1、電泳涂膜
由于陰極電泳涂膜防腐蝕性好,應用越來越普遍,從汽車車身到汽車零部件,從一般家電到小部件(例如傘骨),要求千差萬別,但防腐蝕性要求是一致的。電泳涂膜的防腐性除了與主體樹脂、封閉型異氰酸醋和催化劑體系有關外,與顏填料的選擇也有很大關系。
2、我國電泳涂料用高嶺土基本靠進口
我國是陰極電泳涂料生產大國,也是高嶺土生產大國,但陰極電泳涂料用高端高嶺土大部分仍需從國外進口,國內生產的高嶺土基本都用在民用建筑涂料中,低端高嶺土的低價競爭極其慘烈;相反,高端高嶺土的價格高卻沒有競爭性產品,高端市場被進口產品占領,究其原因是我國高嶺土生產企業缺乏與陰極電泳涂料生產廠家技術開發人員的交流,不了解陰極電泳涂料用高嶺土的特殊要求。
由于陰極電泳槽液偏酸性(pH=5.5-6.6)的特點,要求可適用的填料雜離子少、化學穩定性能好、價格低,碳酸鈣遇酸分解;滑石粉偏堿性;沉淀硫酸鋇雜離子較多;天然結晶二氧化硅粉塵肺;沉淀和氣相二氧化硅吸油量大,且價格高,均不適用于陰極電泳涂料或只能少量和其他顏填料配用,而高嶺土則是最理想的選擇。
高嶺土的結晶水、鍛燒方式、白度、pH、粒度、篩余物、吸油量、電導率(水溶物)和用量都會影響陰極電泳槽液和涂膜性能,只有了解了高嶺土對電泳涂料的影響因素和程度,設計配方時選擇填料才能從容應對。
3、電泳涂料用高嶺土試驗
(1)原材料:分散樹脂、高嶺土、鈦白、炭黑、電泳乳液等。
(2)儀器設備:砂磨分散機、刮板細度計、斯托默黏度計、電泳儀、電導率儀、pH計、膜厚儀、光澤儀、恒溫恒濕箱、鹽霧試驗機
(3)試驗配方
(4)涂裝及性能測試
電泳槽液配方如下:純水488.9m/g、電泳乳液431.0 m/g、電泳顏料漿m/g。
在燒杯內加入純水及電泳乳液,攪拌均勻后,邊攪拌邊加入電泳顏料漿;為避免起泡,于40℃敞口容器中攪拌16-24h,用純水補足揮發部分,用25μm過濾布過濾后,進行涂裝;試板室溫放置24h后,檢測電泳涂膜的理化性能。根據ASTM B 117-2011進行鹽霧試驗。
4、結果與討論
(1)結晶水的影響
電泳涂料用高嶺土分為水洗高嶺土和鍛燒高嶺土。水洗高嶺土含結晶水,化學分子式為:
2SiO2·Al2O3·2H2O;鍛燒高嶺土因鍛燒失去結晶水,化學分子式為:2SiO2·Al2O3。含鉛電泳涂料常用水洗高嶺土(如ASP-200)。由于鉛的優異防腐蝕性,高嶺土中結晶水和雜質離子對電泳漆膜耐鹽霧性的影響幾乎可以忽略不計,但由于環保原因,含鉛電泳涂料被禁止使用,現在使用的無鉛電泳涂料中,沒有防腐蝕性比較突出的顏填料,在選擇顏填料時應盡量減少顏填料本身化學結構對電泳涂膜防腐性能的影響,所以很多國際大公司都使用無結晶水的鍛燒高嶺土。通過試驗對比發現:鍛燒高嶺土在耐鹽霧性上要比水洗高嶺土好,試驗結果見表2。
隨著硅烷或鋯系薄膜前處理的應用逐漸增多,由于這些前處理化學膜很薄,阻抗很小,為了能夠達到比較高的泳透力,要求電泳濕膜阻抗要高,因此電絕緣性好的鍛燒高嶺土是理想的選擇。
(2)高嶺土鍛燒方式
我國鍛燒高嶺土所用的原料為硬質煤系高嶺土,在合適的鍛燒溫度(900-950℃)下,將其通過高溫鍛燒除去高嶺土原礦中的雜質碳,同時脫除其晶格結構中的結晶水,增加高嶺土的孔隙度。
我國鍛燒高嶺土生產分為直焰窯和隔焰窯。直焰窯因火焰直接和高嶺土接觸,火焰溫度很高(900-1000℃),很容易將接觸的高嶺土燒結,形成不易分散的硬顆粒。實驗室小試,量少分散時間短,兩者分散時間和效果、過濾性差別很難比較出來,但生產上砂磨漿批量大(5-10t),分散時間和效果、過濾性差別明顯,直焰窯生產的高嶺土分散性明顯較差,有很難分散的大顆粒,容易堵塞過濾袋。直焰窯和隔焰窯高嶺土對電泳顏料漿砂磨分散性的影響見表3。
(3)白度
在民用建筑內外墻涂料中,用高嶺土代替部分鈦白粉,需要白度指標,如果白度低,替代效果就差。但電泳涂料顏色主要是黑色和灰色,所以沒有必要對高嶺土的白度要求進行規范,只要高嶺土白度批次穩定,就能保證電泳涂料的顏色穩定。
不要求高嶺土白度的重要原因是鍛燒溫度,白度高,相應鍛燒溫度就高,高嶺土容易燒結,硬度高,不易分散,陰極電泳顏料漿分散后也容易沉淀。所以鍛燒溫度控制在工藝最低溫度,白度控制在80%以上即可明顯改善鍛燒高嶺土在電泳涂料中的分散性和過濾性。
?。?)pH值
因電泳槽液的pH一般在5.5-6.6,偏酸性,為了使高嶺土在槽液中穩定,要求其pH呈中性或偏酸性,這與高嶺土固有的酸性pH一致,所以高嶺土不用堿性改性劑(如六偏磷酸鈉)改性,生產出來的產品也能在所要求的pH范圍內。
?。?)粒度
高嶺土的粒度與其分散性息息相關,粒度越大,海格曼細度值越小,高嶺土分散性就越好。粒度與高嶺土的生產工藝有關,例如山西某公司采用臥螺分級工藝,很好地解決了大顆粒和殘損片層結構的細小顆粒問題,使得高嶺土產品有較窄的粒度分布,并充分保持鍛燒高嶺土片層結構的完整。粒度一般分-2μm粒度通過百分率和-10μm粒度通過百分率,常規采用-2μm粒度通過百分率。要求電泳用鍛燒高嶺土-2μm粒度通過百分率≥85%。
?。?)篩余物
篩余物是顏填料的重要指標,與顏填料的分散性和過濾性密切相關。如果325目篩余物含量高,則表明粗粒多,會嚴重影響顏料漿的分散時間和效果,磨損砂磨機炮筒,影響過濾速度,進而影響顏料漿的細度和涂膜外觀(光滑度、光澤和“L”效果)。某公司曾發生過因高嶺土篩余物含量高,導致砂磨細度不佳,堵塞過濾袋,大量更換過濾袋的案例。所以高嶺土指標中,篩余物含量很關鍵,要求325目篩余物含量≤0.005%。
?。?)吸油量
高嶺土吸油量對電泳顏料漿的黏度、貯存穩定性和涂膜外觀(特別是光澤)有影響,對涂膜其他性能幾乎無影響。高嶺土吸油量大,涂膜光澤低,其技術指標40-95g/100g均可,一般根據分散樹脂的相對分子質量和黏度大小進行選擇,使顏料漿黏度在一定范圍內,保證無沉淀產生。高嶺土吸油量對電泳涂膜性能的影響見表4。
(8)電導率
顏填料雜質通常用水溶物的質量分數來表征,由于高嶺土水溶物很少,水溶物的質量分數太低,不能止確反映所含雜質,需要用更加靈敏的電導率方法來表征高嶺土所含雜質的多少。電導率的高低,代表著高嶺土產品中可溶性離子,特別是氯化物含量的多少。高嶺土產品的電導率越低,雜質離子越少,對電泳涂膜防腐蝕性的影響越小。表5是幾個典型高嶺土樣品的電導率一覽表。
由表5可見:鍛燒高嶺土電導率控制在≤35μS/cm是必要且可行的。
?。?)高嶺土用量
高嶺土吸油量比鈦白粉高很多,高嶺土用量越多,顏料漿觸變性越大,但40℃貯存穩定性越差。如果高嶺土用量占顏填料總量超過60%,顏料漿貯存后明顯有很多硬沉淀。高嶺土用量對顏料漿貯存穩定性和電泳涂膜性能的影響見表6。
雖然高嶺土用量對耐鹽霧性沒有影響,但考慮到有些公司生產線沒有攪拌機,顏料漿沉淀很難攪起,容易造成顆粒,所以配方中高嶺土用量占顏填料質量分數以不超過50%。
5、結語
為了充分發揮電泳涂膜高防腐蝕性的特點,減少高嶺土對電泳涂料及其涂膜性能的影響,需要選擇粒度高(-2μm粒度通過百分率≥85%)、325目篩余物含量少(≤0.005%)、電導率低(≤35μS/cm)、隔焰窯鍛燒生產的高品質高嶺土。
資料來源于高嶺土在陰極電泳涂料中的應用及影響因素。
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