自泳涂料涂裝技術(shù)探討

　　自泳涂料是一類特殊的水分散乳膠涂料，膠粒粒徑為100～300nm，在表面活性劑的存在下，分散于含氧化還原活性劑的酸性水溶液中。從熱力學(xué)觀點(diǎn)看，它是一種相對(duì)穩(wěn)定而絕對(duì)不穩(wěn)定的體系，在一定的條件下乳液膠粒會(huì)脫穩(wěn)而凝聚。自泳沉積是在體系整體穩(wěn)定前提下，在金屬與乳液界面局部區(qū)域創(chuàng)造這種脫穩(wěn)條件，而使乳膠沉積于金屬表面的過(guò)程。當(dāng)金屬鐵工件浸入槽液后，酸性體系使鐵溶解成為Fe2+，體系中的活性劑將Fe2+氧化成為Fe3+。當(dāng)Fe3+離子在界面處超過(guò)一定量時(shí)，乳膠粒子即產(chǎn)生局部脫穩(wěn)凝聚而沉積在金屬表面，因此自泳沉積過(guò)程本質(zhì)上是化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，故自泳亦稱為化學(xué)沉積。

　　自泳涂料涂裝的核心是具有自沉積活性的高分子乳液的合成，涉及高分子乳膠結(jié)構(gòu)、引發(fā)體系、分子量分布、膠粒粒徑、自泳體系穩(wěn)定性與活性控制等，影響著自泳涂裝(表面涂裝)的性能。為了獲得及節(jié)能型自泳涂料，主要有如下技術(shù)關(guān)鍵：

　　（1）偏氯乙烯類單體自泳乳液合成國(guó)外第三代自泳涂料即屬于偏氯乙烯類乳液。從分子結(jié)構(gòu)看，采用偏氯乙烯單體（CH2=CCl2）合成高分子乳液，由于偏聚氯乙烯分子鏈結(jié)構(gòu)很規(guī)整，由它形成的涂膜具有優(yōu)良的抗?jié)B透性，能有效地阻止水、氧及其他腐蝕介質(zhì)進(jìn)入涂膜與基體的界面，因此具有優(yōu)良的耐水、耐油、耐溶劑和耐化學(xué)藥品性能。更為突出的是它在100℃左右即可固化成膜，而丙烯酸類的成膜溫度達(dá)170℃，故偏氯乙烯類自泳涂裝(表面涂裝)有顯著的節(jié)能效果。目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)適于自泳涂裝(表面涂裝)的偏氯乙烯乳液，有待開發(fā)。

　　（2）反應(yīng)性表面活性劑的開發(fā)以往自泳乳液合成通常采用低的相對(duì)分子質(zhì)量表面活性劑作為乳化劑。它們帶有強(qiáng)極性基團(tuán)，對(duì)金屬基體有強(qiáng)烈的親和性，而夾雜存在于自沉積涂膜中。理論上與實(shí)踐上都證明，它們的存在會(huì)顯著降低涂膜的耐腐蝕性能。為克服低的相對(duì)分子質(zhì)量表面活性劑的缺陷，近年來(lái)國(guó)外正在研究開發(fā)反應(yīng)性表面活性劑，我國(guó)對(duì)此也正進(jìn)行研究開發(fā)，初步研制成功帶有反應(yīng)活性基團(tuán)的表面活性劑MAPS，結(jié)構(gòu)如下：其中R1、R2為烷基或H。由于這種表面活性劑含有可參與聚合的反應(yīng)性丙烯酸基團(tuán)，可將表面活性劑直接鏈接到乳膠高分鏈上，它既可穩(wěn)定乳液，又能有效地克服低的相對(duì)分子質(zhì)量表面活性劑對(duì)涂膜耐蝕性的負(fù)面影響，提高自泳涂裝(表面涂裝)的質(zhì)量。

　　（3）乳膠**低成膜溫度（MFT）及玻璃化轉(zhuǎn)化溫度（Tg）的優(yōu)化自泳乳液成膜過(guò)程較為特殊。在常溫下自泳沉積涂膜僅僅是球狀膠粒互相凝聚的結(jié)果，膠粒間存在無(wú)數(shù)空隙，它必須在超過(guò)一定溫度（即MFT）后，膠粒與膠粒產(chǎn)生融合，**后固化成膜。故自泳乳液的MFT是一重要參數(shù)。若MFT過(guò)高，則膠粒間不能充分融合，所形成的涂膜會(huì)產(chǎn)生針孔，其耐蝕性必然很差；MFT過(guò)低，雖然膠粒間的融合性較好，易獲得無(wú)缺陷的涂膜，但由于降低乳膠的MFT是以降低其相對(duì)分子質(zhì)量為代價(jià)的，導(dǎo)致乳膠的玻璃化溫度Tg降低，通常也會(huì)降低涂膜的耐蝕性。為解決這一矛盾，采用乳液梯度聚合技術(shù)是一有效的途徑，即在乳液聚合的不同階段，采用不同性質(zhì)的單體，使膠粒具有不同性質(zhì)的核殼結(jié)構(gòu)，其殼層有較低的MFT，而膠核有較高的Tg，形成“軟殼硬核”的結(jié)構(gòu)，這樣，較低的MFT殼層有利于膠粒互相融合，而較高的Tg膠核使涂層本體具有較高的相對(duì)分子質(zhì)量，從而提高涂層的耐蝕性。此外，乳液粒徑及自泳活性的控制也十分重要。綜上所述，自泳涂裝(表面涂裝)的關(guān)鍵技術(shù)集中體現(xiàn)在自泳聚合過(guò)程。

　　自泳涂裝(表面涂裝)工藝相對(duì)電泳涂裝而言，其工藝較為簡(jiǎn)單，前處理不需表面調(diào)整和磷化處理，自泳液不需超濾，其工藝流程如下：預(yù)脫脂——水洗——脫脂——水洗——去離子水洗——自泳沉積——水洗——后處理——烘干需著重指出的是自泳后處理至烘干階段間隔時(shí)間應(yīng)盡量縮短，一般控制在5～10min。工件表面如有銹蝕，必須進(jìn)行除銹。

　　自泳涂裝(表面涂裝)設(shè)備主要由前處理槽、水洗槽、自泳槽、后處理槽、輸送設(shè)備及烘干爐組成。自泳涂裝(表面涂裝)槽和生產(chǎn)線槽，應(yīng)根據(jù)涂裝產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)綱領(lǐng)、車間條件等進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和非標(biāo)設(shè)備設(shè)計(jì)。需指出的是，當(dāng)設(shè)計(jì)自動(dòng)生產(chǎn)線時(shí)，為縮短后處理與烘干階段間隔時(shí)間，不宜采且普通懸掛輸送機(jī)，而應(yīng)采用積放式懸掛機(jī)，并用計(jì)算機(jī)程序控制。

　　自泳涂裝(表面涂裝)特點(diǎn)概括如下：

　　（1）無(wú)污染清潔生產(chǎn)自泳涂裝(表面涂裝)為水分散體系，完全不含有機(jī)熔劑，無(wú)毒、無(wú)火災(zāi)危險(xiǎn)，符合國(guó)家環(huán)境保護(hù)及勞動(dòng)安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

　　（2）節(jié)能、節(jié)材與電泳涂裝相比，它不需直流電源，烘烤溫度100℃左右，比電泳涂裝節(jié)能50%以上，涂料利用率達(dá)98%以上。

　　（3）工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少，運(yùn)行成本低與電泳涂裝相比，它不需表面調(diào)整和磷化工序，不需過(guò)濾，設(shè)備投資比電泳節(jié)省30%～40%，占地面積節(jié)省20%～50%。

　　（4）涂膜均勻，耐蝕性優(yōu)良電泳涂裝對(duì)形狀復(fù)雜的工件，尤其是深腔結(jié)構(gòu)，由于受電場(chǎng)屏蔽，泳透率較低，而自泳涂裝(表面涂裝)按其沉積原理，只要槽液達(dá)到的部位，均能獲得厚度均勻的涂膜。目前，耐鹽霧性已達(dá)600h以上，大大超過(guò)陽(yáng)極電泳而與陰極電泳水平接近。

　　（5）自泳涂裝(表面涂裝)的缺點(diǎn)：自泳涂裝(表面涂裝)由其沉積機(jī)理決定，它目前只能用于鋼鐵零件，它顏色僅局限于黑色，色調(diào)較單一，故一般僅作為底漆使用。

　　自泳涂裝(表面涂裝)已在汽車零部件、農(nóng)機(jī)、農(nóng)用車、輕工家電、儀器儀表等行業(yè)獲得推廣應(yīng)用，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

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