金属用光固化阴极电泳涂料的制备及性能研究

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电泳涂层由于其优良的防腐性能和良好的覆盖能力成为了提高金属部件耐腐蚀性与美观性的流行工艺。相较于其他工艺,电泳工艺不仅可以满足异形金属件的涂覆,并且所用电泳涂料顺应环保需要,以水作为分散介质,不产生挥发性有机化合物(VOCs)的排放,从而成为金属涂料领域技术升级的换代产品。而金属用紫外光固化电泳涂层,在具有普通电泳涂料的优点的同时,还可与紫外光固化固化速度快、能耗低的优势结合,从而有更广阔的应用前景。本论文先后合成了紫外光固化聚丙烯酸酯基阴极电泳树脂和紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯基阴极电泳树脂,在制备过程中研究其各原料投料量对乳液与漆膜的影响;并将两树脂进行复配,探究不同配比对于乳液与漆膜的影响;分析并确定光引发剂种类与用量、交联剂、流平剂与润湿剂等助剂的最佳用量,探究其最佳电泳工艺条件。并通过红外、凝胶渗透色谱、热重分析、粒径分析、实时红外(real time FTIR)等现代测试技术对乳液与漆膜进行表征与测试。主要研究结论如下:(1)以甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA),甲基丙烯酸甲酯(MMA),丙烯酸正丁酯(n-BA),甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)等为主要原料制备出聚丙烯酸酯预聚物,再将异氟尔酮异氰酸酯(IPDI)和丙烯酸羟乙酯(HEA)合成的半封闭异氰酸酯(IPDI-HEA)接枝,引入不饱和键,制备出一种光固化树脂,用于制备阴极电泳漆。讨论其热引发剂与链转移剂的添加量、亲水基团DMAEMA用量、BA用量与IPDI-HEA接枝比例对乳液与漆膜的影响,并对最终配方在3 wt.%Darocur1173、光照强度在60m W/cm(365 nm波长)的条件下进行了光固化动力学的探讨。结果表明:在中和度在100%、固含量在15%,电泳时间5 min,闪蒸时间3 min的条件下,当热引发剂与链转移剂的用量占丙烯酸酯单体2 wt.%、0.3 wt.%;亲水基团DMAEMA占单体总量的12wt.%;软段n-BA占单体总量的24 wt.%;IPDI-HEA与HEMA的接枝比例为0.8/1时,附着力好,所得电泳工作液为乳白色/蓝色相,乳液状态稳定,光固化速率及转化率较高;漆膜光滑、光泽高、硬度高,整体性能优异;(2)以IPDI、聚四氢呋喃二醇(PTMG-1000)、3-二甲胺基-1,2-丙二醇(DMAD)与HEA等为主要原料制备出聚氨酯——丙烯酸酯预聚物,再用酸成盐中和,制备出一种可紫外光固化的阴极电泳漆。并讨论了R值(n(-NCO)/n(-OH))、亲水基团含量n(DMAD)/n(PTMG-1000)对乳液及漆膜的影响,并对最终配方在3 wt.%Darocur1173、光照强度在60 m W/cm(365 nm波长)的条件下进行了光固化动力学的探讨。结果表明:在中和度在100%、固含量在15%,电泳时间5 min,闪蒸时间3 min的条件下,在亲水基团含量n(DMAD)/n(PTMG-1000)为1.2:1、R值为1.3时,附着力好,所得电泳工作液为乳白色蓝色相,乳液状态稳定,光固化速率及转化率较高;漆膜光滑、光泽高,整体性能优异;(3)将实验室合成的聚丙烯酸酯和聚氨酯—丙烯酸酯基阴极电泳树脂进行复配,讨论了不同配比对乳液及漆膜的影响、不同光引发剂浓度与种类、交联剂、流平剂与润湿剂等助剂的影响、最终电泳工艺条件对乳液及漆膜的影响。结果如下:(a)电泳工艺优化条件:固定室温25℃、电泳液p H为6.5~7、极间距为20 cm、电泳液固含量为15%和电泳时间8 min与电泳电压为80 V;(b)在复配树脂的优化配方:以聚丙烯酸酯/聚氨酯丙烯酸酯=1:1的比例制备混配树脂,配方中添加3 wt.%光引发剂030、10 wt.%交联剂TMPTA、0.5 wt.%流平剂和0.5 wt.%润湿剂;所得漆膜固化速率高、性能优异且耐老化、耐酸碱性能达到期望目标。
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