新型成膜助剂乙二醇异辛醚在电泳涂料中的应用

方黎明1，袁纪贤2，顾敏捷1

(1.立邦涂料(中国)有限公司，上海　201021；2.江苏怡达化学股份有限公司，江苏江阴　214441)

0　前　言

电泳涂料是以水分散的离子型聚合物为成膜物基料，在水分散体的状态下，采用电泳法(电沉积法)进行涂装的涂料。

同常规溶剂性涂料和水性涂料一样，电泳涂料中需要添加少量溶剂，除了亲水性溶剂之外，需要添加疏水性溶剂，即成膜助剂。成膜助剂有以下3个作用：(1)电泳涂料烘烤温度比较高(常规140～180 ℃)，大大高于电泳乳液成膜温度，但电泳涂膜树脂成分比较多，很复杂，各树脂之间相容性不一定很好，成膜助剂具有对各种树脂很好的溶解能力，在烘烤过程中，促进和保持各树脂之间很好的相容性，使涂膜固化均匀；(2)沸点高，不容易挥发，烘烤时促进涂膜流平，改善涂膜外观；(3)调节涂膜厚度，根据客户要求，使涂膜厚度稳定维持在指标范围内，保证电泳涂膜质量。

电泳槽液有机溶剂含量一般在0.5%～3.0%，高沸点溶剂(成膜助剂)约占30%～50%，溶剂含量根据电泳品种和客户要求有所不同。如果成膜助剂太少，涂膜流平不好，外观比较粗糙，膜厚薄，影响电泳防腐蚀性能；如果成膜助剂太多，涂装电压低，膜厚太厚，泳透力下降。在长更新周期电泳槽中，添加成膜助剂有助于保持电泳槽液稳定性，减轻或避免树脂的水解。在使用镀锌板材的电泳生产线，如果发生针孔，添加成膜助剂可以消除针孔，提高电泳涂料耐针孔性。

常用的电泳成膜溶剂有乙二醇醚类、丙二醇醚类。乙二醇醚类有乙二醇己醚、乙二醇异辛醚；丙二醇醚类有丙二醇苯醚等。乙二醇己醚、乙二醇异辛醚生产厂商很少，乙二醇异辛醚只有日本乳化剂生产，国内都是从日本进口，价格高，限制了新型电泳成膜助剂的使用和推广；乙二醇己醚由于原材料己醇成本高，价格很难降下来。所以开发性价比好的成膜助剂乙二醇异辛醚尤为重要。

1　 实验部分

1.1　原材料与器材

POWERNICS 150 BLACK电泳槽液，立邦；乙二醇异辛醚，纯度≥98%，江苏怡达化工；乙二醇己醚，纯度≥98%，日本乳化剂；丙二醇苯醚(PPH)，江苏怡达化工；电泳仪，型号AP-EC02，日本高砂制作所；膜厚仪，型号MiniTest 600BFN2，Elektro Physik；光泽仪，型号micro-TRI-gloss，BYK；粗糙度仪，型号SJ-210，Mitutoyo公司；盐雾试验机，型号CZ-160A，众志检测仪器。

1.2　涂装工艺

(1)未加成膜助剂的POWERNICS 150 BLACK电泳槽液在机械搅拌下，40 ℃、16 h进行熟化，25 μm过滤布过滤备用；

(2)在搅拌下，往电泳槽液中缓慢滴加成膜助剂，搅拌2 h后进行制板；

(3)室温放置24 h后，检测电泳涂膜物理性能。

(4)盐雾试验，根据ASTM B117进行，取出水性后，除去铁锈，室温放置2 h，用Scotch胶带拉，测量扩蚀宽度。

2　结果与讨论

2.1　乙二醇异辛醚、乙二醇己醚和丙二醇苯醚的基本参数

乙二醇异辛醚结构式：C4H9CH(C2H5)CH2OCH2CH2OH，有醚键和伯羟基；乙二醇己醚结构式：

C6H13OCH2CH2OH，有醚键和伯羟基；丙二醇苯醚结构式：C6H5OCH2CH(CH3)OH，有醚键和仲羟基；乙二醇异辛醚(2EHG)、乙二醇己醚(HC)和丙二醇苯醚(PPH)基本参数见表1。

2.2　乙二醇异辛醚、乙二醇己醚和丙二醇苯醚的效果比较

表2、表3、表4和表5分别是槽液添加成膜助剂0、0.5%、1.0%和1.5%后，制板，涂膜的检测结果。

2.3　各种电泳成膜助剂的优缺点

2.3.1　十二碳醇酯(Texanol)

十二碳醇酯化学名称为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯，有酯基和仲羟基。虽然十二碳醇酯(Texanol)在乳胶漆中是常规的成膜助剂，价格低，对苯丙或纯丙或醋酸乙烯-丙烯酸体系乳液常温成膜性好，但由于化学结构中只有酯键和仲羟基，在高温下(140～180 ℃)溶解胺改性环氧树脂能力差，流平性不好，在电泳涂料中，已经几乎不用了。

2.3.2　丙二醇苯醚(PPH)

丙二醇苯醚由于价格比较便宜，高温流平性好，现在国内用得比较多，但丙二醇苯醚凝固点11 ℃，在冬季需要预先融化处理，增加了生产操作上的困难，其次丙二醇苯醚(PPH)中含有微量的苯酚，具有毒性，所以可以用作杀菌剂、防腐消毒剂，在电泳涂料的废水处理过程中对细菌产生抑制或杀死作用，导致废水处理不合格，存在环保隐患，所以在2000年左右，日本基本停止使用了丙二醇苯醚的使用。

2.3.3　乙二醇己醚

乙二醇己醚高温流平性好，但由于原材料己醇生产厂家少价格高，乙二醇己醚价格高、波动小，使用受到一定限制。

2.3.4　乙二醇异辛醚

乙二醇异辛醚是无色透明液体，微有气味，水溶性小，沸点高，高温流平性好，作为电泳涂料的成膜助剂，确保烘烤时溶解各电泳树脂成分，均匀混合和固化，从而获得外观和性能优异的电泳涂膜。

从表2～表5可以看出，乙二醇异辛醚(2EHG)、乙二醇己醚(HC)与丙二醇苯醚(PPH)应用在电泳涂料中：这3种溶剂高温流平性都很好，电泳涂膜外观都很好，但使用2EHG的涂膜更平整，PPH的涂膜表面有点发雾。在相同添加量和相同电压条件下，2EHG增加膜厚效果最好，对槽液加入量0.1%时，2EHG膜厚增加约2～3 μm；HC膜厚增加稍低，约2～2.5 μm；PPH膜厚增加约1.5～2.0 μm。由此可见，在提高相同膜厚情况下，2EHG使用量最少，比PPH要少30%～50%，虽然2EHG价格稍贵点，但电泳涂料总体成本不会上升。

2EHG沸点229 ℃，与新政策要求沸点260 ℃还有一定距离，但配方中溶剂含量减少了，相应VOC就减少了；2EHG对废水处理的细菌无抑制作用，从而避免污水处理环保隐患。

2.4　乙二醇异辛醚对盐雾试验的影响

2EHG沸点高，如果残留在涂膜中，会影响电泳涂膜的耐腐蚀性。从表6可以得出结论：2EHG在电泳涂料烘烤过程中，前期起到溶解树脂流平作用，中后期完全挥发掉，不残留在涂膜中，所以对电泳涂膜耐腐蚀性不产生影响。

2.5　乙二醇异辛醚使用方法及注意事项

2EHG加入电泳涂料中有多种加入方式：第一种，直接在树脂合成时作为溶剂加入，代替部分其他溶剂，例如MIBK或乙二醇丁醚；第二种，电泳树脂乳化之后，在搅拌情况下，慢慢加入，加入速度不能太快，不然会引起乳液局部絮凝；第三种，在槽液中直接慢慢加入，要求搅拌或循环要好，加入的2EHG马上混入槽液，特别是在生产线上，一次补加量相对比较多，加入的2EHG不能浮在液面上，加料配管出口最好在泵吸入配管上，负压吸入，经过循环泵及时和槽液混合均匀。

3　结　语

在电泳涂料中，2EHG的添加量少，不影响污水处理，成膜性好，性价比高，所以在日本和韩国，2EHG已经替代PPH，在国内的日韩系涂料生产企业也基本都采用2EHG。

由于乙二醇异辛醚具有很好的成膜性和烘烤流平性，在水性金属涂料中作为成膜助剂，国外和国内外资大涂料公司已经成熟使用多年，中国涂料水性化是必然之路，借鉴国外公司技术和经验，乙二醇异辛醚有很大发展空间。

乙二醇异辛醚的副产物二乙二醇异辛醚(2EHDG)也是较好的成膜助剂，其沸点272 ℃，高于VOC要求沸点260 ℃，所以可以有效降低涂料的VOC值，在水性建筑涂料、水性金属涂料、高档油墨

中均可以添加使用。

乙二醇异辛醚在国内仅江苏怡达化学股份有限公司生产，国外仅日本乳化剂株式会社和美国伊士曼公司(乙二醇异辛醚和二乙二醇异辛醚混合品)生产，国内年需求量2 500 t左右，在减少VOC、注重环保的国际趋势下，2EHG在电泳涂料行业具有广阔的应用前景。