高岭土在阴极电泳涂料中的应用指标要求及影响因素_

1、电泳涂料

由于阴极电泳涂膜防腐蚀性好，应用越来越普遍，从汽车车身到汽车零部件，从一般家电到小部件(例如伞骨)，要求千差万别，但防腐蚀性要求是一致的。电泳涂料的防腐性除了与主体树脂、封闭型异氰酸醋和催化剂体系有关外，与颜填料的选择也有很大关系。

2、电泳涂料用高岭土

我国是阴极电泳涂料生产大国，也是高岭土生产大国，但阴极电泳涂料用高端高岭土大部分仍需从国外进口，国内生产的高岭土基本都用在民用建筑涂料中，低端高岭土的低价竞争极其惨烈;相反，高端高岭土的价格高却没有竞争性产品，高端市场被进口产品占领，究其原因是我国高岭土生产企业缺乏与阴极电泳涂料生产厂家技术开发人员的交流，不了解阴极电泳涂料用高岭土的特殊要求。

由于阴极电泳槽液偏酸性(pH=5.5-6.6)的特点，要求可适用的填料杂离子少、化学稳定性能好、价格低，碳酸钙遇酸分解;滑石粉偏碱性;沉淀硫酸钡杂离子较多;天然结晶二氧化硅粉尘肺;沉淀和气相二氧化硅吸油量大，且价格高，均不适用于阴极电泳涂料或只能少量和其他颜填料配用，而高岭土则是最理想的选择。

高岭土的结晶水、锻烧方式、白度、pH、粒度、筛余物、吸油量、电导率(水溶物)和用量都会影响阴极电泳槽液和涂膜性能，只有了解了高岭土对电泳涂料的影响因素和程度，设计配方时选择填料才能从容应对。

3、电泳涂料用高岭土试验

(1)原材料：分散树脂、高岭土、钛白、炭黑、电泳乳液等。

(2)仪器设备：砂磨分散机、刮板细度计、斯托默黏度计、电泳仪、电导率仪、pH计、膜厚仪、光泽仪、恒温恒湿箱、盐雾试验机。

(3)试验配方

(4)涂装及性能测试

电泳槽液配方如下：纯水488.9m/g、电泳乳液431.0 m/g、电泳颜料浆m/g。

在烧杯内加入纯水及电泳乳液，搅拌均匀后，边搅拌边加入电泳颜料浆;为避免起泡，于40℃敞口容器中搅拌16-24h，用纯水补足挥发部分，用25μm过滤布过滤后，进行涂装;试板室温放置24h后，检测电泳涂膜的理化性能。根据ASTM B 117-2011进行盐雾试验。

4、结果与讨论

(1)结晶水的影响

电泳涂料用高岭土分为水洗高岭土和锻烧高岭土。水洗高岭土含结晶水，化学分子式为：2SiO2·Al2O3·2H2O;锻烧高岭土因锻烧失去结晶水，化学分子式为：2SiO2·Al2O3。含铅电泳涂料常用水洗高岭土(如ASP-200)。由于铅的优异防腐蚀性，高岭土中结晶水和杂质离子对电泳漆膜耐盐雾性的影响几乎可以忽略不计，但由于环保原因，含铅电泳涂料被禁止使用，现在使用的无铅电泳涂料中，没有防腐蚀性比较突出的颜填料，在选择颜填料时应尽量减少颜填料本身化学结构对电泳涂膜防腐性能的影响，所以很多国际大公司都使用无结晶水的锻烧高岭土。通过试验对比发现：锻烧高岭土在耐盐雾性上要比水洗高岭土好，试验结果见表2。

随着硅烷或锆系薄膜前处理的应用逐渐增多，由于这些前处理化学膜很薄，阻抗很小，为了能够达到比较高的泳透力，要求电泳湿膜阻抗要高，因此电绝缘性好的锻烧高岭土是理想的选择。

(2)高岭土锻烧方式

我国锻烧高岭土所用的原料为硬质煤系高岭土，在合适的锻烧温度(900-950℃)下，将其通过高温锻烧除去高岭土原矿中的杂质碳，同时脱除其晶格结构中的结晶水，增加高岭土的孔隙度。

我国锻烧高岭土生产分为直焰窑和隔焰窑。直焰窑因火焰直接和高岭土接触，火焰温度很高(900-1000℃)，很容易将接触的高岭土烧结，形成不易分散的硬颗粒。实验室小试，量少分散时间短，两者分散时间和效果、过滤性差别很难比较出来，但生产上砂磨浆批量大(5-10t)，分散时间和效果、过滤性差别明显，直焰窑生产的高岭土分散性明显较差，有很难分散的大颗粒，容易堵塞过滤袋。直焰窑和隔焰窑高岭土对电泳颜料浆砂磨分散性的影响见表3。

(3)白度

在民用建筑内外墙涂料中，用高岭土代替部分钛白粉，需要白度指标，如果白度低，替代效果就差。但电泳涂料颜色主要是黑色和灰色，所以没有必要对高岭土的白度要求进行规范，只要高岭土白度批次稳定，就能保证电泳涂料的颜色稳定。

不要求高岭土白度的重要原因是锻烧温度，白度高，相应锻烧温度就高，高岭土容易烧结，硬度高，不易分散，阴极电泳颜料浆分散后也容易沉淀。所以锻烧温度控制在工艺最低温度，白度控制在80%以上即可明显改善锻烧高岭土在电泳涂料中的分散性和过滤性。

(4)pH值

因电泳槽液的pH一般在5.5-6.6，偏酸性，为了使高岭土在槽液中稳定，要求其pH呈中性或偏酸性，这与高岭土固有的酸性pH一致，所以高岭土不用碱性改性剂(如六偏磷酸钠)改性，生产出来的产品也能在所要求的pH范围内。

(5)粒度

高岭土的粒度与其分散性息息相关，粒度越大，海格曼细度值越小，高岭土分散性就越好。粒度与高岭土的生产工艺有关，例如山西某公司采用卧螺分级工艺，很好地解决了大颗粒和残损片层结构的细小颗粒问题，使得高岭土产品有较窄的粒度分布，并充分保持锻烧高岭土片层结构的完整。粒度一般分-2μm粒度通过百分率和-10μm粒度通过百分率，常规采用-2μm粒度通过百分率。要求电泳用锻烧高岭土-2μm粒度通过百分率≥85%。

(6)筛余物

筛余物是颜填料的重要指标，与颜填料的分散性和过滤性密切相关。如果325目筛余物含量高，则表明粗粒多，会严重影响颜料浆的分散时间和效果，磨损砂磨机炮筒，影响过滤速度，进而影响颜料浆的细度和涂膜外观(光滑度、光泽和“L”效果)。某公司曾发生过因高岭土筛余物含量高，导致砂磨细度不佳，堵塞过滤袋，大量更换过滤袋的案例。所以高岭土指标中，筛余物含量很关键，要求325目筛余物含量≤0.005%。

(7)吸油量

高岭土吸油量对电泳颜料浆的黏度、贮存稳定性和涂膜外观(特别是光泽)有影响，对涂膜其他性能几乎无影响。高岭土吸油量大，涂膜光泽低，其技术指标40-95g/100g均可，一般根据分散树脂的相对分子质量和黏度大小进行选择，使颜料浆黏度在一定范围内，保证无沉淀产生。高岭土吸油量对电泳涂膜性能的影响见表4。

(8)电导率

颜填料杂质通常用水溶物的质量分数来表征，由于高岭土水溶物很少，水溶物的质量分数太低，不能止确反映所含杂质，需要用更加灵敏的电导率方法来表征高岭土所含杂质的多少。电导率的高低，代表着高岭土产品中可溶性离子，特别是氯化物含量的多少。高岭土产品的电导率越低，杂质离子越少，对电泳涂膜防腐蚀性的影响越小。表5是几个典型高岭土样品的电导率一览表。