陰極電泳漆生產(chǎn)工藝技術(shù)進(jìn)展及當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)

中國(guó)產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告網(wǎng)訊：

    （一）陰極電泳漆生產(chǎn)工藝流程

    陰極電泳漆是由一種陽(yáng)離子型的水分散乳液（國(guó)際通行代號(hào)：F-2）和一種水溶性的色漿（國(guó)際通行代號(hào)：F-1）按一定比例混合使用的雙組份涂料產(chǎn)品。其中乳液（F-2）是一種環(huán)氧聚氨酯樹(shù)脂，環(huán)氧樹(shù)脂在擴(kuò)鏈、增韌、拼合聚氨酯交聯(lián)劑、胺化、中和、最后乳化形成水分散液；色漿（F-1）是一種季銨鹽型顏料漿，由分散樹(shù)脂混合各類顏填料經(jīng)分散、研磨而成。 
    
    乳液（F-2）的主要工藝步驟包括：樹(shù)脂合成（擴(kuò)鏈/胺化、交聯(lián)劑合成/拼合）、乳化、熟化【熟化是指F-2 在完成乳化工序后，通過(guò)脫溶劑裝置，將F-2 反應(yīng)過(guò)程中所需使用的溶劑（在施工運(yùn)用時(shí)不需要的部分）脫出的過(guò)程】、過(guò)濾和包裝。色漿（F-1）的主要工藝步驟包括：分散樹(shù)脂合成（擴(kuò)鏈/接枝/季胺化）、混合顏填料、分散、研磨、過(guò)濾和包裝。 

    綜上，陰極電泳漆（F-2/F-1）的生產(chǎn)工藝如下圖簡(jiǎn)示：
 

    （二）陰極電泳漆工藝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 

    陰極電泳涂裝技術(shù)，由于其涂層的均勻性和優(yōu)良的耐蝕性，生產(chǎn)性以及低污染性等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，已成為涂裝領(lǐng)域不可缺少的方法之一。自從第一代陰極電泳漆開(kāi)發(fā)成功并得到應(yīng)用以來(lái)，經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展��國(guó)內(nèi)外陰極電泳漆的研究和應(yīng)用領(lǐng)域均發(fā)生了很大的變化，已研究開(kāi)發(fā)出了第六代、第七代乃至第八代產(chǎn)品。 

    這些水性陰極電泳漆在減少設(shè)備腐蝕、提高泳透力、減少油煙及消除烘烤變黃、降低固化溫度、提高防腐蝕性能等方面已獲得了很大的進(jìn)展。近年來(lái)最有代表性的陰極電泳漆包括厚膜型陰極電泳漆、邊角覆蓋型陰極電泳漆、耐候性陰極電泳漆、低溫固化型陰極電泳漆、紫外光固化陰極電泳漆和多彩型陰極電泳漆。 目前，隨著環(huán)保問(wèn)題日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，世界各國(guó)相繼制定了一系列環(huán)保法規(guī)、法律和準(zhǔn)則，如美國(guó)66法規(guī)、EPA污染物控制條例、歐盟ROHS指令、REACH法規(guī)等，促使全球涂料業(yè)向低毒/無(wú)毒、對(duì)環(huán)境影響最小的方向發(fā)展。 

    （三）陰極電泳漆工藝技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 

    陰極電泳漆屬于環(huán)境友好型水性涂料，今后，在陰極電泳涂裝新技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，涂裝工藝應(yīng)向著節(jié)省能源、降低勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染，無(wú)重金屬，低揮發(fā)性有機(jī)化合物，VOC，降低固化溫度，高性能化等方向發(fā)展。 

    1、厚膜型陰極電泳漆 

    一般的陰極電泳漆涂層的厚度較小、抗碎性和邊角防銹性較弱，對(duì)涂層要求較高的汽車(chē)零部件進(jìn)行涂裝，性能達(dá)不到要求。為了改善陰極電泳涂層的抗碎性和邊角防銹性，進(jìn)一步提高陰極電泳漆的耐蝕性，因此開(kāi)發(fā)了厚膜型陰極電泳漆，膜厚最高可達(dá)40μm。這種涂料主要是依靠具有不同玻璃化溫度的數(shù)種樹(shù)脂相配合，并添加高沸點(diǎn)的助溶劑等制成，從而解決電泳涂裝時(shí)涂膜的沉積和烘烤時(shí)粘彈性的控制問(wèn)題，使其一次性成膜較厚，外觀比較平整。美國(guó)PPG公司、德國(guó)BASF公司、日本油脂和日本涂料公司等開(kāi)發(fā)的厚膜型陰極電泳漆，解決了電泳涂漆中高厚膜與高泳透力的矛盾、電泳膜熱流平與邊角易外露的矛盾。如美國(guó)PPG公司開(kāi)發(fā)的厚膜型陰極電泳漆具有如下優(yōu)點(diǎn)，一次電泳膜厚可達(dá)30-40μm，涂層的平滑性和表面光澤顯著提高；工件空腔內(nèi)表面的涂層比普通的厚兩倍；可省去中間涂層和一道打磨工序；大量減少了涂料生產(chǎn)中的有機(jī)溶劑；槽液穩(wěn)定性好；涂層防蝕性強(qiáng)；尤其是邊角部位；涂膜彈性好，可在含鋅一鐵合金表面涂覆，具有較強(qiáng)的抗石擊能力。 

    厚膜型陰極電泳漆具有高外觀性能、耐沖擊性、孔腔內(nèi)部及邊角防銹性、防銹鋼板涂裝適應(yīng)性和短時(shí)電泳、縮短工序等優(yōu)點(diǎn)�г诿绹�(guó)、歐洲及日本已廣泛用于電器產(chǎn)品、建材、農(nóng)業(yè)機(jī)械、建筑機(jī)械、汽車(chē)及其零部件等的涂裝。 

    2、邊角覆蓋型陰極電泳漆 

    汽車(chē)車(chē)身和零部件在沖壓加工時(shí)形成大小不同的棱角尖角，在涂裝時(shí)由于覆蓋性不好，容易生銹。對(duì)于涂料而言，提高邊角防銹性的關(guān)鍵是提高邊角的覆蓋性。在電泳涂裝時(shí)涂料固體組分集中在尖端部位析出，邊角覆蓋性本來(lái)很好，但是烘烤時(shí)由于漆膜的粘度下降而產(chǎn)生熱流動(dòng)，加上表面張力的作用，使邊角露底。因此，提高邊角故覆蓋性的途徑是提高漆膜加熱固化時(shí)的粘度和降低其表面張力。但是隨著邊角覆蓋性的提高，涂膜的平滑性卻受到了損害。為了解決這一矛盾，提出了很多方案。其中，日本油脂公司采用了高分子量樹(shù)脂作為涂膜加熱時(shí)的流動(dòng)調(diào)整劑，并通過(guò)流變學(xué)控制技術(shù)，使涂膜邊角覆蓋性和表面平整性得以兼顧。另外，采用高聚物微凝膠技術(shù)，將具有獨(dú)特流變性的交聯(lián)聚合物顆粒加入到涂料中，對(duì)涂膜邊緣的覆蓋性大有好處。 

    3、耐候性好的陰極電泳漆 

    陰極電泳漆作為底漆，通常以耐蝕性好的環(huán)氧樹(shù)脂為主體。雖然其耐蝕性優(yōu)良，但耐候性不夠好。一道涂裝系統(tǒng)光澤下降；二道涂裝系統(tǒng)因受太陽(yáng)光線��特別是短波紫外線的作用，會(huì)發(fā)生層間剝離。因此，作為二道涂裝系統(tǒng)的陰極電泳漆具備耐蝕性和耐候性尤為必要。開(kāi)發(fā)耐候性好的陰極電泳漆的設(shè)計(jì)思路是，樹(shù)脂的主要組成為環(huán)氧系樹(shù)脂和丙烯酸系樹(shù)脂，利用兩者表面張力的不同，烘烤時(shí)表面張力大的環(huán)氧樹(shù)脂沉于下層，表面張力小的丙烯酸樹(shù)脂浮于表層，可形成耐候性和耐腐蝕性都較好的“底面合一”型陰極電泳漆。 

    日本神東公司開(kāi)發(fā)了一種厚膜型兩層結(jié)構(gòu)的陰極電泳漆及其涂裝方法。該涂料以陽(yáng)離子丙烯酸樹(shù)脂和陽(yáng)離子酚醛環(huán)氧樹(shù)脂的混合物為基料，以異氰酸酯、三聚氰胺和聚酰胺等為交聯(lián)劑。涂裝時(shí)采用兩步電泳，即先在25℃，200V下電泳2min，然后在600V下繼續(xù)電泳2min，結(jié)果在汽車(chē)車(chē)身上形成70μm厚的涂膜，其底層以環(huán)氧樹(shù)脂為主，表層以丙烯酸樹(shù)脂為主，從而保證涂膜具有良好的耐蝕性和耐候性。 

    4、低溫固化型陰極電泳漆 

    陰極電泳漆的烘烤溫度為170~180℃，帶有橡膠、塑料等的汽車(chē)零部件在高溫烘烤下容易變形，所以在保持耐腐蝕性等其他性能不變的情況下，低溫固化陰極電泳漆應(yīng)運(yùn)而生。它不但能減少能量消耗、降低成本、減少環(huán)境污染，而且可以減少漆膜因烘烤而變色，從而提高涂膜質(zhì)量。低溫固化型陰極電泳漆除了能涂裝帶有橡膠、塑料的零部件外，還廣泛適用于汽車(chē)厚鋼板、鑄件和各種零部件。 開(kāi)發(fā)這種涂料的技術(shù)關(guān)鍵是尋求新型的固化劑或改進(jìn)固化方式，目前主要有以下三種改進(jìn)方式： 

    （1）在環(huán)氧樹(shù)脂中引入雙鍵，因?yàn)殡p鍵可以在較低的溫度下交聯(lián)。 �� 

    （2）開(kāi)發(fā)低溫?zé)峁袒�交�?lián)劑，使樹(shù)脂可以在較低溫度下固化交聯(lián)，但同時(shí)又要考慮在該溫度下樹(shù)脂的流平性。 �� 

    （3）利用樹(shù)脂與基材的接觸性反應(yīng)促進(jìn)固化。 

    5、紫外光（UV）固化陰極電泳漆 

    目前幾乎所有的陰極電泳漆都以熱固化為主，固化反應(yīng)的溫度一般在140~180℃，低溫固化陰極電泳漆的固化溫度也在85~110℃，所以在許多受溫度限制的材料上很難推廣使用電泳涂裝。 

    紫外光（UV）固化涂料是利用紫外光照射涂料樹(shù)脂發(fā)生聚合反應(yīng)的固化方式，在低溫條件下短時(shí)間內(nèi)就能完成涂料的固化過(guò)程。紫外光固化技術(shù)完全符合“3E”原則，即Energy，節(jié)約能源，一般紫外光固化能耗為熱固化的20%，Ecology，生態(tài)環(huán)保，紫外光固化技術(shù)被稱為“綠色技術(shù)”；Economy，經(jīng)濟(jì)，紫外光固化裝置緊湊、流水線生產(chǎn)、加工速度快、勞動(dòng)生產(chǎn)率高�τ欣�于降低生產(chǎn)成本。 

    紫外光固化電泳涂裝是具有光固化性能的電泳涂料和電泳涂裝技術(shù)相結(jié)合的復(fù)合技術(shù)，它不需要較高的溫度，所以它能滿足產(chǎn)品進(jìn)行電泳涂裝的加工需要，同時(shí)又能解決涂裝材料受溫度限制的問(wèn)題。集紫外光固化、電泳涂裝、水性涂料等優(yōu)點(diǎn)于一身的紫外光固化電泳涂料有著極大的發(fā)展前景。目前世界上在這方面的研究開(kāi)展得較少，德國(guó)的A.Fieberg進(jìn)行過(guò)深入系統(tǒng)的研究。 

    6、高裝飾性陰極電泳漆

提高陰極電泳漆的裝飾性是為了擴(kuò)大其使用范圍，使其在家電、鋼制家具、 辦公用具、農(nóng)業(yè)機(jī)械、空調(diào)器和汽車(chē)部件的涂裝等行業(yè)有廣闊的應(yīng)用前景。目前，以胺改性環(huán)氧樹(shù)脂與含氟乙烯基單體共聚物混合制得高耐候性和高裝飾性的陰極電泳漆，在胺改性環(huán)氧樹(shù)脂和封閉異氰酸酯乳化分散液中加入膠化粒子組成的透明高裝飾性陰極電泳漆，由環(huán)氧樹(shù)脂與特殊異氰酸酯交聯(lián)并加入丙烯酸系樹(shù)脂組成的復(fù)層陰極電泳漆，用環(huán)氧改性丙烯酸系樹(shù)脂制得的陰極電泳漆等。進(jìn)行這方面研究的人員較多，但仍然處于開(kāi)發(fā)階段，未見(jiàn)成熟產(chǎn)品，技術(shù)難度較大，且存在價(jià)格因素。 

    7、環(huán)保型陰極電泳漆 

    無(wú)鉛、無(wú)錫陰極電泳漆是電泳漆發(fā)展過(guò)程中的一項(xiàng)重大改進(jìn)。避免使用鉛、錫的途徑是，提高樹(shù)脂本身的防銹性能，采用無(wú)毒防銹顏料，改變固化方式和采用其它固化催化劑。Herhens公司在這方面位居前列。歐洲的不少電泳線均已使用4EC3000無(wú)鉛無(wú)錫電泳漆，上海大眾有3條油漆線使用無(wú)鉛無(wú)錫電泳漆。PPG通過(guò)改進(jìn)樹(shù)脂去除了鉛，各種性能試驗(yàn)表明：其性能與含鉛電泳漆相比毫不遜色。 

    有害氣體污染物(HAP)和揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)是環(huán)保型涂料中很重要的指標(biāo)，因此，降低VOC的排放量就成為陰極電泳漆的一個(gè)重要研究方向�，F(xiàn)有陰極電泳漆的有機(jī)溶劑含量普遍降至1.2%以下。PPG的第五代陰極電泳漆的有機(jī)溶劑含量低至0.6%同時(shí)槽液仍然保持良好的穩(wěn)定性。在溶劑種類方面，烴類溶劑由于具有揮發(fā)性，已被高沸點(diǎn)溶劑如溶纖劑取代。 

    內(nèi)容選自產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告網(wǎng)發(fā)布的《2012-2016年中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)分析與發(fā)展策略咨詢報(bào)告》