《现代电泳涂装百科全书》知识问答 NO004
电泳涂装是一个复杂的电化学反应,最重要的包含电解、电泳、电沉积、电渗透4个一起进行的过程。
在电解质溶液中通入直流电时,电极上带电粒子的氧化与还原反应叫做电解。在电泳涂装过程中,电泳涂料电解生成阴离子型或阳离子型的胶体涂料粒子,水电解成H+和OH-,在阴极上放出氢气,在阳极上放出氧气,阳极产生溶解。具体反应如下:
对阳极电泳涂料,以上反应将造成被涂物表面或磷化膜溶解腐蚀,影响涂层的耐蚀性。使用阳极电泳涂料时,电解反应除了水的电解外还有:
由于辅助阳极的电量完全用于析出小分子羧酸,使得阴极电泳槽液的pH值不断降低。
对阴极电泳涂料,由于阴极电量完全用于析出小分子胺,因此随着电泳的不断进行,槽液的pH值将不断升高。电解反应在沉积涂装中应适当控制pH值,否则将导致被涂物涂装过程中有不良效果(尤其在入槽段)。
在电泳涂装中,电解反应是不可避免的。适当控制施工电压和电泳时间,避免采用高电压(尤其在被涂物入槽阶段),可以在某些特定的程度上避免槽液及涂膜的不良后果。若电解反应过于剧烈,逸气严重,涂膜易产生针孔、气泡等弊病;涂料泳透力下降,降低了涂膜的附着力;在电 解过程中,辅助电极产生的小分子胺、小分子羧酸将使施工全套工艺流程中,电泳涂料的pH值发生明显的变化,进而影响涂料及涂层的性能,必须从工艺和设备上加以控制。
在胶体溶液中,分散在介质中的带电胶体粒子在直流电场的作用下,向带着相反电荷的电极方向挪动。由于胶体粒子在运动过程中要受到分散介质的阻力,相对于真溶液在电场中离子的迁移阻力要大得多,移动速度较慢,犹如在分散介质中泳动,故称电泳。电泳涂装中提高施工电压、增大电位梯度、降低涂料粘度,可加快沉积速度。由于槽液的温度、pH值等直接影响涂料的介电常数、电位梯度和粘度等参数,因此选择和控制适宜的槽液温度、施工电压和槽液pH值等工艺条件,是保证涂装质量的主要的因素之一。
涂料粒子在电极上的沉析现象称为电沉积。在阴极电泳涂装时,带正电荷的粒子在阴极上凝聚,即带正电荷的涂料粒子到达阳极(被涂物)表面上(高碱性的界面层)得到电子,并与氢氧离子反应变成水不溶性,沉积在被涂物上。在阳极电泳涂装时,带负电荷的粒子在阳极上凝聚。电沉积过程是电泳涂装作用中最重要的反应过程。
RCOO-+H+→RCOOH (由于电解反应,使电极表面pH值达到2-3,该反应被认为是阳极电沉积的主要反应)
被涂物为阳极,通电时钢铁部分溶解,溶解下来的金属Fe2+与泳动过来的胶体粒子结合并沉积于涂层中。
阴极电泳涂层为中性高分子胺,而阴极电泳涂料为弱酸性(pH值5.5—6.5),如果被涂物浸泡时间过长,会发生涂膜再溶解现象。但涂膜中不夹杂金属皂,涂膜颜色不会因电沉积而改变,因此阴极电泳涂层可当作高装饰性涂层。表3.1所示为阳极电泳与阴极电泳涂装的沉积反应比较。
刚沉积到被涂物表面上的涂膜具有很多毛细孔,在电场的持续作用下,涂膜中的大量水分从涂膜中渗析到槽液,使涂膜脱水,最后形成几乎连电流也通不过去的含水率极低的、电阻很高的致密涂膜,此现状称为电渗。电渗是电泳的逆过程。电渗使亲水的涂膜变成憎水涂膜,脱水而使涂膜致密化。电渗性好的电泳涂料泳涂后的湿涂膜可用手接触,不黏手,脱水后的湿膜牢牢黏附在底材上,通常用纯水清洗不能洗掉,而随被涂物带出附着的湿涂膜上的工作液可用纯水冲洗掉。电渗后的涂膜通常含水量为5%—15%,若涂膜中含水量过高,烘烤时会产生大量气泡并发生流挂等现象,影响涂膜质量。试验表明,工作液的颜基比越大、水溶性树脂的分子量越大、阴极工作液的pH值高、阳极工作液的pH值低,则电泳涂膜的电渗性就越好。
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