阴极电泳漆生产工艺技术进展及当前发展趋势
中国产业研究报告网讯：
（一）阴极电泳漆生产工艺流程
阴极电泳漆是由一种阳离子型的水分散乳液（国际通行代号：F-2）和一种水溶性的色浆（国际通行代号：F-1）按一定比例混合使用的双组份涂料产品。其中乳液（F-2）是一种环氧聚氨酯树脂，环氧树脂在扩链、增韧、拼合聚氨酯交联剂、胺化、中和、最后乳化形成水分散液；色浆（F-1）是一种季铵盐型颜料浆，由分散树脂混合各类颜填料经分散、研磨而成。
乳液（F-2）的主要工艺步骤包括：树脂合成（扩链/胺化、交联剂合成/拼合）、乳化、熟化【熟化是指F-2 在完成乳化工序后，通过脱溶剂装置，将F-2 反应过程中所需使用的溶剂（在施工运用时不需要的部分）脱出的过程】、过滤和包装。色浆（F-1）的主要工艺步骤包括：分散树脂合成（扩链/接枝/季胺化）、混合颜填料、分散、研磨、过滤和包装。
综上，阴极电泳漆（F-2/F-1）的生产工艺如下图简示： 
（二）阴极电泳漆工艺技术发展现状
阴极电泳涂装技术，由于其涂层的均匀性和优良的耐蚀性，生产性以及低污染性等优点，应用领域日益扩大，已成为涂装领域不可缺少的方法之一。自从第一代阴极电泳漆开发成功并得到应用以来，经过40多年的发展国内外阴极电泳漆的研究和应用领域均发生了很大的变化，已研究开发出了第六代、第七代乃至第八代产品。
这些水性阴极电泳漆在减少设备腐蚀、提高泳透力、减少油烟及消除烘烤变黄、降低固化温度、提高防腐蚀性能等方面已获得了很大的进展。近年来最有代表性的阴极电泳漆包括厚膜型阴极电泳漆、边角覆盖型阴极电泳漆、耐候性阴极电泳漆、低温固化型阴极电泳漆、紫外光固化阴极电泳漆和多彩型阴极电泳漆。 目前，随着环保问题日益成为人们关注的焦点，世界各国相继制定了一系列环保法规、法律和准则，如美国66法规、EPA污染物控制条例、欧盟ROHS指令、REACH法规等，促使全球涂料业向低毒/无毒、对环境影响最小的方向发展。
（三）阴极电泳漆工艺技术发展趋势
阴极电泳漆属于环境友好型水性涂料，今后，在阴极电泳涂装新技术开发过程中，涂装工艺应向着节省能源、降低劳动强度和生产成本，减少环境污染，无重金属，低挥发性有机化合物，VOC，降低固化温度，高性能化等方向发展。
1、厚膜型阴极电泳漆
一般的阴极电泳漆涂层的厚度较小、抗碎性和边角防锈性较弱，对涂层要求较高的汽车零部件进行涂装，性能达不到要求。为了改善阴极电泳涂层的抗碎性和边角防锈性，进一步提高阴极电泳漆的耐蚀性，因此开发了厚膜型阴极电泳漆，膜厚最高可达40μm。这种涂料主要是依靠具有不同玻璃化温度的数种树脂相配合，并添加高沸点的助溶剂等制成，从而解决电泳涂装时涂膜的沉积和烘烤时粘弹性的控制问题，使其一次性成膜较厚，外观比较平整。美国PPG公司、德国BASF公司、日本油脂和日本涂料公司等开发的厚膜型阴极电泳漆，解决了电泳涂漆中高厚膜与高泳透力的矛盾、电泳膜热流平与边角易外露的矛盾。如美国PPG公司开发的厚膜型阴极电泳漆具有如下优点，一次电泳膜厚可达30-40μm，涂层的平滑性和表面光泽显著提高；工件空腔内表面的涂层比普通的厚两倍；可省去中间涂层和一道打磨工序；大量减少了涂料生产中的有机溶剂；槽液稳定性好；涂层防蚀性强；尤其是边角部位；涂膜弹性好，可在含锌一铁合金表面涂覆，具有较强的抗石击能力。
厚膜型阴极电泳漆具有高外观性能、耐冲击性、孔腔内部及边角防锈性、防锈钢板涂装适应性和短时电泳、缩短工序等优点在美国、欧洲及日本已广泛用于电器产品、建材、农业机械、建筑机械、汽车及其零部件等的涂装。
2、边角覆盖型阴极电泳漆
汽车车身和零部件在冲压加工时形成大小不同的棱角尖角，在涂装时由于覆盖性不好，容易生锈。对于涂料而言，提高边角防锈性的关键是提高边角的覆盖性。在电泳涂装时涂料固体组分集中在尖端部位析出，边角覆盖性本来很好，但是烘烤时由于漆膜的粘度下降而产生热流动，加上表面张力的作用，使边角露底。因此，提高边角故覆盖性的途径是提高漆膜加热固化时的粘度和降低其表面张力。但是随着边角覆盖性的提高，涂膜的平滑性却受到了损害。为了解决这一矛盾，提出了很多方案。其中，日本油脂公司采用了高分子量树脂作为涂膜加热时的流动调整剂，并通过流变学控制技术，使涂膜边角覆盖性和表面平整性得以兼顾。另外，采用高聚物微凝胶技术，将具有独特流变性的交联聚合物颗粒加入到涂料中，对涂膜边缘的覆盖性大有好处。
3、耐候性好的阴极电泳漆
阴极电泳漆作为底漆，通常以耐蚀性好的环氧树脂为主体。虽然其耐蚀性优良，但耐候性不够好。一道涂装系统光泽下降；二道涂装系统因受太阳光线特别是短波紫外线的作用，会发生层间剥离。因此，作为二道涂装系统的阴极电泳漆具备耐蚀性和耐候性尤为必要。开发耐候性好的阴极电泳漆的设计思路是，树脂的主要组成为环氧系树脂和丙烯酸系树脂，利用两者表面张力的不同，烘烤时表面张力大的环氧树脂沉于下层，表面张力小的丙烯酸树脂浮于表层，可形成耐候性和耐腐蚀性都较好的“底面合一”型阴极电泳漆。
日本神东公司开发了一种厚膜型两层结构的阴极电泳漆及其涂装方法。该涂料以阳离子丙烯酸树脂和阳离子酚醛环氧树脂的混合物为基料，以异氰酸酯、三聚氰胺和聚酰胺等为交联剂。涂装时采用两步电泳，即先在25℃，200V下电泳2min，然后在600V下继续电泳2min，结果在汽车车身上形成70μm厚的涂膜，其底层以环氧树脂为主，表层以丙烯酸树脂为主，从而保证涂膜具有良好的耐蚀性和耐候性。
4、低温固化型阴极电泳漆
阴极电泳漆的烘烤温度为170~180℃，带有橡胶、塑料等的汽车零部件在高温烘烤下容易变形，所以在保持耐腐蚀性等其他性能不变的情况下，低温固化阴极电泳漆应运而生。它不但能减少能量消耗、降低成本、减少环境污染，而且可以减少漆膜因烘烤而变色，从而提高涂膜质量。低温固化型阴极电泳漆除了能涂装带有橡胶、塑料的零部件外，还广泛适用于汽车厚钢板、铸件和各种零部件。 开发这种涂料的技术关键是寻求新型的固化剂或改进固化方式，目前主要有以下三种改进方式：
（1）在环氧树脂中引入双键，因为双键可以在较低的温度下交联。
（2）开发低温热固化交联剂，使树脂可以在较低温度下固化交联，但同时又要考虑在该温度下树脂的流平性。
（3）利用树脂与基材的接触性反应促进固化。
5、紫外光（UV）固化阴极电泳漆
目前几乎所有的阴极电泳漆都以热固化为主，固化反应的温度一般在140~180℃，低温固化阴极电泳漆的固化温度也在85~110℃，所以在许多受温度限制的材料上很难推广使用电泳涂装。
紫外光（UV）固化涂料是利用紫外光照射涂料树脂发生聚合反应的固化方式，在低温条件下短时间内就能完成涂料的固化过程。紫外光固化技术完全符合“3E”原则，即Energy，节约能源，一般紫外光固化能耗为热固化的20%，Ecology，生态环保，紫外光固化技术被称为“绿色技术”；Economy，经济，紫外光固化装置紧凑、流水线生产、加工速度快、劳动生产率高有利于降低生产成本。
紫外光固化电泳涂装是具有光固化性能的电泳涂料和电泳涂装技术相结合的复合技术，它不需要较高的温度，所以它能满足产品进行电泳涂装的加工需要，同时又能解决涂装材料受温度限制的问题。集紫外光固化、电泳涂装、水性涂料等优点于一身的紫外光固化电泳涂料有着极大的发展前景。目前世界上在这方面的研究开展得较少，德国的A.Fieberg进行过深入系统的研究。
6、高装饰性阴极电泳漆
提高阴极电泳漆的装饰性是为了扩大其使用范围，使其在家电、钢制家具、 办公用具、农业机械、空调器和汽车部件的涂装等行业有广阔的应用前景。目前，以胺改性环氧树脂与含氟乙烯基单体共聚物混合制得高耐候性和高装饰性的阴极电泳漆，在胺改性环氧树脂和封闭异氰酸酯乳化分散液中加入胶化粒子组成的透明高装饰性阴极电泳漆，由环氧树脂与特殊异氰酸酯交联并加入丙烯酸系树脂组成的复层阴极电泳漆，用环氧改性丙烯酸系树脂制得的阴极电泳漆等。进行这方面研究的人员较多，但仍然处于开发阶段，未见成熟产品，技术难度较大，且存在价格因素。
7、环保型阴极电泳漆
无铅、无锡阴极电泳漆是电泳漆发展过程中的一项重大改进。避免使用铅、锡的途径是，提高树脂本身的防锈性能，采用无毒防锈颜料，改变固化方式和采用其它固化催化剂。Herhens公司在这方面位居前列。欧洲的不少电泳线均已使用4EC3000无铅无锡电泳漆，上海大众有3条油漆线使用无铅无锡电泳漆。PPG通过改进树脂去除了铅，各种性能试验表明：其性能与含铅电泳漆相比毫不逊色。
有害气体污染物(HAP)和挥发性有机化合物(VOC)是环保型涂料中很重要的指标，因此，降低VOC的排放量就成为阴极电泳漆的一个重要研究方向。现有阴极电泳漆的有机溶剂含量普遍降至1.2%以下。PPG的第五代阴极电泳漆的有机溶剂含量低至0.6%同时槽液仍然保持良好的稳定性。在溶剂种类方面，烃类溶剂由于具有挥发性，已被高沸点溶剂如溶纤剂取代。
内容选自产业研究报告网发布的《2012-2016年中国环氧树脂市场运营分析与发展策略咨询报告》
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