前言
　近年來, 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展, 人民消費(fèi)水平不斷提高, 建筑市場進(jìn)一步保持迅猛發(fā)展勢頭, 這對于鋁合金型材加工企業(yè)無疑是一次良好發(fā)展契機(jī)。由于電泳涂裝鋁型材具備高耐蝕、耐候、裝飾性能等優(yōu)點(diǎn), 電泳涂裝技術(shù)在鋁型材行業(yè)得到了充分發(fā)展, 目前, 甚至有取代普通中低檔氧化鋁型材的趨勢。但是, 因電泳技術(shù)應(yīng)用于鋁型材行業(yè)起步較晚, 生產(chǎn)廠家控制水平參差不齊, 往往因電泳槽液控制不好而導(dǎo)致出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題, 作者從幾個方面對漆膜電沉積量和表面質(zhì)量進(jìn)行了研究, 并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。
1　鋁型材電泳涂裝機(jī)理
111 　工藝參數(shù)
陽極電泳漆主要工藝參數(shù)有pH 值、固體份、電導(dǎo)度、溶劑含量、中和度等。對于每一種電泳漆, 其工藝參數(shù)均有一個特定的范圍。這些參數(shù)值是確保理想電沉積量和漆膜性能的基礎(chǔ)。
112 　電泳涂裝的四大過程
11211 　電解過程
水的電解反應(yīng), 或者稱為OH- 離子的分解反應(yīng), 其電極反應(yīng)如下:
2H2O = O2 + 4H+ + 4e －－(1)
或者改寫為:
2OH- = O2 + 2H+ + 4e－－(2)
4OH- = O2 + 2H2O + 4e －－(3)
等式右邊的電子在陽極釋放。
11212 　鋁材金屬的溶解過程(鋁的氧化過程)
Al = Al3 + + 3e －－(4)
Al + 3OH- = Al2O3 + 3H+ + 3e －－(5)
11213 　電沉積過程
由于水分子的電解, 在陽極表面產(chǎn)生一層pH為2～3 的薄層, 如圖1 所示, 使得帶負(fù)電荷樹脂離子獲得H+ 而析出, 沉積在陽極工件上, 電極反應(yīng)式如下:
RCOO- + H+ = RCOOH ↓ －－(6)
RCOO- 代表丙烯的陽極電泳涂料電離后產(chǎn)生的水溶性陰離子群體。另外, 由于11212 的過程, 鋁發(fā)生氧化反應(yīng),析出的Al3 + 亦能與丙烯酸系陽極電泳涂料電離產(chǎn)生的水溶性陰離子群體發(fā)生反應(yīng), 沉積在鋁工件表面, 電極反應(yīng)式為:
3RCOO- + Al3 + = Al (RCOO) 3 ↓ －－(7)

工件表面的濃度變化梯度
11214 　電滲透過程
電沉積之后, 膜中含有水份, 由于電滲透壓的緣故, 水份從膜中滲透到槽液中, 因此, 膜中水份含量很低, 約2 %～5 % , 槽液含水量在85 %以上,故烘烤前可指觸, 可噴淋沖洗, 但會影響表面平整度。
2 　電泳涂裝電沉積量與相關(guān)工藝參數(shù)的關(guān)系
　　鋁型材電泳涂裝工藝流程為: 半成品→前處理→陽極氧化→水洗→水洗→純水洗→著色→水洗→水洗→熱水洗→電泳→水洗→水洗→瀝干→烘烤→成品。
211 　pH 值與電沉積量的關(guān)系
從電沉積機(jī)理中可以看出, 電沉積反應(yīng)主要為H+ 與丙烯酸高分子電離后的陰離子發(fā)生中和反應(yīng),因此丙烯酸陰離子在陽極上獲得H+ 難易程度決定了電沉量的多少, 在鋁型材陽極氧化膜表面實(shí)施陽極電泳, 電壓在100～180V 的范圍內(nèi)變化, 因此,為了進(jìn)一步弄清楚電沉積的本質(zhì), 有必要介紹一個水的電解反應(yīng), 電沉積過程中O2 的析出反應(yīng)方程式為:
4OH- = 2H2O + O2 + 4e－－－ (8)
那么, 析O2 反應(yīng)平衡的能斯特等式為:
E2 ,eq = EO2 + (RTP4F) ln (a2H2O3 PO2Pa4OH- ) －－－(9)
在25 ℃時, O2 的標(biāo)準(zhǔn)平衡電極電位EO2 為013976V , 氧氣壓強(qiáng)PO2 視為1。此時, 等式簡化為:
EO2,eq = EO2+ 0101475log(aOH- ) - 4 －－－(10)
從(10) 式中可知, EO2 ,eq 值僅與槽液中的aOH- 濃度有關(guān), 即與槽液pH 值有關(guān)。目前, 鋁型材陽極電泳涂料槽液pH 值范圍在6～9 之間, 下面分別計算pH = 6 和pH = 9 時的EO2 ,eq值:當(dāng)pH = 6 時,aOH- = 10 - 8 ;代入等式(10) ,可得:
EO2,eq = 013976 + 0101475log(10- 8 ) - 4 = 018696
當(dāng)pH = 9 時,aOH- = 10 - 5 ;代入等式(10) ,可得:
EO2 ,eq = 013976 + 0101475log(10 - 5 ) - 4 = 016926EO2 ,eq值越大, 析O2 反應(yīng)(式(8) ) 相對更難進(jìn)行。從以上計算可知, 當(dāng)pH 值較高時, 析氧O2反應(yīng)更容易進(jìn)行, 而在低pH 值時要使O2 析出,則需要更高的電壓。由于發(fā)生電沉積反應(yīng)的前提是水的電解, 水的電解需要更高的電壓時證明了電沉積反應(yīng)更難, 當(dāng)其它條件相同時, 電沉積量會更少, 因此, 槽液的pH 值不能過低。此外, 針對于鋁型材陽極電泳漆, 根據(jù)其存在于水溶液中涂料系統(tǒng)的穩(wěn)定性, pH 值存在上限值,一般是9。當(dāng)pH 值偏高, 接近上限, 甚至超過上限時, 槽液中每個膠粒結(jié)構(gòu)單元的尺寸會減小, 使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高, 此時整個槽液相當(dāng)穩(wěn)定, 即每一個結(jié)構(gòu)單元可離子化組分都會電離, 同時也會導(dǎo)致槽液的電導(dǎo)率上升, 此時電沉積將變得相當(dāng)困難, 嚴(yán)重時, 工件上的電沉積量將不再增加, 這也就是部分生產(chǎn)線上即便采取很多措施, 所得到的漆膜厚度仍達(dá)不到要求的直接原因。
212 　雜質(zhì)離子與電沉積量的關(guān)系
在探索電沉積量時, 筆者發(fā)現(xiàn), Cl - 對電沉積量的影響較大。針對兩種不同涂料類型, 對Cl - 含量進(jìn)行單因子實(shí)驗(yàn), 在電壓為120V 條件下, 通過測量Cl - 含量, 分析槽液的固體分含量, 折算出電沉積量與Cl - 濃度的關(guān)系如圖2 所示:


(A、B 代表兩種不同的電泳涂料類型)
圖2 　Cl - 含量對電沉積量的影響
由圖2 可以看出, 電沉積量與Cl - 含量呈一定的線型關(guān)系, 當(dāng)Cl - 含量≤30PPM 時, 電沉積量隨Cl - 含量增大而增大, 當(dāng)Cl - 含量超過30PPM, 電沉積量隨Cl - 含量增大而減小, 涂料類型不同電沉積量有小幅差異。此外, 在陽極施加不同的電壓, 電沉積量隨電壓的升高而增大, 對于不同的涂料類型, 電壓升高之后, 電沉積量升高有小幅度的差異。
213 　槽液溫度與電沉積量的關(guān)系
槽液溫度發(fā)生變化, 電沉積量的變化與之有正比關(guān)系, 這與電壓變化時, 電沉積量發(fā)生變化的情況類似。實(shí)驗(yàn)溫度從18 ℃升到30 ℃, 在極間電壓為120V 時, 電沉積量從10gPm2 升到18gPm2 。溫度的變化對漆膜表面質(zhì)量影響較大。溫度在下限時, 因漆液熱流動性低, 在斷面復(fù)雜型材表面易產(chǎn)生氣泡, 溫度高時, 容易導(dǎo)致表面粗糙、凹凸不平等漆膜缺陷, 生產(chǎn)中溫度控制在20～22 ℃。
3 　漆膜表面缺陷及改進(jìn)措施
311 　表面粗糙
由于槽液組成或工藝條件不合適, 漆膜表面產(chǎn)生粗的凹凸, 常見的漆膜外觀變?yōu)榻燮畹漠惓Ｍ庥^。這種缺陷一般在整個漆膜表面都產(chǎn)生, 但漆膜厚度差異較大時, 粗糙表面往往集中在厚膜部位。桔皮狀的異常外觀產(chǎn)生原因有幾個方面如槽液的固體份低下、pH 值偏低、槽液的中和度太高,導(dǎo)致漆膜表面溶解差異等。
312 　表面流痕
這種缺陷主要在臥式生產(chǎn)線產(chǎn)生, 且主要集中于材料上、下表面。鋁型材表面形成漆膜后, 在含有有機(jī)溶劑的水槽中清洗, 目前應(yīng)用于鋁型材電泳涂漆的溶劑的兩種: 一種為乙二醇丁醚, 另一種為異丙醇, 前一種溶劑主要起助溶作用, 同時對漆膜本身有一定溶解作用, 后一種溶劑主要起消泡、流平作用, 減小水的表面張力, 同時能提高漆膜干燥速度。而往往導(dǎo)致這種表面流痕缺陷, 主要是因?yàn)樗旧砭哂泻芨叩谋砻鎻埩ΑＲ虼? 溶劑的含量是否合理與是否產(chǎn)生這種缺陷有直接的關(guān)系, 一般控制異丙醇含量≥2 %。

4 　結(jié)語
為得到理想的電沉積量, 獲得良好的表面質(zhì)量, 槽液的pH 值一般控制在6～9 的范圍, 溫度控制在20～22 ℃, 雜質(zhì)離子Cl - 含量≤30PPM。另外,應(yīng)當(dāng)控制好溶劑的含量以獲得良好的表面質(zhì)量, 尤其是異丙醇的含量要控制在2 %以上。

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