Dépôt électrophorétique

Profondément, des morceaux en céramique complexes ont été faits dans plusieurs laboratoires de recherche. En outre EPD a été employé pour produire des microstructures adaptées aux besoins du client, telles que des gradients fonctionnels et des stratifiés, par la commande de suspension pendant le traitement de http://www.

L'histoire de la peinture électrophorétique

Cependant, il était vraiment quand Dr. Brewer et l'équipe de compagnie de Ford Motor a commencé à travailler à développer le processus pour l'enduit d'automobiles vers la fin des années 50 qu'EPD moderne comme nous le savons aujourd'hui a été développé. Le premier système des véhicules à moteur anodique commercial a commencé des opérations en 1963.

Le premier brevet pour un produit cathodique d'EPD a été publié en 1965 et assigné à BASF AG. était le premier pour présenter EPD commercialement cathodique en 1970. La première utilisation cathodique d'EPD dans l'industrie automotrice avait lieu en 1975. Aujourd'hui, environ 70% du volume d'EPD en service dans le monde est aujourd'hui le type cathodique d'EPD, en grande partie dû à l'à trafic intense de la technologie dans l'industrie automotrice.

Il y a des milliers de brevets qui ont été publiés concernant de diverses compositions en EPD, processus d'EPD, et articles enduits d'EPD. Bien que des brevets aient été publiés par de divers offices des brevets de gouvernement, pratiquement tous les développements significatifs peuvent être suivis de passer en revue les brevets publiés par le bureau de brevet et de marque déposée des États-Unis chez www.

Processus de la peinture électrophorétique

l'objet à être les besoins enduits d'être préparés pour l'enduit. Ceci normalement se compose d'un certain genre de processus de nettoyage et peut inclure l'application d'une passivation, typiquement un enduit de phosphate inorganique.

Pendant le processus d'EPD lui-même, le courant continu est appliqué à une solution des polymères avec les groupes ionisables ou à une suspension colloïdale du des polymères avec les groupes ionisables qui peuvent également incorporer les matériaux pleins tels colorants d'un et remplisseurs. Les groupes ionisables ont incorporé au polymère sont constitués par la réaction d'un acide et d'une base pour former un sel . La charge particulière, positif ou négatif, qui est donnée au polymère dépend de la nature chimique du groupe ionisable. Si les groupes ionisables sur le polymère sont des acides, le polymère portera une charge négative quand salé avec une base. Si les groupes ionisables sur le polymère sont des bases, le polymère portera une charge positive quand salé avec de l'acide.

Il y a deux types de processus d'EPD, anodique et cathodique. Dans le processus anodique, négativement - le matériel chargé est déposé sur franchement - électrode chargée, ou l'anode . Dans le processus cathodique, franchement - le matériel chargé est déposé sur négativement - électrode chargée, ou la cathode .

Quand un champ électrique est appliqué, toutes les espèces chargées émigrent par le processus de l'électrophorèse vers l'électrode avec la charge opposée. Il y a plusieurs mécanismes par lesquels le matériel peut être déposé sur l'électrode : Destruction de charge de

et la diminution résultante de la solubilité.

Le processus électrochimique primaire qui se produit pendant le dépot électrolytique aqueux est l'électrolyse de l'eau. Ceci peut être montré par deux demi de réactions suivantes ce qui se produisent aux deux électrodes :

Anode : Cathode :

2H2O ---> O2 (gaz) + 4H (+) + 4e (-) 4H2O + 4e (-) ---> 4OH (-) + 2H2 (gaz)

Dans le dépôt anodique, le matériel depositied aura des sels d'un acide comme groupe de roulement de charge. Ceux-ci négativement - les anions chargés réagissent avec franchement - ions d'hydrogène chargés (protons) qui sont produits à l'anode par l'électrolyse de l'eau pour reformer l'acide original. L'acide entièrement protonated ne porte aucune charge (destruction de charge) et est moins soluble dans l'eau, et peut précipiter hors de l'eau sur l'anode.

La situation analogue se produit dans le dépôt cathodique sauf que le matériel étant déposé aura des sels d'une base comme groupe de roulement de charge. Si le sel de la base a été constitué par le protonation de la base, la base protonated réagira avec les ions d'hydroxyle constitué par électrolyse de l'eau pour rapporter la base chargée neutre (charger encore la destruction) et l'eau. Le polymère uncharged est moins soluble dans l'eau qu'il était quand a été chargé, et la précipitation sur la cathode se produit.

Les sels d'Onium, qui ont été employés dans le processus cathodique, ne sont pas les bases protonated et ne déposent pas par le mécanisme de la destruction de charge. Ceux-ci type de matériaux peuvent être déposés sur la cathode par coagulation et salage de concentration. Pendant que les particules colloïdales atteignent l'objet plein à enduire, elles deviennent serrées ensemble, et l'eau dans les interstices est expulsée. Comme les différentes micelles sont serrées, l'effondrement pour former des micelles de plus en plus plus grandes. Stabilty colloïdal est inversement proportionnel à la taille de la micelle, pour les micelles obtient plus grand, elles devient de moins en moins écurie jusqu'à elles preciptate de solution sur l'objet à enduire. Pendant que de plus en plus des groupes chargés sont concentrés dans un plus petit volume, ceci augmente la concentration ionique du milieu, qui aide également à précipiter les matériaux hors de la solution. Tous les deux processus se produisent simultanément et tous les deux contribuent au dépôt du matériel.

Facteurs affectant la peinture électrophorétique

Ceci a quelques effets significatifs sur le processus d'enduit. Le plus évident est dans l'aspect du film déposé avant le procédé de boulangerie. Les résultats de processus cathodiques en considérablement plus de gaz étant emprisonné dans le film que le processus anodique. Puisque le gaz a une résistance électrique plus élevé que le film déposant ou le bain lui-même, la quantité de gaz a un effet significatif sur le courant à une tension appliquée indiquée . C'est pourquoi les processus cathodiques peuvent souvent être utilisé à des tensions sensiblement plus élevées que les processus anodiques correspondants.

L'enduit déposé a une résistance sensiblement plus élevée que l'objet qui est enduit. À mesure que les précipités déposés de film, la résistance augmente. L'augmentation de la résistance est proportionnelle à l'épaisseur du film déposé, et ainsi, à une tension donnée, le courant électrique diminue pendant que le film obtient plus profondément jusqu'à ce qu'il atteigne finalement un point où le dépôt a ralenti ou occurrence arrêtée (individu limitant). Ainsi la tension appliquée est la commande primaire pour la quantité de film appliquée.

La capacité pour l'EPD enduisant pour enduire des cavités intérieures d'une pièce s'appelle le " ; throwpower" ;. Dans beaucoup d'applications, il est souhaitable à employer des matériaux d'enduit avec un throwpower élevé. Le throwpower d'un enduit dépend d'un certain nombre de variables, mais généralement on peut affirmer que plus la tension d'enduit est haute, plus un enduit donné " loin ; throw" ; dans des cavités. Les peintures électrophorétiques de throwpower élevé emploient typiquement des tensions d'application au-dessus de 300 volts de C.

La température d'enduit est également une variable importante affectant le processus d'EPD. La température d'enduit a un effet sur la conductivité de bain et la conductivité déposée de film, qui augmente à mesure que la température augmente. La température a également un effet sur la viscosité du film déposé, qui affecte alternativement la capacité du film déposé de libérer les bulles de gaz étant formées.

La température de coalescence du procédé de protection est également une variable importante pour le concepteur d'enduit. Elle peut être déterminée en traçant la construction de film d'un système donné contre la température d'enduit gardant la constante de profil d'application de temps et de tension d'enduit. Aux températures au-dessous de la température de coalescence, le comportement de croissance de film et le comportement de rupture est très différent de la pratique habituelle en raison du dépôt poreux.

Le temps d'enduit est également une variable importante en déterminant l'épaisseur de film, la qualité du film déposé, et le throwpower. Selon le type d'objet être des périodes enduites et enduisantes de plusieurs secondes jusqu'à plusieurs minutes peut être approprié.

La tension maximum qui peut être utilisée dépend du type du procédé de protection et d'un certain nombre d'autres facteurs. Comme déjà indiqué, l'épaisseur de film et le throwpower dépendent de la tension d'application. Cependant, à excessivement - les tensions élevées, un phénomène ont appelé le " ; rupture" ; peut se produire. La tension où ce phénomène se produit s'appelle le " ; voltage" de rupture ;. Le résultat de la rupture est un film qui est habituellement très épais et poreux. Normalement ce n'est pas un film acceptable de manière ésthétique ou fonctionellement. Les causes et les mécanismes pour se rompre ne sont pas complètement compris, toutefois ce qui suit est connu :

1. Objet exposé anodique disponible dans le commerce de chimies d'enduit d'EPD typiquement se rompant à les tensions inférieur de manière significative leurs contre-parties cathodiques disponibles dans le commerce. Pour une chimie donnée d'EPD, plus la conductivité de bain est haute, plus la rupture est inférieure tension. Pour une chimie donnée d'EPD, les tensions de rupture diminuent normalement comme température est augmenté (pour les conditions qui au-dessus de la température de coalescence). Additions à une composition pour bains donnée des dissolvants organiques et des plastifiants qui réduisent la viscosité de film déposé produira souvent des épaisseurs de film plus élevées à l'donné la tension, mais réduira généralement également le throwpower et la tension de rupture. Le type et la préparation du sous-état (matière employée pour faire l'objet étant enduit) peut également avoir un effet significatif sur rompre le phénomène.

Types de chimies d'EPD pour la peinture électrophorétique

Il y a deux catégories importantes des chimies d'EPD : anodique et cathodique. Tous les deux continuent à être employés commercialement, bien que le processus anodique ait été en service industriellement pendant une plus longue période et soit ainsi considéré le plus vieux des deux processus. Il y a des avantages et des inconvénients pour les deux types de processus, et les différents experts peuvent avoir différentes perspectives sur une partie du pour - et - des escroqueries de chacun.

Les avantages de commandant qui sont normalement espionnés pour le processus anodique sont :

1. Plus à prix réduit comparés au processus cathodique. Des conditions plus simples et moins complexes de commande. Peu de problèmes avec l'inhibition du traitement des couches topcoating suivantes. Moins de sensibilité aux variations de la qualité de substrat. Le substrat pas sous réserve des conditions fortement alkalines, qui peuvent se dissoudre phosphate et d'autres passivations. Certains métaux, tels que le zinc, peuvent devenir imbrittled du gaz d'hydrogène qui est évolué à la cathode. Le processus anodique évite cet effet puisque l'oxygène est produit à l'anode.

Les avantages de commandant qui sont normalement espionnés pour les processus cathodiques sont :

1. Des niveaux plus élevés de la protection de corrosion sont possibles. (Tandis que beaucoup de personnes croient ce les technologies cathodiques ont des possibilités plus élevées de protection de la corrosion , autre les experts arguent du fait que ceci a probablement plus à faire avec du polymère d'enduit et réticulant la chimie plutôt que sur quelle électrode le film est déposé. Un throwpower plus élevé peut être conçu dans le produit. (Tandis que ceci peut être vrai avec les technologies actuellement disponibles dans le commerce aujourd'hui, systèmes anodiques de throwpower élevé sont connus et ont été employés commercialement dans le passé. L'oxydation se produit seulement à l'anode, et à problèmes de ce fait de souillure et autres qui peuvent le résultat de l'oxydation du substrat d'électrode lui-même est évité dans le cathodique processus.

Une différence significative et vraie qui n'est pas souvent mentionnée est le fait que les technologies de réticulation catalysées acides sont plus appropriées au processus anodique. De tels éditeurs absolus sont employés couramment dans tous les types d'applications d'enduit. Ceux-ci incluent de tels éditeurs absolus populaires et relativement peu coûteux tels que la mélamine - le formaldéhyde , le phénol de de - formaldéhyde, urée-formol , et acrylamide - éditeurs absolus de de formaldéhyde.

le type éditeurs absolus de Mélamine-formaldéhyde sont en particulier employé couramment dans des electrocoatings anodiques. Ces types éditeurs absolus sont relativement peu coûteux et fournissent un éventail de caractéristiques de traitement et de fonctionnement qui permettent au concepteur d'enduit de travailler le produit à l'utilisation finale désirée. Les enduits formulés avec ce type d'éditeur absolu peuvent avoir la résistance acceptable de lumière UV. Bon nombre d'entre eux sont des matériaux de viscosité relativement basse et peuvent agir en tant que plastifiant réactif, remplaçant une partie du dissolvant organique qui autrement pourrait être nécessaire. La quantité de formaldéhyde libre, comme le formaldéhyde qui peut être libéré pendant le procédé de boulangerie est concernée pendant que ceux-ci sont considérés les polluants d'air dangereux.

Le film déposé dans les systèmes cathodiques est tout à fait alkalin, et les technologies de réticulation catalysées acides n'ont pas été preferred dans les produits cathodiques généralement bien qu'il y ait eu quelques exceptions. Le type le plus commun de réticuler la chimie en service aujourd'hui avec les produits cathodiques sont basés sur des chimies d'uréthane et d'urée.

Le polyuréthane aromatique et le type éditeur absolu d'urée est l'une des raisons significatives pour lesquelles beaucoup d'electrocoats cathodiques montrent des niveaux élevés de la protection contre la corrosion. Naturellement ce n'est pas la seule raison, mais si les comapares un electrocoating des compositions avec les éditeurs absolus aromatiques d'uréthane aux systèmes anologous contenant les éditeurs absolus aliphatiques d'uréthane, compatible systèmes aux éditeurs absolus aromatiques d'uréthane exécutent sensiblement meilleur. Cependant, les enduits contenant les éditeurs absolus aromatiques d'uréthane généralement ne se comportent pas bien en termes de résistance de lumière UV. Si l'enduit en résultant contient les réticulations aromatiques d'urée, la résistance UV sera considérablement plus mauvaise que si seulement les réticulations d'uréthane peuvent se produire. Un inconvénient des uréthanes aromatiques est qu'elles peuvent également causer le jaunissement de l'enduit lui-même aussi bien que la cause jaunissant dans des couches suivantes de manteau. Une réaction secondaire peu désirée significative qui se produit pendant le procédé de boulangerie produit des polyamines aromatiques. Des éditeurs absolus d'uréthane basés sur le diisocyanate (TDI) de toluène de peuvent être prévus pour produire la diamine de toluène comme réaction secondaire, tandis que ceux basés sur le diisocyanate diphénylique de méthylène de produisent le diaminodiphenylmethane et les polyamines aromatiques évolués. Les polyamines aromatiques peu désirés peuvent empêcher le traitement des couches catalysées par acide suivant de manteau, et peuvent causer le décollement des couches suivantes de manteau après exposition à la lumière du soleil. Bien que l'industrie n'ait jamais reconnu ce problème, plusieurs de ces polyamines aromatiques peu désirés sont connus ou les carcinogènes suspectés.

Sans compter que les deux catégories principales d'anodique et de cathodique, des produits d'EPD peuvent également être décrits par la chimie basse de polymère qui est utilisée. Les deux le polymère que le plus populaire dactylographie dedans l'utilisation commerciale sont actuellement l'époxyde et les types d'acrylique. La description et les avantages généralement espionnés sont comme suit :

1. époxyde : Bien qu'aliphatique des matériaux époxydes ont été employés, la majorité de Des types époxydes d'EPD sont basés sur les polymères époxydes aromatiques, le plus généralement basés dessus polymérisation des éthers diglycidal du phénol A. L'épine dorsale de polymère peut être modifié avec d'autres types de chimies pour réaliser l'exécution désirée caractéristiques. Généralement, ce type de chimie est employé dans des applications d'amorce là où l'enduit recevra un manteau, en particulier si l'objet enduit a besoin pour résister à la lumière du soleil. Cette chimie généralement n'a pas la bonne résistance à Lumière UV. Cependant, cette chimie est employée souvent où résistance à la corrosion élevée est exigé. acrylique : Ces polymères sont basés sur contenir lancé de polymères de radical libre monomères basés sur l'acide acrylique et l'acide méthacrylique et leurs beaucoup d'esters ce qui sont disponibles. De tels polymères incluent souvent également le styrène comme monomère. Généralement, ce type de chimie est utilisé quand la résistance UV est souhaitable. Ceux-ci les polymères ont également l'avantage de permettre un palais plus large de couleur puisque le polymère est jaunissement moins enclin une fois comparé aux époxydes.

Dépôt électrophorétique non aqueux

Dans certaines applications, telles que le dépôt des matériaux en céramique, des tensions au-dessus de 3-4V ne peuvent pas être appliquées dans EPD aqueux s'il est nécessaire d'éviter l'électrolyse de l'eau. Cependant, des tensions plus élevées d'application peuvent être souhaitables afin de réaliser des épaisseurs d'enduit plus élevées ou augmenter le taux de dépôt. Dans de telles applications, des dissolvants organiques sont employés au lieu de l'eau comme milieu liquide. Les dissolvants organiques utilisés sont généralement les dissolvants polaires tels que des alcools et des cétones. L'éthanol , l'acétone , et la cétone éthylique méthylique sont des exemples des dissolvants qui ont été rapportés en tant que candidats appropriés pour l'usage dans le dépôt électrophorétique.

Voir également