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新型成膜助剂乙二醇异辛醚在电泳涂料中的应用

来源:未知 作者:admin 时间:2017-04-29 点击:
导读:新型电泳涂料成膜助剂乙二醇异辛醚(2EHG)具有沸点高、挥发速度慢、水中溶解度 ⒍缘缬臼髦芙庑院玫忍氐恪?疾炝艘叶家煨撩(2EHG)、乙二醇己醚(HC)、丙二醇苯醚(PPH)添加在电泳涂料中,对涂膜外观、膜厚增加、光泽度和粗糙度的影响。实验结果表明,乙二
新型成膜助剂乙二醇异辛醚在电泳涂料中的应用
方黎明1,袁纪贤2,顾敏捷1
(1.立邦涂料(中国)有限公司,上海 201021;2.江苏怡达化学股份有限公司,江苏江阴 214441)

0 前 言
电泳涂料是以水分散的离子型聚合物为成膜物基料,在水分散体的状态下,采用电泳法(电沉积法)进行涂装的涂料。
同常规溶剂性涂料和水性涂料一样,电泳涂料中需要添加少量溶剂,除了亲水性溶剂之外,需要添加疏水性溶剂,即成膜助剂。成膜助剂有以下3个作用:(1)电泳涂料烘烤温度比较高(常规140~180 ℃),大大高于电泳乳液成膜温度,但电泳涂膜树脂成分比较多,很复杂,各树脂之间相容性不一定很好,成膜助剂具有对各种树脂很好的溶解能力,在烘烤过程中,促进和保持各树脂之间很好的相容性,使涂膜固化均匀;(2)沸点高,不容易挥发,烘烤时促进涂膜流平,改善涂膜外观;(3)调节涂膜厚度,根据客户要求,使涂膜厚度稳定维持在指标范围内,保证电泳涂膜质量。
电泳槽液有机溶剂含量一般在0.5%~3.0%,高沸点溶剂(成膜助剂)约占30%~50%,溶剂含量根据电泳品种和客户要求有所不同。如果成膜助剂太少,涂膜流平不好,外观比较粗糙,膜厚薄,影响电泳防腐蚀性能;如果成膜助剂太多,涂装电压低,膜厚太厚,泳透力下降。在长更新周期电泳槽中,添加成膜助剂有助于保持电泳槽液稳定性,减轻或避免树脂的水解。在使用镀锌板材的电泳生产线,如果发生针孔,添加成膜助剂可以消除针孔,提高电泳涂料耐针孔性。
常用的电泳成膜溶剂有乙二醇醚类、丙二醇醚类。乙二醇醚类有乙二醇己醚、乙二醇异辛醚;丙二醇醚类有丙二醇苯醚等。乙二醇己醚、乙二醇异辛醚生产厂商很少,乙二醇异辛醚只有日本乳化剂生产,国内都是从日本进口,价格高,限制了新型电泳成膜助剂的使用和推广;乙二醇己醚由于原材料己醇成本高,价格很难降下来。所以开发性价比好的成膜助剂乙二醇异辛醚尤为重要。
 
1  实验部分
1.1 原材料与器材
POWERNICS 150 BLACK电泳槽液,立邦;乙二醇异辛醚,纯度≥98%,江苏怡达化工;乙二醇己醚,纯度≥98%,日本乳化剂;丙二醇苯醚(PPH),江苏怡达化工;电泳仪,型号AP-EC02,日本高砂制作所;膜厚仪,型号MiniTest 600BFN2,Elektro Physik;光泽仪,型号micro-TRI-gloss,BYK;粗糙度仪,型号SJ-210,Mitutoyo公司;盐雾试验机,型号CZ-160A,众志检测仪器。
1.2 涂装工艺
(1)未加成膜助剂的POWERNICS 150 BLACK电泳槽液在机械搅拌下,40 ℃、16 h进行熟化,25 μm过滤布过滤备用;
(2)在搅拌下,往电泳槽液中缓慢滴加成膜助剂,搅拌2 h后进行制板;
(3)室温放置24 h后,检测电泳涂膜物理性能。
(4)盐雾试验,根据ASTM B117进行,取出水性后,除去铁锈,室温放置2 h,用Scotch胶带拉,测量扩蚀宽度。
 
2 结果与讨论
2.1 乙二醇异辛醚、乙二醇己醚和丙二醇苯醚的基本参数
乙二醇异辛醚结构式:C4H9CH(C2H5)CH2OCH2CH2OH,有醚键和伯羟基;乙二醇己醚结构式:
C6H13OCH2CH2OH,有醚键和伯羟基;丙二醇苯醚结构式:C6H5OCH2CH(CH3)OH,有醚键和仲羟基;乙二醇异辛醚(2EHG)、乙二醇己醚(HC)和丙二醇苯醚(PPH)基本参数见表1。
2EHG、HC和PPH基本参数
2.2 乙二醇异辛醚、乙二醇己醚和丙二醇苯醚的效果比较
表2、表3、表4和表5分别是槽液添加成膜助剂0、0.5%、1.0%和1.5%后,制板,涂膜的检测结果。
槽液中无成膜助剂的涂膜物性

槽液中添加0.5%成膜助剂的涂膜物性
槽液中添加1.5%成膜助剂的涂膜物性
2.3 各种电泳成膜助剂的优缺点
2.3.1 十二碳醇酯(Texanol)
十二碳醇酯化学名称为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯,有酯基和仲羟基。虽然十二碳醇酯(Texanol)在乳胶漆中是常规的成膜助剂,价格低,对苯丙或纯丙或醋酸乙烯-丙烯酸体系乳液常温成膜性好,但由于化学结构中只有酯键和仲羟基,在高温下(140~180 ℃)溶解胺改性环氧树脂能力差,流平性不好,在电泳涂料中,已经几乎不用了。
2.3.2 丙二醇苯醚(PPH)
丙二醇苯醚由于价格比较便宜,高温流平性好,现在国内用得比较多,但丙二醇苯醚凝固点11 ℃,在冬季需要预先融化处理,增加了生产操作上的困难,其次丙二醇苯醚(PPH)中含有微量的苯酚,具有毒性,所以可以用作杀菌剂、防腐消毒剂,在电泳涂料的废水处理过程中对细菌产生抑制或杀死作用,导致废水处理不合格,存在环保隐患,所以在2000年左右,日本基本停止使用了丙二醇苯醚的使用。
2.3.3 乙二醇己醚
乙二醇己醚高温流平性好,但由于原材料己醇生产厂家少价格高,乙二醇己醚价格高、波动小,使用受到一定限制。
2.3.4 乙二醇异辛醚
乙二醇异辛醚是无色透明液体,微有气味,水溶性小,沸点高,高温流平性好,作为电泳涂料的成膜助剂,确保烘烤时溶解各电泳树脂成分,均匀混合和固化,从而获得外观和性能优异的电泳涂膜。
从表2~表5可以看出,乙二醇异辛醚(2EHG)、乙二醇己醚(HC)与丙二醇苯醚(PPH)应用在电泳涂料中:这3种溶剂高温流平性都很好,电泳涂膜外观都很好,但使用2EHG的涂膜更平整,PPH的涂膜表面有点发雾。在相同添加量和相同电压条件下,2EHG增加膜厚效果最好,对槽液加入量0.1%时,2EHG膜厚增加约2~3 μm;HC膜厚增加稍低,约2~2.5 μm;PPH膜厚增加约1.5~2.0 μm。由此可见,在提高相同膜厚情况下,2EHG使用量最少,比PPH要少30%~50%,虽然2EHG价格稍贵点,但电泳涂料总体成本不会上升。
2EHG沸点229 ℃,与新政策要求沸点260 ℃还有一定距离,但配方中溶剂含量减少了,相应VOC就减少了;2EHG对废水处理的细菌无抑制作用,从而避免污水处理环保隐患。
2.4 乙二醇异辛醚对盐雾试验的影响
2EHG沸点高,如果残留在涂膜中,会影响电泳涂膜的耐腐蚀性。从表6可以得出结论:2EHG在电泳涂料烘烤过程中,前期起到溶解树脂流平作用,中后期完全挥发掉,不残留在涂膜中,所以对电泳涂膜耐腐蚀性不产生影响。
2EHG对电泳涂膜耐盐雾性的影响试验
2.5 乙二醇异辛醚使用方法及注意事项
2EHG加入电泳涂料中有多种加入方式:第一种,直接在树脂合成时作为溶剂加入,代替部分其他溶剂,例如MIBK或乙二醇丁醚;第二种,电泳树脂乳化之后,在搅拌情况下,慢慢加入,加入速度不能太快,不然会引起乳液局部絮凝;第三种,在槽液中直接慢慢加入,要求搅拌或循环要好,加入的2EHG马上混入槽液,特别是在生产线上,一次补加量相对比较多,加入的2EHG不能浮在液面上,加料配管出口最好在泵吸入配管上,负压吸入,经过循环泵及时和槽液混合均匀。
 
3 结 语
在电泳涂料中,2EHG的添加量少,不影响污水处理,成膜性好,性价比高,所以在日本和韩国,2EHG已经替代PPH,在国内的日韩系涂料生产企业也基本都采用2EHG。
由于乙二醇异辛醚具有很好的成膜性和烘烤流平性,在水性金属涂料中作为成膜助剂,国外和国内外资大涂料公司已经成熟使用多年,中国涂料水性化是必然之路,借鉴国外公司技术和经验,乙二醇异辛醚有很大发展空间。
乙二醇异辛醚的副产物二乙二醇异辛醚(2EHDG)也是较好的成膜助剂,其沸点272 ℃,高于VOC要求沸点260 ℃,所以可以有效降低涂料的VOC值,在水性建筑涂料、水性金属涂料、高档油墨
中均可以添加使用。
乙二醇异辛醚在国内仅江苏怡达化学股份有限公司生产,国外仅日本乳化剂株式会社和美国伊士曼公司(乙二醇异辛醚和二乙二醇异辛醚混合品)生产,国内年需求量2 500 t左右,在减少VOC、注重环保的国际趋势下,2EHG在电泳涂料行业具有广阔的应用前景。
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