有防腐蚀性能好、涂料利用率高、低污染等特点,电泳涂料迅速在汽车、建材、五金、家电等行业得到广泛应用。 目前国内阳极电泳涂料产品存在的主要问题是,漆膜硬度不高(2H~3H),电泳涂层丰满度差,烘烤温度高。由于国内自主开发的电泳涂料产品极少,绝大多数是从国外引进生产工艺而进行生产,因此,研究开发新型阳极电泳涂料产品有着重要的理论和实际意义。 针对目前阳极电泳涂料中使用的丙烯酸树脂酸值、羟值都较低的情况,首先通过溶液聚合法制备了高硬度阳极电泳涂料用的高酸值、高羟值的丙烯酸树脂,并对合成树脂进行了相应的表征。通过选择丙烯酸共聚物的水溶性、分子量、交联基团、玻璃化温度等指标来调整树脂合成的工艺和配方。分析了树脂水溶性的影响因素;考察了引发剂、聚合温度、单体浓度、滴加速率等因素对分子量大小及分布的影响。研究发现,丙烯酸树脂在酸值50~110mgKOH/g、羟值在50~150mgKOH/g范围内时,树脂水溶性好,且漆膜的耐水性符合要求。合成过程中,引入了少量的甲基丙烯酸异冰片酯单体,研究发现该单体不仅能有效改善高酸值、高羟值丙烯酸树脂合成中粘度较高的状况,而且对漆膜外观有明显改进,显著提高了漆膜的丰满度,并试图从单体结构上对这一现象进行了简单分析。 对电泳涂装过程进行了较为深入的研究。考虑到溶解电流的存在,对电泳过程中的涂膜增长动力学方程进行了修正,得到下述方程: 修正后方程的计算结果与实验值比较符合。此外,对影响电泳涂装效果的工艺参数进行了分析讨论,确定了体系适宜的电泳涂装工艺条件。研究表明,当漆液固体分为8~11%,电泳电压为90~150V,电泳时间为90~120s,漆液pH值为7.8~8.2时,所得漆膜厚度适宜、外观良好。 以常用氨基树脂为固化剂,以合成的丙烯酸树脂为基料树脂,配制了丙烯酸阳极电泳涂料清漆,考察了不同酸值、羟值的丙烯酸树脂对漆膜硬度等性能的影响。研究发现,在一定范围内,酸值、羟值升高,涂膜硬度上升,综合性能变好。当丙烯酸树脂酸值为75mgKOH/g,羟值为100mgKOH/g时,漆膜硬度可达5H,附着力1级,且与氨基树脂相容性好。采用原位红外分析法初步探索了漆膜固化反


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