自泳涂料涂裝技術(shù)探討

　　自泳涂料是一類特殊的水分散乳膠涂料，膠粒粒徑為100～300nm，在表面活性劑的存在下，分散于含氧化還原活性劑的酸性水溶液中。從熱力學(xué)觀點(diǎn)看，它是一種相對穩(wěn)定而絕對不穩(wěn)定的體系，在一定的條件下乳液膠粒會脫穩(wěn)而凝聚。自泳沉積是在體系整體穩(wěn)定前提下，在金屬與乳液界面局部區(qū)域創(chuàng)造這種脫穩(wěn)條件，而使乳膠沉積于金屬表面的過程。當(dāng)金屬鐵工件浸入槽液后，酸性體系使鐵溶解成為Fe2+，體系中的活性劑將Fe2+氧化成為Fe3+。當(dāng)Fe3+離子在界面處超過一定量時，乳膠粒子即產(chǎn)生局部脫穩(wěn)凝聚而沉積在金屬表面，因此自泳沉積過程本質(zhì)上是化學(xué)反應(yīng)過程，故自泳亦稱為化學(xué)沉積。

　　自泳涂料涂裝的核心是具有自沉積活性的高分子乳液的合成，涉及高分子乳膠結(jié)構(gòu)、引發(fā)體系、分子量分布、膠粒粒徑、自泳體系穩(wěn)定性與活性控制等，影響著自泳涂裝(表面涂裝)的性能。為了獲得及節(jié)能型自泳涂料，主要有如下技術(shù)關(guān)鍵：

　?。?）偏氯乙烯類單體自泳乳液合成國外第三代自泳涂料即屬于偏氯乙烯類乳液。從分子結(jié)構(gòu)看，采用偏氯乙烯單體（CH2=CCl2）合成高分子乳液，由于偏聚氯乙烯分子鏈結(jié)構(gòu)很規(guī)整，由它形成的涂膜具有優(yōu)良的抗?jié)B透性，能有效地阻止水、氧及其他腐蝕介質(zhì)進(jìn)入涂膜與基體的界面，因此具有優(yōu)良的耐水、耐油、耐溶劑和耐化學(xué)藥品性能。更為突出的是它在100℃左右即可固化成膜，而丙烯酸類的成膜溫度達(dá)170℃，故偏氯乙烯類自泳涂裝(表面涂裝)有顯著的節(jié)能效果。目前國內(nèi)尚無適于自泳涂裝(表面涂裝)的偏氯乙烯乳液，有待開發(fā)。

　?。?）反應(yīng)性表面活性劑的開發(fā)以往自泳乳液合成通常采用低的相對分子質(zhì)量表面活性劑作為乳化劑。它們帶有強(qiáng)極性基團(tuán)，對金屬基體有強(qiáng)烈的親和性，而夾雜存在于自沉積涂膜中。理論上與實(shí)踐上都證明，它們的存在會顯著降低涂膜的耐腐蝕性能。為克服低的相對分子質(zhì)量表面活性劑的缺陷，近年來國外正在研究開發(fā)反應(yīng)性表面活性劑，我國對此也正進(jìn)行研究開發(fā)，初步研制成功帶有反應(yīng)活性基團(tuán)的表面活性劑MAPS，結(jié)構(gòu)如下：其中R1、R2為烷基或H。由于這種表面活性劑含有可參與聚合的反應(yīng)性丙烯酸基團(tuán)，可將表面活性劑直接鏈接到乳膠高分鏈上，它既可穩(wěn)定乳液，又能有效地克服低的相對分子質(zhì)量表面活性劑對涂膜耐蝕性的負(fù)面影響，提高自泳涂裝(表面涂裝)的質(zhì)量。

　?。?）乳膠**低成膜溫度（MFT）及玻璃化轉(zhuǎn)化溫度（Tg）的優(yōu)化自泳乳液成膜過程較為特殊。在常溫下自泳沉積涂膜僅僅是球狀膠?；ハ嗄鄣慕Y(jié)果，膠粒間存在無數(shù)空隙，它必須在超過一定溫度（即MFT）后，膠粒與膠粒產(chǎn)生融合，**后固化成膜。故自泳乳液的MFT是一重要參數(shù)。若MFT過高，則膠粒間不能充分融合，所形成的涂膜會產(chǎn)生針孔，其耐蝕性必然很差；MFT過低，雖然膠粒間的融合性較好，易獲得無缺陷的涂膜，但由于降低乳膠的MFT是以降低其相對分子質(zhì)量為代價的，導(dǎo)致乳膠的玻璃化溫度Tg降低，通常也會降低涂膜的耐蝕性。為解決這一矛盾，采用乳液梯度聚合技術(shù)是一有效的途徑，即在乳液聚合的不同階段，采用不同性質(zhì)的單體，使膠粒具有不同性質(zhì)的核殼結(jié)構(gòu)，其殼層有較低的MFT，而膠核有較高的Tg，形成“軟殼硬核”的結(jié)構(gòu)，這樣，較低的MFT殼層有利于膠粒互相融合，而較高的Tg膠核使涂層本體具有較高的相對分子質(zhì)量，從而提高涂層的耐蝕性。此外，乳液粒徑及自泳活性的控制也十分重要。綜上所述，自泳涂裝(表面涂裝)的關(guān)鍵技術(shù)集中體現(xiàn)在自泳聚合過程。

　　自泳涂裝(表面涂裝)工藝相對電泳涂裝而言，其工藝較為簡單，前處理不需表面調(diào)整和磷化處理，自泳液不需超濾，其工藝流程如下：預(yù)脫脂——水洗——脫脂——水洗——去離子水洗——自泳沉積——水洗——后處理——烘干需著重指出的是自泳后處理至烘干階段間隔時間應(yīng)盡量縮短，一般控制在5～10min。工件表面如有銹蝕，必須進(jìn)行除銹。

　　自泳涂裝(表面涂裝)設(shè)備主要由前處理槽、水洗槽、自泳槽、后處理槽、輸送設(shè)備及烘干爐組成。自泳涂裝(表面涂裝)槽和生產(chǎn)線槽，應(yīng)根據(jù)涂裝產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)綱領(lǐng)、車間條件等進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和非標(biāo)設(shè)備設(shè)計(jì)。需指出的是，當(dāng)設(shè)計(jì)自動生產(chǎn)線時，為縮短后處理與烘干階段間隔時間，不宜采且普通懸掛輸送機(jī)，而應(yīng)采用積放式懸掛機(jī)，并用計(jì)算機(jī)程序控制。

　　自泳涂裝(表面涂裝)特點(diǎn)概括如下：

　?。?）無污染清潔生產(chǎn)自泳涂裝(表面涂裝)為水分散體系，完全不含有機(jī)熔劑，無毒、無火災(zāi)危險(xiǎn)，符合國家環(huán)境保護(hù)及勞動安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

　　（2）節(jié)能、節(jié)材與電泳涂裝相比，它不需直流電源，烘烤溫度100℃左右，比電泳涂裝節(jié)能50%以上，涂料利用率達(dá)98%以上。

　?。?）工藝簡單，設(shè)備投資少，運(yùn)行成本低與電泳涂裝相比，它不需表面調(diào)整和磷化工序，不需過濾，設(shè)備投資比電泳節(jié)省30%～40%，占地面積節(jié)省20%～50%。

　　（4）涂膜均勻，耐蝕性優(yōu)良電泳涂裝對形狀復(fù)雜的工件，尤其是深腔結(jié)構(gòu)，由于受電場屏蔽，泳透率較低，而自泳涂裝(表面涂裝)按其沉積原理，只要槽液達(dá)到的部位，均能獲得厚度均勻的涂膜。目前，耐鹽霧性已達(dá)600h以上，大大超過陽極電泳而與陰極電泳水平接近。

　?。?）自泳涂裝(表面涂裝)的缺點(diǎn)：自泳涂裝(表面涂裝)由其沉積機(jī)理決定，它目前只能用于鋼鐵零件，它顏色僅局限于黑色，色調(diào)較單一，故一般僅作為底漆使用。

　　自泳涂裝(表面涂裝)已在汽車零部件、農(nóng)機(jī)、農(nóng)用車、輕工家電、儀器儀表等行業(yè)獲得推廣應(yīng)用，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

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