阴极电泳:通往卓越产品涂饰性能之路

全球 electrocoat 市场预计将从3美元增长.2016年为80亿美元,2016年为3美元.到2021年达到800亿美元,年复合增长率为4.在2016年至2021年期间,这一比例为34%. 由于汽车和家电等终端行业对电子涂料的需求,该市场正在经历适度增长1.

电泳涂漆 是否使用电流将有机涂料从油漆槽中沉积到零件或组装产品上的过程. 由于它能够穿透凹槽,从而使复杂零件和装配产品具有特定的性能要求, 电泳涂料在世界范围内广泛应用于各个行业,广泛应用于包括汽车在内的各种产品, 设备, 海洋和农业. Electrocoat,特别是 阴极electrocoat, 与阳极电泳或其他更传统的涂层方法相比,在耐腐蚀性方面有了显著的改善.

阴极电泳涂层可在多种技术类型,最显著的是 环氧树脂阴极 和 丙烯酸阴极.

  • 丙烯酸阴极涂料有望在电子涂料市场中获得最高的增长. 阴极丙烯酸e-coat 是典型的应用,要求紫外线耐久性和腐蚀保护的铁基板. 它也用于需要浅色的应用.
  • 阴极丙烯酸e-coat 是否有广泛的光泽和颜色来提供外部风化和腐蚀保护. 丙烯酸阴极漆用作农具的一层面漆, 花园设备, 电器和外部暖通空调.

电泳漆的应用包括四个步骤:

  1. 预处理2: 零件清洗完毕后, 一种预处理被应用于准备电镀的金属表面.
  2. Electrocoat应用程序:从阴极漆槽中通过直流电将带正电荷的阴极漆沉积在导电基底上. 带正电的涂料沉积在带负电的阴极上,也就是还原发生的地方.
  3. 冲洗后:清洗零件以回收未沉积的油漆固体.
  4. :烤漆是为了热交联油漆和挥发水以及任何残留的有机溶剂.

在步骤2中, 涂料颗粒沉积在导电基板的表面以形成绝缘层.  随着时间的推移,涂层表面的电导率随着薄膜厚度的增加而降低,因此具有绝缘效果. 在这一点上,沉积膜有非常少的水和溶剂,所以水后冲洗(步骤3)不会对沉积膜有负面影响. 涂覆的基材然后烘烤以消除水和剩余的挥发性以及交联聚合物薄膜.

阴极电泳-在勘探者知识中心了解更多关于阴极电泳的知识
图一:阴极电沉积

如图I所示, 在阴极电沉积, 带正电荷的油漆被吸引到带负电荷的阴极,在那里发生还原, 导致氢气的释放. 在阳极,氧化伴随着氧的释放而发生. 沉积的漆膜在一次或多次水洗后合并成相对不溶的漆膜, 所述沉积的漆膜进入烘箱以使所述阴极漆膜能够交联.

的 阴极电泳涂料的优缺点 包括:

  • 优良的耐腐蚀性,即使在较低的膜厚
  • 具有优异的抗双金属腐蚀性能(当不同金属接触时)
  • 频繁更换颜色是不现实的
阴极电泳沉积的例子-在勘探者知识中心了解更多
阴极电泳沉积中的电子流-在勘探者知识中心了解更多.

许多阳离子环氧电泳树脂都是由a 双酚A基环氧树脂 由胺基组成的,被低分子量酸如甲酸中和, 醋酸或乳酸. 因为镀液的pH值略低于7, 镀液组件由不锈钢或其他耐腐蚀材料组成,以防止生锈形成.

最常见的交联剂是阻塞型 异氰酸酯因此,一旦涂层被烘烤,被阻塞的异氰酸酯被激活并与可用的异氰酸酯发生反应 羟基 和胺组. 一个典型的电泳槽的其他成分包括颜料, 填料颜料, 水, 溶剂和低水平的改性树脂,如 可塑剂 和 剂效果流修饰符 和 催化剂.

汽车涂层系统的横截面-在勘探者知识中心了解更多.
汽车涂层系统的横截面

 

涂层的使用是因为它提供了优越的防腐保护,因为它涂在传统方法无法达到的表面. 薄膜厚度均匀,无下垂、流线、边珠等缺陷. 电镀层的成本效益也非常高,因为它提供了近100%的材料利用率,具有良好的能源效率,每平方英尺应用涂层的成本相对较低.

Throwpower 电泳涂层是否有能力渗透到“难以触及”的区域, 比如一个空心金属物体的内部. 依赖于外加电压, 浴固体, 导电率, 沉积时间, 熔体温度, 溶剂的水平, 和适当的罐搅拌, 沉积时间, 可优化喷溅力和涂层外观.

简单的浸涂涂层不能有效地涂覆复杂形状零件的内部, 在烘焙过程中, 水/溶剂在零件的内部部分有洗涤作用,阻止充分的成膜. 此时,从镀液中取出电镀的物体, 大部分的水和溶剂是从电泳漆中挤出来的,因此在烘干过程中,与简单的浸涂涂层相比,洗涤效果是最小的.

电泳涂料的成膜是自限性的,当膜的厚度接近其最大值时,膜变得更绝缘性. 更高的电压和更长的浸泡时间将允许更高的成膜率,直到达到最大可能的成膜率, 通常是1.0 mil和1.2毫升.

电压通常在225伏和400伏之间. 如果电压过高,就会产生薄膜 破裂 涂在外表面的涂料的厚度. 这叫做 破裂的电压. 在足够高的电压下, 电流会穿过薄膜, 在膜下产生气体(氢气为阴极,氧气为阳极).

影响薄膜形成的其他因素包括镀液温度和电导率. 浸入时间通常在2-3分钟左右.

总而言之,阳离子电镀有望以比传统产品精加工更快的速度发展,因为它为复杂形状的产品提供了良好的防腐保护, 低挥发性有机含量和最后丙烯酸阳离子电泳涂层还提供了耐紫外线的经验应用.

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Ron Lewarchik,文章作者 & 十大靠谱彩票平台主席

作为特约撰稿人, 关于涂料工业中配方师相关主题的文章. 他还担任探勘者材料搜索引擎的顾问, 就数据库中与优化和组织材料相关的问题提供建议.

沉淀:影响颜料沉淀和稳定性的因素

介绍 -颜料分散过程的第一步是润湿和分离颜料. 然而,如果颜料分散体没有适当稳定, 絮凝1 (图. 1、2)将结果. 絮凝是由于色素颗粒相互吸引形成松散的团聚体,可在温和剪切下重新分散.

当颜料颗粒强烈地相互吸引时,会产生胶结作用 聚集 粒子的数量. 团聚体 (用树脂或润湿剂包裹的化学结合的颜料集料)不容易再分散. 絮凝 可反向应用低剪切到油漆. 絮凝 会对颜色显影、光泽和隐藏有不利影响吗.

无花果. 3:原色颗粒与絮凝、结块的关系 MDPI.com

获得色素稳定的两种主要机制是 空间 和 负责. 负责排斥, 具有相同电荷的粒子表面相互排斥(更适用于水性系统, 无花果. 4)而空间稳定是溶剂生涂料中更常见的机制(图. 5). 适当稳定的颜料分散剂可以防止絮凝和团聚.

无花果. 4:电荷排斥稳定机制m3 陶氏涂料.com
无花果. 5:空间稳定机制4 Inkline.gr

颜料在水介质中的分散使用与无机溶剂介质相同的原理:即, 合适的润湿, 颜料分散与稳定. 然而, 水的表面张力和高极性使其在润湿低极性颜料时更加困难. 在许多情况下, 水与色素的表面强烈地相互作用, 破坏颜料表面分散剂的稳定性. 确保颜料分散均匀、稳定(消除颜料) 絮凝 不含其他颜料的一种颜料). 第三, 使用适当的润湿剂/表面活性剂有助于改善极性和 表面张力 色素之间的关系,有助于 色素不稳定.

无机颜料,如氧化铁, 二氧化钛, 碳酸钙, 氧化锌, 和二氧化硅, 碳酸钙、硫酸钡和许多其他填充颜料都有极表面. 然而,单靠水通常不能充分润湿颜料表面. 因此,他们需要一个 表面活性剂 润湿并稳定分散物.

此外,许多颜料制造商供应 表面处理颜料 帮助色素稳定. 许多制造商通过添加一层无机氧化物来改善颜料的润湿性,从而修改有机颜料的表面以增加极性.

对色素稳定性的讨论不考虑其影响是不完整的 色素沉淀 随着时间的推移.  这些因素都影响颜料的沉降程度和耐硬沉降性:

  • 颜料分散质量
  • 颜料颗粒大小
  • 吸油
  • 形状
  • 分布
  • 色素密度
  • 油漆粘度

要更完整地讨论这些参数对颜料硬沉降和稳定性的影响,需要几篇文章来充分描述.  然而, 图6给出了颜料和涂料参数与颜料沉降的简化关系.

无花果. 6:参数与沉降的关系

最后, 使用适当的触变性有助于建立足够的粘度和网络结构,防止色素硬沉降. 合适的触变性能通过几种不同的机制提高抗硬沉降能力.

  • 通过增加低剪切粘度来提高抗硬沉降能力
  • 与颜料形成缔合,降低沉淀的颜料层的有效密度.

然而, 必须确定触变性剂和分散剂之间有可接受的相容性. 通常用于促进软沉降的触变性物包括用季铵盐化合物处理的粘土,以提供更高的亲有机性的溶剂型涂料. 凹凸棒土用于水性和溶剂型涂料, 因为针状的粘土颗粒结合增加了粘性,在剪切下很容易分解. 其他聚合物增稠剂通过增加粘度和促进易再分散的软沉降而有效, 如:

  • 细粒二氧化硅
  • 蓖麻油衍生物
  • 基本的磺酸钙
  • 胶态硅酸铝

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克服漆膜缺陷:原因和补救措施

涂布过程中或涂布后立即出现漆膜缺陷,或涂布固化后漆膜缺陷更加明显. 而对于薄膜缺陷的命名没有标准的约定, 本文将薄膜缺陷分为上述两类.

爬行、工艺师、龟裂——各种涂料缺陷在应用或固化后都可能发生. 在这里了解原因和解决方案.
银纹的例子.
版权: paylesimages / 123RF库存照片

漆膜缺陷原因

油漆缺陷最多的是来自 污垢 粒子1嵌在油漆里. 大多数其他油漆缺陷是由于:

  • 缺乏清洁
  • 表面处理
  • 应用程序错误
  • 对细节的关注

表面张力

许多涂层缺陷与表面张力问题有关. 表面张力 是液体的弹性倾向使它们获得最少吗 表面积 可能的. 当液体界面上的力与液体内部的力不同时,就会发生这种情况, 归因于表面分子的力分布不均匀. 表面张力的常用单位是达因/厘米2 (力/单位面积).

例如,应用一种比基材表面张力更高的涂层 尿床,爬行,针孔,度假  透印.

同样,油漆表面张力的差异也会导致 成坑 or 鱼眼.

表1:油漆溶剂的表面张力

溶剂表面张力达因/厘米
72.8
甲苯28.4
异丙醇23.0
正丁醇24.8
丙酮25.2
甲基丙基甲酮26.6
甲基戊酮26.1
点醋酸28.5

 

表2:用于减少表面缺陷的聚合物的液体表面张力

聚合物mj / m2
保利(dimethylsiloxane)22.6
保利nButyl丙烯酸酯33.7
保利nButyl丙烯酸甲酯31.2

 

高极性分子(e.g. 水)比极性较低的材料具有更高的表面张力(见表1和表2). 表面缺陷 可以通过使用少量表面张力较低的添加剂如聚二甲基硅氧烷(DMS)来减少或消除。, 聚丙烯酸丁酯或聚2-乙基己基丙烯酸酯. 这些添加剂往往会迁移到表面,以帮助流动和流平.

表3:在应用过程中或应用后不久可能发生的缺陷

           缺陷外观               原因         补救措施
爬行膜厚不均,脱湿用于表面张力较低的基材上的高表面张力涂料. 例如,在钢上涂漆,表面涂油
  • 金属或塑料表面的适当清洁
陨石坑/鱼的眼睛涂层表面有小而圆的凹陷低表面张力污染物的小颗粒(e.g. 油,润滑脂,硅油,蜡)在基材上或在涂层中嵌入
  • 适当的喷淋室空气过滤和污染物消除.
  • 添加表面润湿剂,如DMS和/或具有低玻璃化转变(Tg)的聚丙烯酸酯.
细裂纹,裂纹在涂层中形成小裂纹. 这可能发生在重涂或涂料应用于溶剂敏感塑料涂料在塑料上的应用,涂料中含有溶解底层涂料层或塑料基材的强溶剂
  • 使用不会使塑料开裂或开裂的溶剂.
  • 用合适的溶剂测试基材的点电阻.
灰尘、污染涂层表面有细小凸起的缺陷
  • 表面未仔细清洁.
  • 不干净的喷漆室和/或过滤器.
  • 喷淋室压力过低.
  • 不合适的工作服.
  • 油漆过滤不足
  • 确保涂料使用环境的清洁度
失去光泽,脸红低光泽度或白色薄雾的区域当基材温度低于露点时,由于溶剂蒸发的冷却作用,湿气凝结在未干的油漆上. 原因:

  • 不合适的还原剂
  • 烘箱内空气循环不良
  • 膜厚过高或过低
  • 适当的湿度控制

 

斑点状阴影金属涂料外观不均匀
  • 脏喷枪喷嘴
  • 不正确的空气压力
  • 不正确的减速机
  • 错误的喷雾技术
  • 不正确的喷雾粘度
  • 使用适当的粘度杯来获得喷雾粘度.
  • 定期清洁和保养喷枪.
  • 在应用过程中,保持喷枪与基材平行,并保持从喷枪到基材的正确距离.
  • 遵循技术数据表的指示.
可怜的藏·油漆覆盖不均
  • 非均匀衬底表面
  • 油漆覆盖不均匀或不充分,以掩盖基材颜色
  • 均匀和充分的油漆应用,以获得适当的隐藏.
运行和凹陷滴和凹陷
  • 油漆涂在垂直表面上太厚或太湿,重力克服了油漆向下流动的阻力(粘度).
  • 温度过低,不能使适当的溶剂蒸发(溶剂型油漆), 或湿度过高(水性涂料).
  • 用适当的增稠剂调整涂料的低剪切粘度.
  • 根据环境条件使用适当的减速器和调整粘度.
  • 调整喷枪,涂较薄的湿涂层. 如果是水性涂料,请在湿度较低的环境中进行喷涂.
跳过/假期不完整的油漆覆盖
  • 油漆涂得太薄
  • 衬底表面微小区域的表面张力较低, 造成膜流和覆盖不足.
  • 正确涂刷油漆,确保表面清洁.
分段,带油漆表面不均匀的条纹.g. 不同的颜色)油漆不均匀的应用程序
  • 使用适当的粘度杯来获得喷雾粘度.
  • 定期清洁和保养喷枪.
  • 在应用程序, 保持喷枪平行于基材的正确距离,并保持
透印通过涂层突出所述涂层基板的表面. 指纹等缺陷, 涂层表面可见基材上的砂痕和水渍在表面张力较低的基材上涂上具有高表面张力的涂料. e.g. 基板表面的指纹或硅油.
  • 确保基材彻底清洁,没有低表面张力油和指纹.
起皱,起重,短吻鳄涂抹一件大衣, 现有的漆膜干瘪了, wrinkles or swells; may also occur during drying.新漆中的溶剂会使底层漆面膨胀.
  • 允许底漆有足够的固化时间
  • 确保新漆与底漆相容
  • 适当涂抹新油漆(不要太湿).

 

表4:治疗后更明显的缺陷

缺陷外观原因补救措施
滞留空气类似于溶剂爆裂或气泡油漆泵在油漆面较低时抽吸空气. 在双组分聚氨酯中,水分与异氰酸酯反应产生CO2 一代.
  • 适当注意油漆线条状况.
  • 确保使用聚氨酯溶剂和适当的喷枪空气过滤通过干燥剂.
  • 油漆中加入除湿剂.
巴纳德的细胞固化漆膜表面的六角形图案.对流模式从颜料分离作为表面张力差异的结果调整配方,克服水浸和表面张力差
水泡在烘箱固化过程中,靠近薄膜表面的气泡不会突破表面.薄膜表面的粘度增加到很高的水平, 将挥发性溶剂困在较低的水平.
  • 适当的烘箱结构,使溶剂释放缓慢.
  • 在酸催化系统中,使用酸盐来减缓固化和使溶剂释放.
  • 在烘烤前增加闪光时间.
  • 使用较慢的蒸发溶剂.
  • 喷涂时,应增加较薄的涂层,而不是减少较厚的涂层.
  • 对水性涂料, 用低于水沸点的脱水烘培, 接下来是第二次烘烤来固化.
橙皮类似于橘子表面轮廓的粗糙表面在高粘度或有害于正常流动和流平的条件下使用的油漆.
  • 根据技术数据表,用正确的减速器调整涂料的粘度.
  • 适用于适当的流体输送速度和雾化空气压力.
溶剂的流行在烘箱固化过程中,薄膜表面不流出的破碎气泡薄膜表面的粘度增加到很高的水平, 将挥发性溶剂困在较低的水平. 当溶剂挥发时,气泡打破表面.
  • 适当的烘箱结构,使溶剂释放缓慢.
  • 在酸催化系统中,使用酸盐来减缓固化和使溶剂释放.
  • 在烘烤前增加闪光时间.
  • 使用较慢的蒸发溶剂.
  • 喷涂时,应增加较薄的涂层,而不是减少较厚的涂层.
  • 对水性涂料, 使用脱水烘烤低于沸点的水,然后第二个较高的烘烤来固化.
  • 最后,使用较低的Tg树脂以及较低的干膜厚度可以减少爆裂.

 

搜索 探勘者 制定解决涂料膜缺陷的方法:

缺陷解决材料
爬行和衬底润湿
火山口和鱼眼
  • PDMS
  • polyalkyl丙烯酸酯
运行和凹陷
透印
滞留空气
溶剂的流行,水泡三聚氰胺固化系统:

 

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