电泳与电镀原理类似
在以导电的水溶性或水乳化的涂料构成的电解液中,工件与电解液中另一电极分别接在直流电源两端,构成电解电路,电解液中离解出的阳离子在电场力作用下向阴极移动,阴离子向阳极移动,这些带电的树脂离子,连同被吸附的颜料粒子一起电泳到工件表面,并失去电荷形成湿的涂层。电泳分类目前的电泳涂装有阳极电泳和阴极电泳两种。
阳极电泳所用的水溶性树脂为阴离子型化合物。在水中,水溶性树脂(羧酸胺盐)溶解成离子形式,若通以直流电场,则两极间产生的电势差导致离子向两极定向移动。
阴离子向阳极移动,并沉积在阳极表面,释放出电子;阳离子向阴极移动,在阴极还原成胺(或氨),得到电子。阴极电泳所用的水溶性树脂为阳离子型化合物。用有机酸中和后,在水中溶解成离子形式,通以直流电场后,离子发生定向移动,阳离子向阴极移动,在阴极表面释放电子,被氧化成酸。电泳发展过程迄今为止,电泳涂装所用涂料已经历经6代,其中第1代、第2代电泳涂料为阳极电泳涂料。
各代涂料介绍
第1代,为低电压、低泳透力的阳极电泳涂料。主要用于汽车车身内部涂装,且必须设置辅助阴极。其耐盐雾性较差,在100h以内,以顺酐化油、酚醛、环氧酯等为代表。
第2代,为高电压、高泳透力的阳极电泳涂料。在涂装汽车车身时可以不再设置辅助阴极。耐盐雾性能大大提高,可以达到240h以上(磷化板上的电泳涂层),以聚丁二烯树脂为代表。
第3代,为低电压、低泳透力、低pH值的阴极电泳涂料。电泳槽液的pH值为3~5,酸性较强,槽体很快被腐蚀,但电泳后的汽车车身涂层耐腐蚀性得到提高,可以达到360~500h。
第4代,为高电压、高pH值、高泳透力的阴极电泳涂料。电泳槽液的pH值在6.0左右,在磷化板上的耐盐雾性实验可以达到720h以上。至今仍为各国阴极电泳的主流。
第5代,为厚膜阴极电泳涂料。主要是为了提高被涂装工件锐边的耐腐蚀性以及简化涂装工艺的需要。膜厚在30-35μm,耐盐雾性能可以达到1000h左右。
第6代,为高pH值、高泳透力、无铅、环保型阴极电泳涂料。此代涂料在环保上的显著特点是降低了固化温度,节省了能源与资源。具体性能对比详见表3-20。
电泳特点
电泳涂装的优点在于:
工作环境好。电泳涂装的电解液中溶剂是水,无易燃易爆问题,不污染空气。
生产效率高。电泳涂装相比于其他涂装方法,生产效率最高,工件浸入电解液中,几分钟之内即可完成电泳,适于批量生产,易于实现生产自动化。
节约原材料。电泳涂装的材料利用率一般在85%以上,比喷漆省40%。
涂层质量好。电泳涂层表面均匀,与工件附着力好,漆膜紧密,无流痕、起泡等缺陷。
但是电泳也存在一些缺点:
设备复杂,投资大。除电泳槽外,还需与之配套的辅助设备、超滤装置及制纯水设备、专用直流电源、烘干设备、废水处理设备等。
涂料品种少。目前电泳涂料仅限于水溶性漆和水乳化漆;颜色仅限于深色底漆或单层底面两用漆。其原因是在电泳过程中(如阳极电泳沉积法)电离的铁离子和树脂阴离子中和沉积在工件上成黄棕色。
电泳涂层需在150℃下烘烤1h,耗能大。
电泳过程
电泳涂装是非常复杂的电化学过程,主要包括电泳、电解、电沉积和电渗4个同时进行的过程。
电泳。在外加电场的作用下,溶液中带电的粒子(胶体树脂粒子)向所带电荷相反的电极板移动,不带电的颜料吸附在带电的胶体树脂粒子上随同电泳。
电沉积。在外加电场的作用下,带电荷的树脂粒子电泳到达阳极(或阴极),放出(或得到)电子并沉积在阳极(或阴极)表面,形成不溶于水的涂层。
电渗。电渗是电泳的逆过程。其主要作用是将电沉积下来的涂层进行脱水。当胶体树脂粒子沉积在阳极表面时,原来吸附在阳极板上的水等介质在内渗力的作用下穿过涂层进入溶液中。
电解。在外加电场的作用下,有电流通过电解质溶液,会将水电解,在阴极放出氢气,在阳极放出氧气。所以,在电泳涂装过程中,应适当降低电压以消除电解水的生成的氢气和氧气对涂层质量的影响。
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