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    二甲基乙醇胺,N,N-二甲基乙醇胺,DMEA,108-01-0

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    目前,我國從事丙烯酸涂料研究的單位有很多家,研究的項目有上百個。近年來,我國的水性電泳漆技術已得到了很大發展,電泳漆已在我國大中鋁加工行業得到大面積的推廣應用。對影響涂裝性能的因素也作了較深入的研究。同時,高光電泳漆、啞電泳漆、彩色電泳都相繼得到應用。這表明丙烯酸涂料工業的技術水平在我國得到迅速提高。

    1水性電泳漆

    電泳漆以水性低溶劑合成,是新型的低污染、省能源、省資源、起作保護和防腐蝕性的涂料,具有涂膜平整,耐水性和耐化學性好等特點,容易實現涂裝工業的機械化和自動化,適合形狀復雜,有邊緣棱角、孔穴工件涂裝,目前被大量應用于鋁合金建筑鋁型材、汽車、機電、家電等五金件的涂裝。電泳涂料及涂裝法在20世紀60年代后獲得工業應用,采用電泳涂料可以進行全封閉循環系統運行,涂料幾乎98%利用。電泳涂膜以水溶性或水分散性離子型聚合物為成膜物,被涂工件可以是陽極也可以作為陰極。

    1.1電泳涂漆結構

    電泳涂漆主要成分包括丙烯酸樹脂、三聚氰胺樹脂(作為丙烯酸樹脂交聯劑)、中和劑、溶劑A、溶劑B以及去離子水等

    1.2丙烯酸樹脂:

    1.2.1提供水溶性和固聯交化反應的功能團。

    1.2.2提供金屬表面防腐、耐候性強的漆膜。

    1.2.3提供漆膜軟硬度。(即柔軟性和表面硬度)

    能提供這些性能就要求丙烯酸樹脂具有一定的分子量,微粒狀的大小就是樹脂的分子的大小,分子量一般在30000~40000。分子量太低,各單體聚合就小,功能團也小,會產生以上功能團不足的現象。

    1.3中和劑:二甲基乙醇胺或三乙胺。因為丙烯酸本身不具有水溶性,所以必須和堿發生中和反應之后才產生水溶性

    1.4溶劑A和溶劑B

    溶劑A:起漆液分散和消泡作用,溶劑B:起溶解樹脂、濕潤、流平的作用。溶劑A具有很強的揮發性,需通過加漆或直接補加,補加量與生產量(450m?/噸)關系和固體份高低的關系:

    1.4.1生產產量≥800t/月,原漆含有20%溶劑,需補加揮發部分,按生產量添加(0.5kg/t),。

    生產產量≥500t/月,需補加,按生產量添加(1.0kg/t)

    生產產量≥300t/月,需補加,按生產量添加(2.0kg/t)

    1.4.2根據漆液的固體份溶劑的控制范圍如下表:

    000

    注:用氣相色譜儀測驗。(各供應商劑量有所不同)

    1.4.3溶劑A和溶劑B的相互作用與匹配:

    一般溶劑A要比溶劑B大0.15~0.2%,其相互作用為:

    1.4.3.1溶劑A通過溶劑B的濕潤作用把電泳過程中所產生的氣泡帶出.如帶出效果不好,就會產生氣泡殘留(針孔、凹坑);

    1.4.3.2溶劑B通過溶劑A的分散作用把樹脂分子更加均勻地分散于水中,這樣一來上膜均勻性大大提高;

    1.4.3.3溶劑A與溶劑B共同構成一個理想的電泳工作狀態。

    1.4.4溶劑A與溶劑B不匹配所產生的問題:

    1.4.4.1如溶劑A少,溶劑B高會產生漆膜溶解,特征是漆膜表面產生麻面,沒有光澤;

    1.4.4.2如果溶劑B少,溶劑A多,會產生流平性變差,瀝干時漆膜不容易干燥,就會產生水漬痕與干燥痕,特別是氣溫低時會產生失光流痕帶(特征:呈不規則的帶狀);

    1.4.4.3如果溶劑A與溶劑B一樣高時,易產生瀝干時漆膜表層過于快速干燥,漆膜底層水分不易跑出來,會產生干燥痕;

    1.5胺濃度:胺濃度反映的是漆膜里所含的中和劑的濃度,它與PH值有一定的關聯,PH是指漆液里的游離中和劑。

    1.5.1游離中和劑的概念就是在電泳過程中,把與丙烯酸樹脂結合的中和劑通過樹脂分子的沉析而分解出來,所以在生產過程中,PH會有所升高。胺濃度與固體份有很大的關系,如果胺濃度過低,需要提升時中和劑,其計算方法為:

    1MEQ=[總槽液的重量×固體份(%)×101]/100000=?kg(TEA)

    酸價即酸值是一個丙烯酸樹脂未被中和的那部分酸性,和胺濃度共同構成中和度即中和率

    中和率=(胺濃度×56.1)/(酸價×100)×100%

    1.5.2中和率一般要求65%-70%。在此狀態下,漆膜具有非常好的豐潤度、飽滿度和光澤。中和率≤65%時就沒有以上三個優點,當中和率≥70%時,豐潤度、飽滿度很好,但漆膜耐堿性差,光澤又不好,甚至會造成漆膜脫落(原因:因為固聯交化的功能團被破壞,漆膜的網狀結構沒有形成)。

    1.5.3影響中和率的另一因素即酸價,當酸值大,中和率就下降,當酸價小時中和率就上升,對于中和率的控制,與生產過程中操作有密切關系,其要求為:

    1.5.3.1加漆攪拌時固體份不能太大,否則漆的溶解不好,同時加漆時加漆罐中固體份應小于20%。

    1.5.3.2攪拌時間不能太長或總固體份不能太低,否則會產生過分溶解,酸價就小了,過分溶解還會帶來破壞樹脂分子結構的后果,造成漆膜耐酸堿性差,攪拌時間以30min為宜,不宜超過1個小時。

    2電泳漆應用于鋁合金型材電泳工藝分析

    2.1電壓:電泳涂裝普遍采用的是定電壓法,設備相對簡單,易于控制。電壓對漆膜的影響很大,與被涂的陽極工件面積大小、槽液溫度、兩極間距離有關;電壓越高,電泳漆膜越厚,對于難以涂裝的部位可相應提高涂裝能力,縮短施工時間。但電壓過高,會引起漆膜表面粗糙,烘干后易產生“橘皮”現象。電壓過低,電解反應慢,漆膜薄而均勻,泳透力差。電壓的選擇由涂料種類和施工要求等確定。一般情況下,電壓與涂料的固體分及漆溫成反比,與兩極間距成正比。鋁和鋁合金表面可采用80~130V,電壓緩慢升高,升高到設定值時,或到設定時間時(一般是2—3min)斷電。

    2.2電流與時間:

    一般在電泳工藝中大都采用定電壓控制,因此電流是隨時間變化而變化的。典型的電流與時間曲線見圖1-1

    鋁材電泳電流與時間曲線

    111

    圖1-1

    由圖可見,電泳初期電流很大,但很快迅速減弱。這是由于剛通電時,被涂物(工件)表面裸露,電流值取決于槽液電阻,而槽液電阻一般不大,所以電流較高。但在電泳過程中,涂料開始在工件表面沉積析出并形成濕膜后,由于濕膜是一層含水較低(5—6%)的有機涂膜層,電阻比較大。隨著濕膜的增厚,電阻迅速增大,而電壓保持恒定時,電流則會迅速隨之下降,當電流下降至一個很小的值時,表示涂膜已停止增長,此時膜厚為一定值。

    一般來說,對于每一個給定電壓值V,總有相對應的一個膜厚B,所以通過調整電壓,就可以對涂膜的厚度進行控制。若電壓值低至一個很小值Va,出現了涂膜很薄,甚至泳不上的現象時,稱Va為臨界電壓。電壓低于Va時,B=0;若對已涂上涂膜的工件施加電壓,并升至某一個值Vb時,若出現了電流驟然增大的現象,此時可以認為涂膜已經被破壞了,Vb稱為破壞電壓,也稱為濕膜擊穿電壓,Va和Vb是涂料中的一個重要指標,當Va和Vb給定歷涂裝的工藝電壓值就只能在Va—Vb范圍內選擇。

    由電泳反應機理可知,在電泳過程中,陰極上的反應主要有兩個,一是電沉積,另一個是電解。電沉積是成膜反應,而電解主要是析氧反應,所以,電泳時的表現電流應該包括兩部份:I=I1十I2。I1是電沉積電流,I2是電解析氧電流;當給定一個電壓,電流I隨時間變化很快下降到一個穩定值I0。此時,膜厚不再增加.可以認為I1=0(注:實際上此時由于濕膜在溶液中可能發生局部溶解,而產生一個膜修補電流I1’,一般說I1’很小,為討論方便,暫可認為I1’=0)所以I0I2(見圖l—2)可稱之為穩定電流,

    鋁材電泳時的表現電流

    222

    圖1-2

    或剩余電流,該電流反應析氧反應的強弱。而電流由高值下降到I0的時間T1,稱為成膜時間,也稱為小電泳時間。T1表示電沉積成膜反應的速率,T1越小,電沉積速度越快,T1越大,電沉積速度越慢。

    I0和T1都是電泳過程中的兩個重要指標,它們是一個多元函數,受涂料本身性質、槽液溫度、PH值、電導率、固體成份、甚至工件大小和形狀的影響而變化。一般涂料性能指標是無法給出這兩個指標值,但在實際工藝控制中,通過對I0和T1的變化和觀察,可判斷電泳過程是否正常,并通過經驗和數據的積累,作為調定電泳電壓、時間以及其他參數的參考依據。

    2.3電泳時間:漆膜厚度隨著電泳時間的延長而增加,但當漆膜達到一定厚度時,繼續延長時間,也不能增加厚度,反而會加劇副反應;反之,電泳時間過短,涂層過薄。電泳時間應根據所用的電壓,在保證涂層質量的條件下,越短越好。一般工件電泳時間為1至3分鐘,大型工件為3至4分鐘。如果被涂物件表面幾何形狀復雜,可適當提高電壓和延長時間。

    2.4槽液溫度:溫度高,則黏度降低,成膜速率快,但溫度過高,漆液不穩定,漆膜粗糙,有流掛現象,還會引起涂料變質;溫度低,漆的水溶性差,電沉積量減少,電泳漆電沉積量少,成膜慢,涂膜薄而致密。施工過程中,由于電沉積時部分電能轉化成熱能,循環系統內機械摩擦產生熱量,將導致槽液溫度上升。一般漆液溫度控制在20~26℃。

    2.5涂料的固體分

    電泳原漆的固體分一般為40~60%左右,施工時,需用高純水將涂料固體分控制在5%~6%。固體份含量過高,漆液黏度大,泳透力降低,電滲性不好,漆膜粗糙,附著力差;固體份含量低,漆液電阻大,漆膜過薄,漆膜的遮蓋力不好,涂料的穩定性差,如果增高電壓,電解反應加劇,電沉積效果差,漆膜容易產生針孔和桔皮等缺陷。在電泳涂漆過程中,漆液的固體份含量不斷被消耗,必須定時補充原漆。原漆的補充應根據原漆的品種、性質及工件形狀和工藝條件等而定。配制漆液一般可按下面公式進行計算:

    加漆量W=A×B/C

    式中:A_預計用水稀釋后漆液總重(L);

    B_預計用水稀釋后漆液固體份(%);

    C_原漆的固體份(%);

    W_加漆量,即需加入原漆重(kg)。

    2.6涂漆的PH值:在電泳過程中,由于帶負電的樹脂離子涂于工件被帶走,同時,由于電解作用,陰極不斷產生胺(氨),漆液的pH值就逐步上升,電泳涂漆的PH值直接影響槽液的穩定性。pH值過高時,漆液的比電阻下降,泳透力降低,新沉積的漆膜會溶解,并易出現針孔、表面粗糙等缺陷;pH值偏低時,漆液穩定性差,漆液的水溶性下降,電泳漆膜層粗糙,嚴重時出現桔皮,嚴重地影響了表面的平整度及漆膜的防腐性能,嚴重時會產生凝結現象,而使漆液變質,甚至無法電泳。pH值通??刂圃?.8~8.2之間。

    2.7漆液電導率:被涂物件從前一道工序帶入電泳槽的雜質離子等引起涂料電導率的下降,電導率控制在l300~800μs/cm,每天檢測1次。測量方法是取樣加熱到25℃,用電導率儀測量。

    2.7.1電導率高,漆膜粗糙,出現桔皮.附著力差,耐腐蝕性降低原因是雜質離子的混人或槽液更新、變質酸敗引起電導率升高采取的措施是增加超率時間,濾出雜質離子,補充脫離子水(電導率不超過10μs/cm)。在管理過程中使槽液溫度控制在一定范圍內,槽液更新期不超過3個月。

    2.7.2電導率過低.導電性差,漆膜薄。原因是電泳涂料沉淀過多.循環攪拌不好采取的措施是檢查攪

    2.7.3循環系統保持正常,如有故障應及時維修。每天檢查循環系統.保證其正常運行,循環系統要保持24h全天運行,防止沉淀。

    2.8工件與陰極間距離:距離近,沉積效率高。但距離過近,會使漆膜太厚而產生流掛、橘皮等弊病。一般距離不低于25cm。陽極與陰極面積之比控制在l比0.7為好。若陰極面積過小,電流密度較大,析氫量增加,影響涂膜質量,對大型而形狀復雜的工件,當出現外部已沉積很厚涂膜,而內部涂膜仍較薄時,應在距離陰極較遠的部位,增加輔助陰極。

    2.9溶劑:電泳漆中除用水作溶劑外,還加入適量的有機溶劑作助溶劑,它可以改進樹脂的水溶性及改善漆膜的表面狀態,常用的溶劑是API等醇類。溶劑必須適量。過多,漆液變混濁,泳透力降低,漆膜發粘,易破裂;溶劑過少,漆液的水溶性降低,漆液不穩定,漆膜粗糙,不豐滿,并可能產生氣泡和桔皮等現象。

    2.10熱水燙洗:一般的看法其主要作用是氧化膜微孔處于半封閉狀態,除此外其實際作用還有通過熱水洗使氧化膜膨脹,把氧化膜孔中殘留酸擠出。

    2.10.1酸殘留的害處:

    ①漆膜耐酸耐堿性變差;

    ②電泳材放置一段時間后就會使漆膜爆出,產生許多腐蝕點,影響電泳材使用性能和外觀。

    2.10.2熱水洗的要求:

    ①溫度在70-80℃,高于85℃時,易產生熱水封閉的效果,漆膜的附著力下降;

    ②PH≥4.5;

    ③電導率≤60μs/cm;

    2.11純水洗:把附著在型材表面的殘留酸洗干凈。

    熱水洗的要求:PH≥5.5,電導率≤50μs/cm

    2.12電泳液精制處理(離子交換處理)

    2.12.1進行涂裝時,隨著涂料中胺的游離,PH也上升,并且因帶入了前處理工程的不凈物(硫酸根等),涂料會隨著劣化。須采用離子交換來除去陽離子成分(胺、金屬離子)和陰離子SO42成分。

    2.12.2離子交換樹脂:

    陰離子型樹脂:強堿型(DIAIONSA-10AP)ED液總量的1/80

    陽離子型樹脂:強酸型(WK-40)陰離子樹脂的1/3

    2.12.3離子交換處理:

    2.12.3.1電泳過程中胺濃度超過管理范圍時進行離子交換,通常原則上是陰,陽離子

    2.12.3.2但在下述場合進行陰離子單獨通液。

    ①加熱殘分,胺濃度在管理范圍內,電導度超過管理范圍上限:

    ②硫酸根在15PPM以上時;

    ③外觀發生異常時。

    2.13通液

    2.13.1按規程操作

    2.13.2通液量

    陰離子通液應為電泳液量的1/2,通常需要2小時,陰離子交換后PH值,電導率沒有變化時,說明離子交換樹脂能力降低,應停止使用。

    陽離子交換和陰離子是一樣的,PH過低時通過拖延啟動,縮短通液時間,或通過樹脂再生,恢復功效。

    2.13.3離了交換樹脂再生

    陰離子交換樹脂再生:NaOH100g/1—R;

    陽離子交換樹脂再生:HCL50g/1—R;

    再生劑:(NaOHHCL)使用前應確認其濃度和體積。

    2.14水洗漆液回收(RO):

    2.14.1道水洗(RO1):

    溫度:室溫

    PH:<8.2~8.6

    固體份:<1%

    電導率:低于100us/cm

    2.14.2第二道水洗(RO2):

    溫度:25±3℃

    固體份:<0.3%

    PH:8.4~8.8

    電導率:低于50us/cm

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