電泳與電鍍原理類似
在以導電的水溶性或水乳化的塗料構成的電解液中,工件與電解液中另一電極分別接在直流電源兩端,構成電解電路,電解液中離解出的陽離子在電場力作用下向陰極移動,陰離子向陽極移動,這些帶電的樹脂離子,連同被吸附的顏料粒子一起電泳到工件表面,並失去電荷形成溼的塗層。電泳分類目前的電泳塗裝有陽極電泳和陰極電泳兩種。
陽極電泳所用的水溶性樹脂為陰離子型化合物。在水中,水溶性樹脂(羧酸胺鹽)溶解成離子形式,若通以直流電場,則兩極間產生的電勢差導致離子向兩極定向移動。
陰離子向陽極移動,並沉積在陽極表面,釋放出電子;陽離子向陰極移動,在陰極還原成胺(或氨),得到電子。陰極電泳所用的水溶性樹脂為陽離子型化合物。用有機酸中和後,在水中溶解成離子形式,通以直流電場後,離子發生定向移動,陽離子向陰極移動,在陰極表面釋放電子,被氧化成酸。電泳發展過程迄今為止,電泳塗裝所用塗料已經歷經6代,其中第1代、第2代電泳塗料為陽極電泳塗料。
各代塗料介紹
第1代,為低電壓、低泳透力的陽極電泳塗料。主要用於汽車車身內部塗裝,且必須設置輔助陰極。其耐鹽霧性較差,在100h以內,以順酐化油、酚醛、環氧酯等為代表。
第2代,為高電壓、高泳透力的陽極電泳塗料。在塗裝汽車車身時可以不再設置輔助陰極。耐鹽霧性能大大提高,可以達到240h以上(磷化板上的電泳塗層),以聚丁二烯樹脂為代表。
第3代,為低電壓、低泳透力、低pH值的陰極電泳塗料。電泳槽液的pH值為3~5,酸性較強,槽體很快被腐蝕,但電泳後的汽車車身塗層耐腐蝕性得到提高,可以達到360~500h。
第4代,為高電壓、高pH值、高泳透力的陰極電泳塗料。電泳槽液的pH值在6.0左右,在磷化板上的耐鹽霧性實驗可以達到720h以上。至今仍為各國陰極電泳的主流。
第5代,為厚膜陰極電泳塗料。主要是為了提高被塗裝工件銳邊的耐腐蝕性以及簡化塗裝工藝的需要。膜厚在30-35μm,耐鹽霧性能可以達到1000h左右。
第6代,為高pH值、高泳透力、無鉛、環保型陰極電泳塗料。此代塗料在環保上的顯著特點是降低了固化溫度,節省了能源與資源。具體性能對比詳見表3-20。
電泳特點
電泳塗裝的優點在於:
工作環境好。電泳塗裝的電解液中溶劑是水,無易燃易爆問題,不汙染空氣。
生產效率高。電泳塗裝相比於其他塗裝方法,生產效率最高,工件浸入電解液中,幾分鐘之內即可完成電泳,適於批量生產,易於實現生產自動化。
節約原材料。電泳塗裝的材料利用率一般在85%以上,比噴漆省40%。
塗層質量好。電泳塗層表面均勻,與工件附著力好,漆膜緊密,無流痕、起泡等缺陷。
但是電泳也存在一些缺點:
設備複雜,投資大。除電泳槽外,還需與之配套的輔助設備、超濾裝置及制純水設備、專用直流電源、烘乾設備、廢水處理設備等。
塗料品種少。目前電泳塗料僅限於水溶性漆和水乳化漆;顏色僅限於深色底漆或單層底面兩用漆。其原因是在電泳過程中(如陽極電泳沉積法)電離的鐵離子和樹脂陰離子中和沉積在工件上成黃棕色。
電泳塗層需在150℃下烘烤1h,耗能大。
電泳過程
電泳塗裝是非常複雜的電化學過程,主要包括電泳、電解、電沉積和電滲4個同時進行的過程。
電泳。在外加電場的作用下,溶液中帶電的粒子(膠體樹脂粒子)向所帶電荷相反的電極板移動,不帶電的顏料吸附在帶電的膠體樹脂粒子上隨同電泳。
電沉積。在外加電場的作用下,帶電荷的樹脂粒子電泳到達陽極(或陰極),放出(或得到)電子並沉積在陽極(或陰極)表面,形成不溶於水的塗層。
電滲。電滲是電泳的逆過程。其主要作用是將電沉積下來的塗層進行脫水。當膠體樹脂粒子沉積在陽極表面時,原來吸附在陽極板上的水等介質在內滲力的作用下穿過塗層進入溶液中。
電解。在外加電場的作用下,有電流通過電解質溶液,會將水電解,在陰極放出氫氣,在陽極放出氧氣。所以,在電泳塗裝過程中,應適當降低電壓以消除電解水的生成的氫氣和氧氣對塗層質量的影響。