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行業新聞

電泳漆的電化學反應

更新時間:2016-03-17 12:50:57 點擊數:2865

電泳漆的電化學反應

電化學反應

    目前有兩類電泳體係,按照曆史發展的順序,它們是:①陽 極電泳,其掛件為陽極;②陰極電泳,其掛件為陰極。

陽極電泳始於20世紀60年代,已成功地使用了許多年, 是對噴塗、浸塗這些塗裝施工的發展。陽極電泳可以獲得均 勻、有效的覆蓋膜。

    從化學角度來看,電泳塗料由樹脂(常稱為漆基或成膜

物)、顏料和添加劑分散於均一介質——水中。這個分散體是由樹脂顆粒、添加劑及顏料組成的均勻體係。陽極電泳塗料的 樹脂中和劑為減性:

電化學反應

    在上述兩例陽極樹脂中均帶一個負電荷,由此增加其分散性能,並且形成可能電移動和電沉積的體係。

陰極電泳塗料利用同樣的原理,但其功能基團相反,有機酸是陰極電泳樹脂的中和劑。

電化學反應

    同樣,中和劑可促使溶解和形成可能電移動的體係。

    陰、陽極電泳塗料的沉積,是發生一係列電化學反應的結 果,每個過程包括樹脂的溶解、水的電解和樹脂的析出、塗料 的沉積。圖1-2顯示出陽極和陰極反應的兩個電沉積過程。

電化學反應

 

 

電泳進程中,最早發生的電化學反應是水的電解:

通電

2H20一-2H2+02

(陰極)(陽極)

①陽極反應:

H20 ~+ 2HT +2e-

②陰極反應:

2H20~-H2 f +20H_—2e一

    這樣在陽極的周圍,出現很強的酸性,而陰極的周圍則呈 現較強的堿性。

    陽極電泳塗猜中樹脂成分是含有一COO NH,+多元酸聚合 物的氨基。在通電後,以一C00陰離子方法存在的聚合物遊 向陽極,被H+中和發生堆積反應。其他,由於在陽極電泳過 程中伴隨著陽極金屬件的電化學溶解(副反應),會發生一部 分陽極金屬離子,帶人電泳塗膜中或溶於電泳槽中。

    陰極電泳塗料是由含有氨基的改性樹脂,通過加人酸中和 成鹽而構成帶有RNX+Z_的親水型聚合物,其間Z_為相應的有機酸(多為醋酸、甲酸和乳酸)根離子,RNX'為聚合物離 子,在通電後,陰極表麵由於電解發生許多0H_而呈堿性, 陽離子聚合物與0H—相互作用而失掉親水性,並在陰極上以 R„N的方法堆積下來。塗猜中的顏、填料也通過電堆積進程沉 積在電極上,電堆積塗膜中含有少量的有機溶劑和水分,是一 種高度集中的膠體結構。由於陰極電泳塗裝進程中,作為被塗物的表麵呈堿性,因此選用陰極電泳塗料塗裝能對黑色金屬有 緩蝕保護作用,能明顯跋涉金屬材料的防腐蝕功用。

    電堆積是一個逆於溶解的進程,是由直流電流引發的化學反應。

    ①在陽極電堆積中,其反應次第如下:

PCOOH + R3 N —PCOO- +R3NH+ + H20 2H20~^4H 十+02++4e 一 PCOO- +H+~-PCOOH

    在終究一步中,在陽極水解發生的H+與PCOCT結合轉 化成為它原本不溶於水的結構,發生電堆積。

    ②在陰極電泳中,其反應次第如下:

pr2n+rcooh —^PR2NH+ +PCOO—

2H20+2e~~+20H~ pr2nh++oh-~^PR2N+H20

    其間,要害的反應發生在陰極上,在終究一步中,水解產 生的中的H+結合,分出不溶性的樹脂,導致膜的構成。

    從產品的角度看,由於金屬的氧化而發生的潰點,尤其是 鐵,會使塗裝質量下降。

Fe~^Feu +2e 一 Fe ~HFe3++3e*

    鐵氧化物的伴隨產品是鐵鏽,並由此發生斑潰。

2H20+〇2 ~-40H-2Fe2+ +40FT ~^2Fe(OH)2

2Fe(0H)2-^T2Fe203 • H20+其他產品 h2 u

    以改性環氧樹脂和丙烯酸樹脂出產的陰極電泳塗料塗膜物 理功用優勝,人們通過優化工藝配方下降了在塗層烘烤進程中 發生的黃變現象,這些新產品的出現和新工藝技術的運用更進 一步擴展了陰極電泳塗料的運用規劃。

    新式陰極電泳塗料具有以下利益:

①更好的保光、保色性;

②漆膜成膜性好;

③較好的抗洗滌劑功用;

④斑漬少;

⑤金屬基材較少溶解。

    現在,市場上陰極電泳塗料占有很大比重,當然陽極電泳 塗料仍有很強的立錐之地。電泳由下列進程組成:

①施以電壓並發生電流

②電極處水的分解(電解);

③塗料粒子向與其電荷極性相反的電極移動(電泳);

④塗料粒子分出(電堆積)

⑤塗料粒子緊密吸附於工件之上(電滲析)

⑥由於塗料的塗覆工件變成電絕緣,電堆積自動接連。

    電泳塗裝進程中伴隨著四種化學物理改動,即電解、電 泳、電堆積和電滲。

    (1)電泳(electrophoresis)在電場作用下,帶電荷的膠 體粒子會向相反電荷電極泳動,這一現象稱為電泳

    (2)電解(electrolysis)    任何一種導電液體在通電時產 生分解的現象稱電解。例如,在具有導電性介質的水溶液中, 在通直流電的條件下,在陽極表麵發生氧氣並發生金屬溶解, 在陰極表麵恢複氫氣並分出金屬這一現象稱作電解。

    (3)電堆積(electro-deposition)    在電泳塗裝時,帶電荷 的粒子(樹脂和顏、填料)在電場作用下抵達帶相反電荷的電 極,被H+ (陽極電泳)或0H—(陰極電泳)所中和,變成不 溶於水的塗膜,這層漆膜很安穩,而且細密均一。這一進程稱 為電堆積。

    在電堆積的進程中,電場力是構成細密均一塗膜的主要因素。

    跟著電荷的中和,膜厚增加,相應地增加了工件塗覆表麵 的絕緣性。實質上,膜厚隨時間增加而加厚,但跟著絕緣性的 增加,這種改動趨於減小,如圖1-3,終究工件變得完全絕緣, 跟著時間的延伸膜厚並不明顯增加。

    (4)電滲(eletroendosmosis) 在概念上講是電泳的逆過 程。假定電堆積出的顆粒附著在某一方位上,它們不再隨電場 的作用而發生移動,分散介質在不細密的懈怠顆粒中作與其移 動方向相反的移動。這個電化學進程引起溶劑滲分出來,電沉 積膜的機械結合緊密加強。這一進程稱為電滲。

    在電泳進程中更深層的電化學現象是泳透力,是電堆積在 工件欠好或凹麵區域可以獲得漆膜的才調,關於特別淩亂的工 件,這是一個體係設計所應該考慮的。

    泳透力實質上是在電極和被塗工件之間,塗料粒子沿著電 場的電力線移動,並終究堆積的才調,當電場穿過裏麵時,其 電場力下降,而且電場力線有轉向最近一點的天然傾向(福特 盒效應)。據調查,電場穿透的最大高度約與凹處開口的直徑相等,然而在電泳堆積進程中,由於電泳塗料的絕緣效應,在 開口鄰近處電場強度會明顯下降。

    總之,有機塗料可以在均一的介質中的導體上堆積,通過 電解、電泳、電滲析而獲得高功用的電堆積漆膜。



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