国内外阴极电泳涂料树脂体系的研究进展

张欢

【摘 要】经过半个世纪的发展，阴极电泳涂料已经逐渐向多样化、多功能、环保低碳等多方面发展。阴极电泳涂料体系常用的树脂体系有环氧树脂类、丙烯酸酯类、聚丁二烯和聚氨酯。本文以阴极电泳涂料常用的环氧树脂体系和丙烯酸酯树脂体系为主线，介绍了目前国内外对阴极电泳涂料的研究进展。

【关键词】电泳漆；阴极电泳；环氧树脂；丙烯酸；异氰酸酯；固化剂

0 引言

电泳涂料作为水性涂料中的优秀品种得到了市场的广泛使用，随着工业的发展，其品种和应用范围已不断扩大。由于阳极电泳涂料存在阳极工件易氧化、抗腐蚀性能很难有较大幅度提高等问题的存在，电泳涂料已经逐渐向阴极电泳转变。很多企业和学者从改性成膜树脂和固化剂的角度入手，对阴极电泳涂料进行了积极的研究和开发。

1 阴极电泳涂料的原理

阴极电泳所用的树脂及颜料粒子带正电荷，在电泳过程中，被涂物作为阴极，在外加直流电源和外加电场的作用下，带正电荷的涂料粒子移向阴极，从而在被涂物表面形成一层电泳涂膜。

2 阴极电泳涂料及阴极电泳涂料用树脂

阴极电泳涂料使用的树脂是阳离子型树脂，为了使树脂提供更好的涂膜性能，使树脂阳离子化的方法也越来越多样化。阴极电泳涂料体系常用的树脂种类有环氧树脂、丙烯酸树脂、聚丁二烯和聚氨酯等，其中应用最多的类型是环氧树脂和丙烯酸树脂。

2.1 环氧树脂阴极电泳涂料及环氧树脂类阳离子型树脂

目前环氧树脂类阳离子型树脂主要是环氧胺加成物，环氧树脂的阳离子化方法通常是将环氧树脂与多元胺开环反应引入氨基成盐基团，生成环氧树脂的胺加成物，然后用有机酸或无机酸中和，或者是先扩链，再用胺中和、酸化。

这类阳离子型环氧树脂在成膜后也存在很多实际问题，如易黄变、固化温度过高，漆膜颜色单一装饰性不好、不环保等。为了解决现有的技术中存在的问题，很多研究者从树脂改性、固化剂改性等方面对现有的环氧树脂阴极电泳涂料做了进一步的优化。

专利[1]公开了以胺改性酚醛环氧树脂和锍改性环氧树脂物为基体树脂，以常规封闭型异氰酸酯为固化剂，制备了一种无铅的阴极电泳涂料，漆膜能在无铅的存在下固化且漆膜各项性能良好。

专利[2]公开了用甲乙酮肟封闭的四亚甲基二甲苯二异氰酸酯作为胺改性环氧树脂阴极电泳涂料的固化剂，使涂料能在120-135℃温度范围内固化，而且涂膜耐腐蚀性良好；专利[3]公开用两种不同类型的封闭剂组合使用， 这两种组合封闭的异氰酸酯固化剂在用于环氧树脂型阴极电泳涂料后，固化温度可降低至150-170℃，漆膜平滑、耐腐蚀性和耐化学品性能优异。

我们可以发现，目前很多研究都致力于通过对固化剂进行改性来提高环氧树脂阴极电泳涂料的固化温度、耐腐蚀性能等。这个也是目前对环氧树脂阴极电泳改性的热点方向。

2.2 丙烯酸树脂阴极电泳涂料及丙烯酸类阳离子型树脂

丙烯酸阴极电泳漆装饰性能好、施工性能好、不黄变、耐候性好，而且丙烯酸类单体种类繁多，其单体可以进行多种反应，如缩聚、接枝、共聚、改性其它种类的树脂等。丙烯酸类阳离子树脂通常是以（甲基）丙烯酸的氨基烷基酯与（甲基）丙烯酸丁酯、苯乙烯等单体共聚，再通过有机酸中和成盐，从而获得阳离子型丙烯酸树脂；单通过该方法制备的树脂与外加交联剂配合使用时，会由于基料树脂和交联剂间泳透力的差异，使得电泳漆膜的成分和电泳漆液的配比不同，从而很难控制基料树脂和交联剂的比例，从而影响漆膜的固化。针对现有技术所存在的这些问题，也有很多研究者从调整和改进合成丙烯酸树脂单体以及对固化剂进行改性等方面对丙烯酸阳离子树脂以及丙烯酸阴极电泳漆做了深入的研究。

专利[4]报道了一种通过自由基聚合得到的电泳漆树脂，该专利具体报道了用含氟丙烯酸单体与丙烯酸酯类单体自由基聚合得到电泳漆基体树脂，从而制备一种含氟阴极电泳漆，该电泳漆光泽度高，耐化学性和耐腐蚀性能优异。

还有其它的一些改进方法，比如葛俊伟[5]等在自制半封闭异氰酸酯固化剂的基础上，通过半封闭固化剂留有的-NCO基团与丙烯酸树脂上羟基反应，将半封闭固化剂接枝到丙稀酸树脂上，制备了性能良好的单组分接枝型自交联丙烯酸阴极电泳涂料树脂，从而克服了固化剂与树脂共混工艺带来的问题。

2.3 丙烯酸-环氧树脂类阴极电泳涂料及复合阳离子型树脂

为了使阴极电泳漆同时兼顾装饰性、耐候性和防腐性，对于环氧-丙烯酸性阴极电泳涂料的研究也是非常多。环氧树脂因为其的防腐性强，一般作为底漆，但是该类型的电泳涂料的装饰性能不高，耐候性不强；而丙烯酸树脂因其具有高装饰性较多用于面漆，但是该树脂防腐性能差；因此出现了很多将两种树脂进行结合以兼顾两种树脂的性能优势的研究。

专利[6]报道将丙烯酸类聚合物与含环氧物质的聚合物混合得到一种含活泼氢的阳离子树脂，再与含异氰酸酯基和恶唑烷酮基的固化剂反应，制得的可电沉积组合物不易泛黄。

钟安永等[7]将具有特定表面张力的阳离子丙烯酸树脂与胺改性环氧树脂共混，借助调整树脂的表面张力控制聚丙烯酸酯分布在涂膜表面，环氧树脂分布在底层，制备了一种新型复合电泳涂料。专利[8]报道将丙烯酸改性的环氧树脂经扩链胺化后，与封闭的异氰酸酯交联剂反应形成主体树脂，得到的阴极电泳涂料耐黄变抗粉化性能优异。

3 结语

当前阴极电泳涂料仍然是以环氧树脂和丙烯酸类树脂为主，根据国家政策要求和市场需求，阴极电泳涂料会朝着低VOC化，削低有害的重金属（铅和锡）；减少涂料使用量，缩短烘烤时间，同时提高提高涂膜的综合性能的方向发展，这需要我们投入更多的科研力量来不断升级电泳涂料产品，提升产品的竞争力。

【参考文献】

[1]Saoru Uchidoi， Kojima， Yamada. Electrodeposition coating method using lead-free cationicelectrodepodition coating composition[P]. US：20040026248A1，2004-2-12.

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[3]Masaaki Nakashio， Junko Kawashima， Shoichiro Arakura. Resin composition for catinicelectrodeposition coating[P]. US：5908911，1999-6-1.

[4]吴绍林，等.含氟阴极电泳漆及其制备方法[P].CN101638545，2010-2-3.

[5]葛俊伟，胡剑青，等.接枝型自交联丙烯酸阴极电泳涂料树脂的制备[J].涂料工业，2006，36（2）：21-24.

[6]M.L.考夫曼.低致黄的可电镀涂料组合物[P].CN1086528A，1994-5-11.

[7]钟安永，周宗华，钟斌，等.聚丙烯酸酯-环氧树脂复合涂膜的研究[J].高分子材料科学与工程，2000，16（6）：141-143.

[8]吴幼伟，等.阴极电泳涂料组合物及其制备方法[P].CN101760126A，2010-6-30.