阴极电泳

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所属分类:电泳技术

 

1、阴极电泳的基本原理   阴极电泳和阳极电泳一样,也是一个复杂的电化学反应,在电场作用下,同样式也包括电泳、电解、电沉积和电渗同时进行的过程。但与阳极电泳也有所不同,这将在以后加以叙述。

 2、阴极电泳的发展    人们经过长期的研究与使用,逐渐认识到阳极电泳涂装工艺存在着以下三个问题:

(1)由于电泳漆的特点合成的树脂必须是水溶性的。为了达到树脂水溶的目的,在聚合物分子链上常需引入一定量的强亲水性基团。如:羧基(—COOH)、羟基(—OH)、醚基(—O—)等。

由于酯键、羧基和这些亲水性基团的存在,所以阳极电泳漆的耐碱性、耐盐雾性及耐水性均不够理想。

(2) 由于被涂工件作为阳极,电泳过程中被涂的基体金属及表面处理膜(如磷化膜)在电沉积过程中被析出而混入到漆膜中,这不仅使漆膜色泽变深,而且还降低了漆膜的耐腐性。

(3)电泳涂装时,由于在阳极区发生电解产生的氧气对树脂影响很大(主要是对漆液的稳定性),必要时还须加入抗氧剂。

所以,人们对阳极电泳漆进行改进,1971年底首先由美国PPG公司研制面功第一代阴极电泳漆,到1978年美国通用汽车公司和福特汽车公司已基本上将阴极电泳漆代替了原用的阳极电泳底漆,近十年来阴极电泳已得到了迅速的发展。

目前世界上成熟的阴极电泳技术主要有两在系统。一为美国PPG公司所拥有,另一为联邦德国HOECHST集团所拥有。就产量而言,以PPG公司的阴极电泳漆为高,但PPG公司的阴极电泳漆是两罐装(色浆和树脂液),需要分别地加入电泳槽中并维持一定的颜基比,所以槽液管理要求较高。而HOECHST的阴极电泳漆是一罐装的,在管理上较为方便,而且烘烤时挥发物也较少。

目前阴极电泳漆在向厚涂层发展,电泳涂层可厚到不需要二道浆,美国已有将流水线转向这种新型阴极电泳漆的趋势。这种厚膜型阴极电泳技术是美国PPG公司所独有,它解决了电泳漆中厚膜和高泳透力的矛盾及电泳膜热流动和边角易外露的矛盾。近年来我国生产阴极电泳漆主要品种有:G1083阴极电泳漆、N8603阴极电泳漆、H11—96阴极电泳漆。国内目前除沈阳、北京从日本和奥地利引进技术外,化工部涂料研究所和上海市涂料研究从事研究和开发阴极电泳漆工作,并在摩托车和汽车零部件生产上投产应用。

3、阴极电泳的特点    与阳极电泳相比,阴极电泳具有漆膜性能好、涂层均匀、漆膜色泽不变深、有色金属也能涂覆等特点,但也存在着某些缺点。分析如下:

(1)阴极电泳漆比阳极电泳漆具有显著的耐腐蚀性,在脱脂钢板上其耐腐蚀时间一般为阳极电泳漆的3~4倍,超过了经磷化处理的阳极电泳漆。在锌盐磷化钢板上,其耐腐蚀性为阳极电泳漆的2~3倍,在某些情况下甚至可达10倍。国外曾对阴、阳极电泳涂装的汽车车身在盐雾室中作过对比试验,结果阳极电泳涂屋经250H已被破坏,而阴极电泳涂层经1700H试验后尚未被破坏  

阴极电泳漆的泳透力也比阳极电泳漆高,通常是阳极电泳的1.3~1.5倍 这就使得阴极电泳在进行复杂工件内部(如汽车车身)涂装时,可以省略辅助电极,从而简化了电泳涂装工艺和材料消耗。

阴极电泳漆在电泳涂装时库仑效率较高,通常是阳极电泳的2~3倍,可减少30%的耗电量。电泳设备所需冷冻机的容量也较小。

阴极电泳漆的耐碱性也比阳极电泳漆高,从实验数据表明,阴极电泳漆膜比阳极电泳漆膜的耐碱性(5%NaOH溶液)通常高20~40倍    

阴极电泳槽液比较稳定,易控制,不易受杂质离子和微生物的影响而变质。

虽然阴极电泳漆的价格较阳极电泳漆贵(国外一般是贵1.3~1.5倍),但由于工艺简化(不有设置辅助电极),库仑效率高,涂装漆膜薄(一般是10~13um的阴极电泳涂膜的耐腐蚀性就明显地优于20~25um的阳极电泳涂膜)等原因,因此阴极电泳涂装的综合成本反而低于阳极电泳涂装的综合成本。

(2)阴极电泳漆的PH值在弱酸性范围内,虽然接近中性,但还是有一定期的腐蚀性,因而阴极电泳设备的一些关键部件如:输送泵配管和热交换器等仍然要用不锈钢制造,设备费用提高。

由于阴极电泳漆所用的树脂是附着在漆膜上的,所以槽液与阳极电泳漆相比,不易溶解,电泳后的水洗比较困难,若电泳后不及时进行水洗,附着在工件表面的漆液易干固,就更难清洗了。

阴极电泳涂层在烘干过程中产生的排泄物较多,易产生臭味并粘附在烘道设备上。

阴极电泳漆膜的耐候性较差。这是由于现有的阴极电泳涂料还是以环氧树脂为基础。如果以宽作为三层涂漆的底层时问题不大,若为双层涂层的底漆时就要考虑面层光线透过率,若透过率太大,电泳底漆就容易粉化从而导致面漆剥落。

虽然阴极电泳漆比较稳定,不易变黄,但在管理上要比阳极电泳涂装复杂,如搅拌、漆温、PH值、水洗、表面处理等均要严格控制,否则就得不到理想的涂层。同时由于烘干时生成的排泄物较多,所以为了保证产品质量,烘干室的换气量较大,清理次数也要多些。

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