[科普中国]-电泳漆

电泳漆，也叫电泳涂料，现在还有很多人沿用“电泳漆”的称呼，而不用“电泳涂料”。随着常规喷涂的缺陷不断浮现，电泳开始变得越来越普及。 电泳漆也开始不断更新换代，从阳极电泳漆到阴极电泳漆，从单组分电泳漆到双组分电泳漆，电泳漆的发展也促进了电泳涂装的发展，使更加多的产品不再使用喷涂技术而是使用电泳。

分类电泳涂料及涂装法在20世纪60年代后获得工业应用，采用电泳涂料可以进行全封闭循环系统运行，涂料利用率可达95%左右。电泳涂料以水溶性或水分散性离子型聚合物为成膜物，被涂工件可以是阳极也可以作为阴极。

电泳涂料按被涂工件电极可分为阳极电泳涂料和阴极电泳涂料；按成膜物在水中存在的离子形态可分为阴离子电泳涂料和阳离子电泳涂料。阴极电泳涂料按水分散状态可分为单组份电泳涂料和双组份电泳涂料；还可按膜厚度分为薄膜型、中厚膜和厚膜型阴极电泳涂料。

原理1、电泳是涂装金属工件最有效的方法之一。电泳涂装是将具有导电性的被涂物浸在装满水稀释的浓度比较低的电泳涂料槽中作为阳极（或阴极），在槽中另设置与其对应的阴极（或阳极），在两极间接通直流电一段时间后，在被涂物表面沉积出均匀细密、不被水溶解涂膜的一种特殊的涂装方法。

2、电泳涂装过程中伴随着四种化学物理变化，即电解、电泳、电沉积、电渗。

（1）电泳：在胶体溶液中，分散在介质中的带电胶体离子，在直流电场作用下，向着带异种电荷的电极方向移动，由于胶体离子在运动过程中受到分散介质的阻力，相对于真溶液在电场中离子迁移的阻力要大得多，移动速度较慢，犹如在分散介质中的泳动，故称电泳。胶粒电泳速度取决于电场强度及水溶性树脂分散时的双电层结构特性。

（2）电解：当直流电场施加于含电解质水溶液时，水在电场中会发生电解，在阳极区析出氧气，阴极区析出氢气。

阳极反应：2OHˉ→ ↑ O2 + 2H+ 4e

阴极反应：H2O+e → ↑1/2H2 + OH

一般，电泳体中杂质离子含量愈高，即体系的电导愈大，水的电解作用愈是剧烈，这样由于大量气体在电极逸出，树脂沉积时就会夹杂气孔，导致涂层针孔及粗糙等弊病。因此，在电泳涂装过程中应尽量防止杂质离子带入电泳液中，以保证涂装质量。

（3）电沉积：在电泳涂装时，带电荷的粒子（树脂和颜填、料）在电场作用下到达相反电荷的电极，被H（阳极电泳）OH（阴极电泳）所中和，变成不溶于水的涂膜，这层漆膜很稳定，而且致密均一。这一过程称为电沉积。

如在阳极电泳中，当带负电荷的水溶性树脂粒子在直流电场作用下到达阳极（被涂工件）时，即发生电沉积反应，首先是OH放电：

2OHˉ → ↑O2 + 2H+ 4e

OH+H=H2O 此反应的结果使阳极区周围H积聚，即局部PH值降低，这时过量H即于RCOO树脂阴离子反应，使树脂析出并沉积在阳极（被涂工件）表面：

RCOO+H → ↓ROOOH 。

（4）电渗：这是分散介质向电泳粒子泳动相反方向运动的现象。在电泳涂装过程中的电渗作用是由于吸附于阳极上涂层中的水化正离子，受电场作用产生向负电极运动的内渗力，从而穿过沉积的涂层，使沉积涂层中的含水量显著减少，约为5—15%左右，可直接烘烤，而得到结构致密平整光滑的涂层。

应用可分为阳极电泳漆、阴极电泳漆。

其中阳极电泳漆有阳极丙烯酸，主要应用于铝制品，铝材氧化后用阳极电泳漆保护，光泽度在50-90度之间、漆膜较薄，在铝型材行业广泛应用。

阴极电泳漆又可分为：环氧电泳漆、丙烯酸电泳漆和聚氨酯电泳漆。

环氧电泳漆：有超强的盐雾性能、及深孔泳透力，在磷化底材上盐雾性能可达1000小时以上、主要较成熟的产品以亮黑、哑黑、深灰、浅灰为主。红色、绿色、及一些彩色也有应用，环氧电泳漆是一种可以遮盖底材的涂料，主要用于底漆防腐、也可以做为一般要求的五金工件面漆。

丙烯酸及聚胺脂电泳漆：有超强的耐候性能，抗（QUV）黄变功能、透明度高（85-90度）主要用于镀层保护，添加专用色浆可调配，透底鲜艳不同彩色效果的颜色，及在五金件直接电泳提高盐雾性能。

特性电泳涂料作为一类新型的低污染、省能源、省资源、起作保护和防腐蚀性的涂料，具有涂膜平整，耐水性和耐化学性好等特点，容易实现涂装工业的机械化和自动化，适合形状复杂，有边缘棱角、孔穴工件涂装，被大量应用于汽车、自动车、机电、家电等五金件的涂装。

1、电泳涂装可实现完全机械化、自动化，不仅减轻了劳动强度，而且还大幅度提高了劳动生产率，适用于大量流水线作业。

2、电泳涂料泳透率高，在水中完全溶解或乳化，配制成的槽液黏度很低，很容易浸透到被涂物的袋状构造部及缝隙中，特别适合于异型导电材料的表面涂装。

3、电泳槽液具有较高的导电性，涂料离子能在电场作用下快速泳动，在被涂物表面被中和后形成电中性湿漆膜，随着湿漆膜的增厚电阻增大，涂料粒子沉积量逐渐变小，从而形成均匀细致的涂料膜。

4、涂料的利用率高，高达95%以上甚至100%。由于槽液的固体含量低、黏度小，被涂物带出的涂料少，尤其是超滤技术的应用，实施涂装过程封闭循环，涂料回收率高。

5、涂膜的防腐蚀能力强，电泳涂装由于在电场作用下成膜均匀，因此采用电泳涂装法能使工件的内腔、焊缝、边缘耐腐蚀性显著提高。

6、电泳涂料溶济含量低，一是有利于环保，二是生产安全性好。

阴极电泳涂料经过30年的发展，国际上以美国为代表的涂料供应商不断采用新技术，开发新产品，使电泳涂料不断更新换代。新一代的阴极电泳涂料应具有以下特点：

A. 新一代阴极电泳涂料的泳透率应进一步提高。泳透率越高，车身内部膜厚就越均匀，从而提高车身整体防腐蚀性，降低施工电压，减少涂料用量。

B. 提高边缘防腐性。电泳过程中，一些边缘部分由于涂料电化学作用，造成边角涂层特别薄，从而腐蚀易在此处发生，通过改善涂料性能提高防腐能力。

C. 降低颜基比。颜基比就是涂料中颜料与树脂的比例，降低它可以增加树脂的含量，提高涂料的流动性，降低胶体的沉降整速率，减少颜料絮凝和保护泵，降低材料消耗。

D. 降低溶剂量。溶剂含量越高对环境污染越大，不利于工作。降低它有利保护环境，节约投资。

E. 无铅无锡，更趋环保型。铅在电泳涂料的防腐蚀催化、钝化和加速交联等方面起着重要作用，但含铅的颜料对裸钢板的防腐蚀影响很大，且铅本身是毒性很强的元素，环保上对其限制甚严。锡的性能与铅比较接近，通常二者混用。

局限性

1、电泳必须在通电的情况下才能进行，因此适用于具有导电性的被涂物（一般是金属）。

2、导电特性不一样的多种金属组合成的被涂物，不宜采用电泳涂装工艺，如有一些电泳涂料对Cu、Sn等金属离子会产生过敏现象。

3、电泳涂料湿膜须烘烤后才能形成致密的漆膜，因此不能耐高温的被涂物也不能采用电泳涂装工艺。

4、电泳槽底更新期为6个月以内，所以对小批量生产场合不宜采用电泳涂装。

5、不同底材上的电泳涂料性能有差异。

6、要求有强大的技术力量作为支持，特别是彩色电泳，要做到预期的颜色效果，不是专业人员的话，在调色时有一定的难度。

历史20世纪80年代，由于美国、日本、德国等许多涂料公司的不懈开发，阴极电泳涂料最有代表性的是厚膜型阴极电泳涂料、低温固化型阴极电泳涂料及彩色阴极电泳涂料。20世纪80年代末期，国际上形成了三大体系：以美国PPG公司为开端的防锈蚀阳离子型电泳涂料；以德国Hoechst公司为先驱的轿车、卡车用阳离子型电泳底漆；以日本神东、关西涂料公司为代表的改进型阳离子电泳涂料。

从 20 世纪 90 年代开始，欧美汽车厂为环保达标采用环保型汽车涂料替代传统的有机溶剂型汽车涂料。到 2001 年已采用水性中涂、底色漆的轿车分别已占总产量的份额为：北美7%和43%；欧洲32.5%和36% 。其中德国已基本实现水性化，中涂占80%，底色漆占 93%。

发展趋势随着电泳涂料尤其阴极电泳涂料的迅速发展，迎来了多样化、多品种、多功能及彩色化的时代。为了最大限度地发挥电泳涂料的性能，腑从包括电泳涂料用的原材料、被涂物底材、面漆涂料以及涂装设备的整个系统进行研究。

原材料方面，除环氧树脂以外，还应研究丙烯酸树脂和石油系树脂以及它们的混台树脂系；刨化方式方面，目前仍以聚氨酯同化型为主流，今后进一步研究开发聚合固化型、酯交换型和蜜胺固化型等新的电泳涂料；从涂料本身的改进方面，以防蚀性为基础，提高边角部，焊接部的防锈性。电泳涂料朝厚膜化、高外观质量、多色化、低公害的 方向发展1。

施工方法（1）前处理：主要用于金属工件表面的清洁和磷化，以便满足最终电泳涂装的要求，常用的磷化有铁系和锌系磷化。常采用喷淋和浸渍的方法。

（2）电泳：电泳槽液含有80～90%的去离子水和10～20%的涂料固体。涂料固体中含有成膜的树脂组分以及提供颜色的颜填料组分。

（3）电泳槽及附属设备

a. 整流器：提供直流电压，供电泳涂装；

b. 循环：提供槽液循环，使槽液保持持续均一稳定；

c. 热交换系统：提供合适的工作液温度；

d. 过滤：用以除去涂料中的机械杂质；

e. 超滤：控制涂料槽液的电导率，维护槽液品质；

f. 槽液的回收系统：回收后冲洗带出的电泳涂料，提高涂料的利用率；

（4）烘道：提供漆膜固化所需的涂料固化温度。

主要问题一、漆膜粗糙

1、产生原因及解决办法

① 槽液颜基比过高。（先取槽液测颜基比，同时排除其它因素，然后如果没有其他问题就往电泳槽补加乳液，如效果改善可与供应厂家联系研究继续补加方案。）

② 进入电泳槽的被涂工件及挂具不干净。（可能污染环节：1、预脱脂、脱脂，温度过低或脱脂剂浓度过高，预脱脂、脱脂槽液污染严重，杂质含量过高。2、磷化，磷化渣没有及时清理。）

③ 电泳槽由于过滤不良，使槽液机械杂质过多。（连续更换过滤袋，清洗过滤罐。如发现过滤罐中杂质过多时，需连续清洗）

④ 槽液中助溶剂含量偏低。（PH值过高时可适量补加冰醋酸）

⑤ 超滤喷淋效果差，工件挂漆较多形成漆点。（加强后续清洗）

⑥ 电泳后清洗不充分或未经UF1、UF2、纯水2清洗。（严格按操作规程操作）

2、防止办法

① 根据检测结果调整颜基比在控制范围内。

② 加强槽液及用具的管理，保持各工序、环节符合涂装要求。

③ 经常检查、更换过滤袋，加强过滤。

④ 按技术要求定期检测助溶剂含量，保持助溶剂含量在控制范围内。

⑤ 改善超滤喷淋效果，避免工件过多挂漆。

⑥ 加强清洗流程，可通过表面清洁度仪对清洗效果进行检测，确保清洗效果。

二、缩孔、陷穴

1、产生原因及解决办法

① 槽液颜基比失调，颜料含量低。（先取槽液测颜基比，同时排除其它因素，然后如果没有其他问题就往电泳槽补加色浆，如效果改善可与供应厂家联系研究继续补加方案。）

② 被涂工件前处理不良或清洗后磷化膜上面落上油污、尘埃等。

③ 槽液中混入油污、尘埃、油飘浮在槽液面或乳化在槽液中。

④ 电泳后冲洗液混入油污。

⑤ 外来油污污染电泳涂膜。

⑥ 烘干室内不干净、循环风内含油。

2、防止方法

① 调整槽液的颜基比，补加色浆提高颜料含量。

② 加强被涂工件脱脂工序的管理，确保磷化膜不被二次污染。

③ 在槽液循环系统安装除油过滤装，同时检查油污染来源，以便彻底清除油法。

④ 加强后冲洗液水质的检测，定期清洗更换过滤袋，以确保后冲洗水过滤质量。

⑤ 保持涂装环境洁净，清除对涂装有害的物质，尤其是含有机硅物质源（如电缆、拉延油、防锈油、防焊渣粘结剂、密封胶等），及相关车间的设备及工艺介质所使用的原材料和辅助材料都不能含有酯酮。

⑥ 按工艺规定，定期清扫烘干室，保持烘干室和循环热风的清洁。

三、针孔

1、产生的原因

① 槽液中杂质离子含量过高，施工电压偏高，电解反应加剧，被涂工件表面产生气体等。

② 槽液温度偏低，或搅拌不充分，助溶剂含量偏低。

③ 电泳涂装后被涂工件出槽清洗不及时，湿涂膜产生再溶解现象。

④ 工件带电入槽、槽液液面流速低、有气泡堆积，泡沫随着被涂工件表面上形成针孔。

2、防止方法

① 加强控制槽液中的杂质离子的浓度，定期检测槽液各种离子浓度，降低杂质离子含量，根据槽液的工艺参数调整涂装电压。

② 控制槽液温度在工艺规定范围，加强槽液搅拌。

③ 被涂工件离开槽液应立即用UF液或纯水进行冲洗。时间最好不超过1min。

④ 为消除带电入槽易产生针孔，一定要控制好槽液表面流速介于0.2~0.25m/s，以防止泡沫堆积，控制好运输链速度不应低于工艺要求。

四、花斑

1、产生原因

① 工件表面处理不好，磷化膜不均匀。

② 磷化后的水质不好，水洗不充分。

③ 前处理后被涂工件二次污染。

2、防治方法

① 查找原因，提高表面预处理质量。

② 加强磷化后冲洗设备的检查，确保喷嘴压力在工艺规定范围内。

③ 保持涂装环境清洁，以防止前处理后的工件二次污染。

注意事项1、配漆用纯水电导率不大于10µs/cm。
2、使用此涂料前必须严格遵照施工工艺施工。

技术标准标准管理

国家标准化管理委员会 SAC

全国金属与非金属覆盖层标准化技术委员会 SAC/TC57

全国涂装标准工作组 SAC/TC57/WG1

1、《阴极电泳涂装通用技术规范》，标准号：JB/T10242-2013

2、《阴极电泳涂膜制备实验装置 技术条件》，计划号：2011-1826T-JB

3、现行有效的涂装标准（21项）

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4、即将出版的涂装标准

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5、正在制修订的涂装标准

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本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学