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自泳涂料涂装技术探讨

  自泳涂料是一类特殊的水分散乳胶涂料,胶粒粒径为100~300nm,在表面活性剂的存在下,分散于含氧化还原活性剂的酸性水溶液中。从热力学观点看,它是一种相对稳定而绝对不稳定的体系,在一定的条件下乳液胶粒会脱稳而凝聚。自泳沉积是在体系整体稳定前提下,在金属与乳液界面局部区域创造这种脱稳条件,而使乳胶沉积于金属表面的过程。当金属铁工件浸入槽液后,酸性体系使铁溶解成为Fe2+,体系中的活性剂将Fe2+氧化成为Fe3+。当Fe3+离子在界面处超过一定量时,乳胶粒子即产生局部脱稳凝聚而沉积在金属表面,因此自泳沉积过程本质上是化学反应过程,故自泳亦称为化学沉积。


  自泳涂料涂装的核心是具有自沉积活性的高分子乳液的合成,涉及高分子乳胶结构、引发体系、分子量分布、胶粒粒径、自泳体系稳定性与活性控制等,影响着自泳涂装(表面涂装)的性能。为了获得高效优质及节能型自泳涂料,主要有如下技术关键:


  (1)偏氯乙烯类单体自泳乳液合成国外第三代自泳涂料即属于偏氯乙烯类乳液。从分子结构看,采用偏氯乙烯单体(CH2=CCl2)合成高分子乳液,由于偏聚氯乙烯分子链结构很规整,由它形成的涂膜具有优良的抗渗透性,能有效地阻止水、氧及其他腐蚀介质进入涂膜与基体的界面,因此具有优良的耐水、耐油、耐溶剂和耐化学药品性能。更为突出的是它在100℃左右即可固化成膜,而丙烯酸类的成膜温度达170℃,故偏氯乙烯类自泳涂装(表面涂装)有显著的节能效果。目前国内尚无适于自泳涂装(表面涂装)的偏氯乙烯乳液,有待开发。


  (2)反应性表面活性剂的开发以往自泳乳液合成通常采用低的相对分子质量表面活性剂作为乳化剂。它们带有强极性基团,对金属基体有强烈的亲和性,而夹杂存在于自沉积涂膜中。理论上与实践上都证明,它们的存在会显著降低涂膜的耐腐蚀性能。为克服低的相对分子质量表面活性剂的缺陷,近年来国外正在研究开发反应性表面活性剂,我国对此也正进行研究开发,初步研制成功带有反应活性基团的表面活性剂MAPS,结构如下:其中R1、R2为烷基或H。由于这种表面活性剂含有可参与聚合的反应性丙烯酸基团,可将表面活性剂直接链接到乳胶高分链上,它既可稳定乳液,又能有效地克服低的相对分子质量表面活性剂对涂膜耐蚀性的负面影响,提高自泳涂装(表面涂装)的质量。


  (3)乳胶最低成膜温度(MFT)及玻璃化转化温度(Tg)的优化自泳乳液成膜过程较为特殊。在常温下自泳沉积涂膜仅仅是球状胶粒互相凝聚的结果,胶粒间存在无数空隙,它必须在超过一定温度(即MFT)后,胶粒与胶粒产生融合,最后固化成膜。故自泳乳液的MFT是一重要参数。若MFT过高,则胶粒间不能充分融合,所形成的涂膜会产生针孔,其耐蚀性必然很差;MFT过低,虽然胶粒间的融合性较好,易获得无缺陷的涂膜,但由于降低乳胶的MFT是以降低其相对分子质量为代价的,导致乳胶的玻璃化温度Tg降低,通常也会降低涂膜的耐蚀性。为解决这一矛盾,采用乳液梯度聚合技术是一有效的途径,即在乳液聚合的不同阶段,采用不同性质的单体,使胶粒具有不同性质的核壳结构,其壳层有较低的MFT,而胶核有较高的Tg,形成“软壳硬核”的结构,这样,较低的MFT壳层有利于胶粒互相融合,而较高的Tg胶核使涂层本体具有较高的相对分子质量,从而提高涂层的耐蚀性。此外,乳液粒径及自泳活性的控制也十分重要。综上所述,自泳涂装(表面涂装)的关键技术集中体现在自泳聚合过程。


  自泳涂装(表面涂装)工艺相对电泳涂装而言,其工艺较为简单,前处理不需表面调整和磷化处理,自泳液不需超滤,其工艺流程如下:预脱脂——水洗——脱脂——水洗——去离子水洗——自泳沉积——水洗——后处理——烘干需着重指出的是自泳后处理至烘干阶段间隔时间应尽量缩短,一般控制在5~10min。工件表面如有锈蚀,必须进行除锈。


  自泳涂装(表面涂装)设备主要由前处理槽、水洗槽、自泳槽、后处理槽、输送设备及烘干炉组成。自泳涂装(表面涂装)槽和生产线槽,应根据涂装产品结构、生产纲领、车间条件等进行工艺设计和非标设备设计。需指出的是,当设计自动生产线时,为缩短后处理与烘干阶段间隔时间,不宜采且普通悬挂输送机,而应采用积放式悬挂机,并用计算机程序控制。


  自泳涂装(表面涂装)特点概括如下:


  (1)无污染清洁生产自泳涂装(表面涂装)为水分散体系,完全不含有机熔剂,无毒、无火灾危险,符合国家环境保护及劳动安全卫生标准。

  (2)节能、节材与电泳涂装相比,它不需直流电源,烘烤温度100℃左右,比电泳涂装节能50%以上,涂料利用率达98%以上。

  (3)工艺简单,设备投资少,运行成本低与电泳涂装相比,它不需表面调整和磷化工序,不需过滤,设备投资比电泳节省30%~40%,占地面积节省20%~50%。

  (4)涂膜均匀,耐蚀性优良电泳涂装对形状复杂的工件,尤其是深腔结构,由于受电场屏蔽,泳透率较低,而自泳涂装(表面涂装)按其沉积原理,只要槽液达到的部位,均能获得厚度均匀的涂膜。目前,耐盐雾性已达600h以上,大大超过阳极电泳而与阴极电泳水平接近。

  (5)自泳涂装(表面涂装)的缺点:自泳涂装(表面涂装)由其沉积机理决定,它目前只能用于钢铁零件,它颜色仅局限于黑色,色调较单一,故一般仅作为底漆使用。


  自泳涂装(表面涂装)已在汽车零部件、农机、农用车、轻工家电、仪器仪表等行业获得推广应用,取得显著的经济效益与社会效益。


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