現(xiàn)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)銷(xiāo)售鋁陽(yáng)極電泳涂料的有二十幾家公司，在推銷(xiāo)時(shí)，每家公司都會(huì)介紹自己產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，使鋁型材廠家往往感到無(wú)所適從。在修訂YS/T728.2008時(shí)，我們將從原理上，對(duì)鋁陽(yáng)極電泳涂料進(jìn)行分級(jí)，有高到低分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)，以使鋁型材廠家能夠在購(gòu)買(mǎi)涂料時(shí)，就知道自己所付出的價(jià)格購(gòu)買(mǎi)的是哪一級(jí)涂料。

分級(jí)圖表如下所示，筆者從原理上對(duì)此圖表進(jìn)行解釋?zhuān)?/p>

1、耐候性：耐候性的好壞將直接判斷涂料工藝配方的優(yōu)劣。

① 按照我們一般的常識(shí)，在丙烯酸單體合成時(shí)，分子量越大越均勻，最終形成的漆膜的各項(xiàng)性能就越好。這主要是由于分子間的化學(xué)鍵能不同，化學(xué)鍵能是指1.01×105Pa和25℃下，將1mol理想氣體分子AB拆開(kāi)為中性氣體原子A和B所需要的能量，鍵能越大化學(xué)鍵越牢固，含有該鍵的分子越穩(wěn)定。我們看一下下面幾個(gè)化學(xué)鍵的鍵能：

我們知道單純的丙烯酸單體化學(xué)分子成為，在與其他丙烯酸單體如丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯等聚合后，聚合長(zhǎng)鏈中的化學(xué)鍵無(wú)外乎C=C，C-C，C=O，C-H，在接入胺基后，水溶電泳反應(yīng)時(shí)有胺的電沉積反應(yīng)。但是，脫胺也只是脫離一小部分，大部分的胺是要參加最后固化時(shí)的交鏈反應(yīng)的，因此在漆膜中是存在C-N或N-N鍵的，這種鍵越多，在紫外光的轟擊下，斷鏈就會(huì)越快。涂膜粉化失光就越嚴(yán)重，涂膜的耐候性就會(huì)越差。因此涂膜的耐候性是檢驗(yàn)電泳涂料配方先進(jìn)與否的最簡(jiǎn)單直接的辦法（當(dāng)然，分子量太高時(shí)會(huì)導(dǎo)致涂料乳化功能不強(qiáng)，泳透力降低）。

② 那么，我們?nèi)绻苯訖z測(cè)涂料的分子量是否更快捷呢，也不一定。下面，我們來(lái)看一下高分子化合物分子量的檢測(cè)方法。

我們知道，高聚物分子量大（103～107），但具有分散性（不均一性）分布寬窄由合成反應(yīng)機(jī)理決定，分子量是一個(gè)統(tǒng)計(jì)平均值，因此，我們常用四種統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算其平均分子量。

A：數(shù)均分子量：（數(shù)量為統(tǒng)計(jì)權(quán)重）

B：重均分子量： （重量W為統(tǒng)計(jì)權(quán)重）

C：粘均分子量：（稀溶液粘度法）

α—指Mark-Huink方程式中的α，描述粘度與分子量的關(guān)系式中[η]=kM2

D：Z均分子量： （Z值為統(tǒng)計(jì)權(quán)重）（Z≡MiWi）

我們往往用重均分子量來(lái)表示電泳涂料的分子量，測(cè)量的方法列表如下：

以上方法中各有其針對(duì)性，能適用于分子量在103～107的檢測(cè)方法，當(dāng)首推凝膠滲透色譜法。

我們首先要知道電泳涂料的分子量為分散性的，所以分子量大小的排序應(yīng)該是

凝膠滲透色譜法（GPC法）因要用已知的M的試樣先作出普通矯正曲線，所以為相對(duì)法，其原理是將電泳涂料配成稀溶液，引入到裝有多孔性填料的色譜柱中，用溶解聚合物的溶劑淋洗，按照高分子在溶液中尺寸大小不同，由大到小依次被淋洗出來(lái)，通過(guò)對(duì)淋洗液濃度、體積檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理，可以得出分子量的分布和各種平均分子量。色譜柱中的多孔性填料的空洞大小有一個(gè)分布，高分子可能通過(guò)色譜柱中的總體積為

（ 為凝膠粒間體積， 為凝膠中孔洞體積）

對(duì)于尺寸大于某一數(shù)值的高分子，可通過(guò)的體積只有 ，最先淋洗出來(lái)，而對(duì)于尺寸小于某一定值的高分子，可通過(guò)的體積為 ，最后被淋洗出來(lái)。尺寸居于中間的，依高分子尺寸不同，可通過(guò)色譜柱中體積大小不同，用 表示（ 為分配系數(shù)），尺寸越大， 越小，先被淋洗出來(lái)；尺寸越小， 越大后被淋洗出來(lái)，高分子按照尺寸由大到小依次被淋洗出來(lái)達(dá)到分級(jí)目的。

即便對(duì)于分子量均一的聚合物試樣，經(jīng)GPC儀淋洗級(jí)得到的也不是矩形GPC譜圖，而是一定寬度的峰形GPC譜圖，這些色譜柱固有的加寬效應(yīng)。為下圖所示：

同一標(biāo)樣不同濃度的溶液多次作GPC試驗(yàn)，觀察峰位，以保證重現(xiàn)性良好，同時(shí)還要注意色譜柱的分離效率（也就是說(shuō)分子篩效應(yīng)的好壞與填料合成技術(shù)和凝膠的制備有很大關(guān)系，一定要注意），近期的一些最新進(jìn)展是通過(guò)與其他儀器聯(lián)用解決凝膠色譜法測(cè)定高聚物分子量分布從相對(duì)法向絕對(duì)法過(guò)度，最近Owano用激光小角光散射儀來(lái)作分子量檢測(cè)器，得到比較好的結(jié)果，其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不需要標(biāo)定曲線，也不必進(jìn)行峰加寬修正，這樣，在一次實(shí)驗(yàn)完畢后，通過(guò)與計(jì)算機(jī)直接連接進(jìn)行數(shù)據(jù)處理所需要的數(shù)據(jù)即可全部立即取得，最終將獲得如下幾類(lèi)曲線：

我們最希望見(jiàn)到的是第三條曲線。

我們看到，凝膠滲透色譜法雖然速度快，但需大量?jī)x器以及經(jīng)過(guò)嚴(yán)格培訓(xùn)的人員。

③ 數(shù)據(jù)來(lái)源依據(jù)：很多廠家對(duì)于把一級(jí)電泳涂料的耐候性定在5000小時(shí)表示懷疑，認(rèn)為沒(méi)有電泳涂料可以做到那么好的耐候性。我們選用了一個(gè)在日本市場(chǎng)占有率最高，在中國(guó)市場(chǎng)占有率也不算低的日本品牌的電泳涂料，嚴(yán)格施工，并對(duì)涂膜進(jìn)行了檢測(cè)，數(shù)據(jù)如下：

氙燈測(cè)試結(jié)果 （黑色型材）  

那么，我們有沒(méi)有其他方法，能做出加速的耐候性檢測(cè)嗎？回答是肯定的。比如日本人用碳弧燈檢測(cè)能縮短時(shí)間25%，還有其他方法，見(jiàn)下表：

促進(jìn)耐候性～試驗(yàn)方法

由上表可見(jiàn)，最快速的檢查方法是金屬鹵化物燈，此種方法在汽車(chē)業(yè)使用廣泛，目前我國(guó)的鋁材廠只有堅(jiān)美有此設(shè)備。

當(dāng)然，我們也嘗試過(guò)用QUV直接檢測(cè)，不同涂料的反應(yīng)也很明顯，如下表：

這里還要講一個(gè)問(wèn)題，為什么我們耐候性檢測(cè)要用氙燈為標(biāo)準(zhǔn)呢？主要原因是氙燈的能譜分布與太陽(yáng)光最接近，只是同一波長(zhǎng)下的能量輻射更高。但是，如我們前面所論述的，我們檢測(cè)耐候性只是要知道在輻照下，化學(xué)鍵斷裂需要多少時(shí)間，因此，輻照通量很重要，相對(duì)地能譜是否吻合在某種條件下，則變得不那么重要。金屬鹵化物的能譜主要集中在短波段，因此，輻照通量自然高，所以其檢測(cè)結(jié)果也應(yīng)該被參考。

2、加速耐堿性

這是日本輕金屬協(xié)會(huì)提出的一種方法，原本用于檢測(cè)氧化膜的封孔程度，但筆者認(rèn)為，用于檢測(cè)電泳涂膜的耐堿性似乎更好，我們以前進(jìn)行GB5237修訂時(shí)，對(duì)耐堿性進(jìn)行兩批試驗(yàn)，第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)好像顯示漆膜耐候性只要能通過(guò)16小時(shí)，則可通過(guò)100小時(shí)，100小時(shí)后耐堿性就都不是很好。第二次實(shí)驗(yàn)則耐堿性都通過(guò)4000小時(shí)無(wú)恙，因兩次實(shí)驗(yàn)都是單獨(dú)廠家對(duì)單獨(dú)試版檢測(cè)，沒(méi)有對(duì)比，不好評(píng)價(jià)，但筆者都通過(guò)加大堿濃度得出的結(jié)果是：不同的電泳漆的耐堿性是完全不同的，見(jiàn)下表：

AED漆膜耐堿性對(duì)比試驗(yàn)

因?yàn)樾枰诜礁駜?nèi)數(shù)出腐蝕面積，所以難免產(chǎn)生偏差。而如果使用中國(guó)有色院研制的腐蝕電位儀，一旦通電我們即認(rèn)為產(chǎn)生腐蝕，試驗(yàn)結(jié)束，快速而準(zhǔn)確，也符合自然條件下得腐蝕。因?yàn)樽匀粭l件下，腐蝕一旦發(fā)生便會(huì)迅速進(jìn)行，不像試驗(yàn)試驗(yàn)條件下，單位體積內(nèi)的NaOH是有限的，腐蝕電位儀基本線路圖如下：

按照此圖，如果電壓出現(xiàn)1mv，即認(rèn)為腐蝕發(fā)生，即回路已通。雖然試驗(yàn)未做，但此方法用在單使用H3PO4進(jìn)行封孔檢測(cè)上，使用效果良好，我們也在期盼好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3、加熱減量

在第一點(diǎn)中我們已經(jīng)論述過(guò)，涂料分子量越大，形成漆膜的性能越好，我們希望在接鏈過(guò)程中把分子鏈接的越長(zhǎng)越好，不要斷鏈，也就是說(shuō)，不要出現(xiàn)分子量在幾十到幾百的小分子。這些小分子的特性是在100℃時(shí)可能還不易揮發(fā)，但隨著溫度繼續(xù)上升和時(shí)間的延長(zhǎng)，他們不會(huì)參與交聯(lián)反應(yīng)而提前揮發(fā)出來(lái)，所以我們?cè)陔娪拘筒膹墓袒癄t中吊出時(shí)會(huì)看到大量煙霧，主要就是這些小分子燃燒所致，這種煙霧附著在正在滴干的電泳型材上會(huì)形成霧斑，附著在爐內(nèi)壁會(huì)形成薄膜一樣的東西，以后風(fēng)一吹會(huì)形成片狀雜物，由于自身的燃燒，還間接耗費(fèi)了能源。因此，汽車(chē)電泳行業(yè)提出了零加熱減量的目標(biāo)。

小分子的形成主要是合成工藝不精確造成的。那么，我們?yōu)槭裁窗褦?shù)據(jù)定在6%呢，這是因?yàn)楣I(yè)產(chǎn)品的成材率分布圖，如下：

我們希望分子量的分布在我們?cè)O(shè)計(jì)分子量的3σ范圍內(nèi)（工業(yè)產(chǎn)品的公認(rèn)），即93.3%的區(qū)間，起點(diǎn)部分為6%，那么因?yàn)樽笥覍?duì)稱(chēng)的關(guān)系，我們希望小分子不超過(guò)3%，因?yàn)榭赡艹霈F(xiàn)的失誤，我們?cè)试S第二級(jí)到4%，按陰極電泳涂料標(biāo)準(zhǔn)，加熱減量不得超過(guò)6%，所以我們第三級(jí)設(shè)定了6%的數(shù)值，第四級(jí)的12%數(shù)據(jù)屬于無(wú)奈，因?yàn)槲覀冊(cè)谑袌?chǎng)上發(fā)現(xiàn)了很多加熱減量超過(guò)10%的涂料，將他們列為第四級(jí)，允許他們的存在，既是鼓勵(lì)，也是鞭策，促使他們提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加社會(huì)責(zé)任感。在這里附帶說(shuō)一句，著名的6σ管理中的6σ所提的要求是：所有產(chǎn)品的次品率不能超過(guò)百萬(wàn)分之3.4，也就是說(shuō)成材率達(dá)到99.99966%。這是電子產(chǎn)品和醫(yī)藥產(chǎn)品所要求達(dá)到的目標(biāo)，對(duì)于高分子化工則很難，我們無(wú)法保證高分子合成時(shí)分子量能分布在如此之窄的范圍內(nèi)。

4、聯(lián)合耐蝕性

本文介紹了正在修訂的鋁陽(yáng)極電泳涂料標(biāo)準(zhǔn)中，為電泳涂料分級(jí)進(jìn)行的準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)和分級(jí)原理，許多數(shù)據(jù)是第一次公開(kāi)發(fā)表。日本的JISH8602.2010和ISO28340都列入了聯(lián)合耐蝕性檢測(cè)方法，筆者認(rèn)為，這也是有道理的，因?yàn)樵谧匀唤缰胁豢赡軉为?dú)存在耐蝕或單獨(dú)存在耐侯，我們做聯(lián)合耐蝕性檢測(cè)就是在313nmQUV射線照射240h后，進(jìn)行耐蝕性的CASS實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，ISO28340和JISH8602.2010中A1和A2標(biāo)準(zhǔn)級(jí)是要通過(guò)CASS120h，B級(jí)是要通過(guò)CASS72h，那么能否通過(guò)240hCASS呢？筆者將自己的對(duì)不同電泳漆制成的試板檢測(cè)結(jié)果與大家分享一下，見(jiàn)下表：

CASS試驗(yàn)時(shí)間(hr)

有此可見(jiàn)，好的電泳涂料，甚至可以說(shuō)很多電泳涂料的涂膜，在經(jīng)過(guò)240hQUV照射后，能通過(guò)280h以上的CASS試驗(yàn)。

以上，筆者向大家匯報(bào)了鋁陽(yáng)極電泳涂料標(biāo)準(zhǔn)中涂料分級(jí)的工作進(jìn)展，希望得到大家的支持，此篇文章的脫稿得到中國(guó)有色院質(zhì)檢中心，中國(guó)輕標(biāo)委，日本輕金屬協(xié)會(huì)，日本關(guān)西涂料，日本關(guān)西涂料重慶公司，日本立邦涂料等大力協(xié)助，其中中國(guó)涂料協(xié)會(huì)也給出很多意見(jiàn)，在此一并表示感謝。