Механизм очистки в водных растворах перед порошковой окраской

Очистка металлической поверхности, загрязненной неэмульгированными жирами, маслами, пигментами, пылью и опилками, начинается с того, что ПАВ диффундируют из водного раствора в граничный слой масло -вода. Как только достигается напряжение, достаточное для реакции обмена, масло стягивается в капельки и скатывается с поверхности, захватывая при этом другие растворенные и диспергированные в нем вещества. После такой грубой очистки на поверхности еще остаются масла и другие загрязнения, но уже в очень незначительном количестве.

На втором этапе процесса очистки остающийся тонкий слой масла удаляется под воздействием ПАВ в результате процесса вытеснения. Параллельно с этим происходит окончательное диспергирование пигментов, которые затем смываются с поверхности. Поскольку все эти процессы являются адсорбционно-десорбционными, необходимо достаточно длительное время для восстановления равновесного состояния. Неорганическое вещество продукта очистки совместно с ПАВ значительно повышает скорость восстановления равновесного состояния (скорость очистки) и сдвигает равновесие этого процесса в сторону значительно более низкого жирового загрязнения.

После второго этапа очистки поверхность становится гидрофильной и смачивается водным раствором. Остальные ингредиенты продукта очистки могут теперь выполнять свою основную функцию, что приводит к активации и пассивации подложки. Этот механизм позволяет объяснить многие встречающиеся на практике явления:

• при очистке в водных растворах существует нижняя граница рабочей температуры, так как жиры могут собираться в капли только в том случае, если они находятся в жидком состоянии. Поэтому их точка плавления на поверхности устанавливает минимальную температуру обезжиривания;

• для скорости и интенсивности очистки не имеет значения толщина слоя жирового загрязнения. Как тонкие, так и толстые слои масел сравнительно быстро смываются с поверхности по мере образования и скатывания масляных капель;

• жировое загрязнение поверхности, затвердевшее в результате неправильного хранения изделия, особенно трудно поддается удалению. Затвердевание повышает точку плавления масел, что вызывает необходимость повышения температуры очистки. Если температура плавления превысит температуру кипения воды, обезжиривание поверхности становится невозможным. Кроме того, в процессе затвердевания в молекулу встраиваются полярные функциональные группы, повышающие адгезию к металлу;

• не поддающееся эмульгированию жировое загрязнение поверхности по техническим критериям очистки предпочтительнее эмульгируемого загрязнения: его можно легче и быстрее удалить с поверхности, а смытое масло всплывает на поверхность очистительного раствора и может быть легко удалено. Следствием является длительный срок службы очистительного раствора.

Состав очистителей на водной основе

Типовой очиститель состоит из неорганических солей, ПАВ и различных добавок, например органических комплексообразователей, антивспенивателей, ингибиторов и

др.Использование в составе таких щелочей, как гидроксид калия и натрия, приводит к высоким значениям pH (13 - 14). Они вызывают омыление содержащихся в удаляемых жировых загрязнениях сложных эфиров и обеспечивают электропроводность очистительных растворов. Благодаря образующимся солям жирных кислот повышается эффект очистки. Однако столь сильнощелочные продукты на практике можно применять лишь для очистки железных и стальных поверхностей, поскольку они не воздействуют на цветные металлы - медь, латунь, алюминий, цинк, олово и свинец.

Путем выбора подходящей температуры, длительности нахождения в очистительном растворе и/или дополнительного подбора ингибиторов можно управлять процессом очистки металлов.

Силикаты обладают хорошим диспергирующим и эмульгирующим действием, а также способствуют удалению грязи, препятствуя быстрому повторному загрязнению очищенных изделий. Силикатсодержащие очистительные растворы характеризуются гораздо более длительным сроком службы по сравнению с растворами, не содержащими силикатов. Во время очистки на поверхности металла адсорбируется тонкая силикатная пленка, которая, с одной стороны, снижает коррозию алюминия, цинка и латуни в щелочных растворах, а с другой может отрицательно воздействовать на нанесенные на сталь покрытия (например, при фосфатировании). Силикатсодержащие продукты используются предпочтительно для очистки сильно загрязненных деталей перед ремонтом машин и установок, если далее не следует дополнительное облагораживание поверхности. Они ни в коем случае не должны применяться для очистки на линиях анодирования, поскольку силикаты действуют как сильный яд для уплотнений даже в следовых количествах. Эти продукты можно использовать на линиях хроматирования, если силикатную пленку в дальнейшем можно будет легко удалить в кислых декапирующих ваннах.

Регулируя толщину силикатной пленки и применяя ингибиторы, можно оптимизировать состав очистительного раствора, лучше всего путем обеспечения точного соотношения S1O2 : Na2O

Полифосфаты, используемые в технических очистителях, относятся к числу самых эффективных диспергаторов для неорганических частиц загрязнений и усиливают действие ПАВ. Благодаря комплексообразующим свойствам они умягчают воду и отчасти также удаляют оксиды и гидроксиды металлов с обрабатываемой поверхности. Несмотря на отличные очистительные свойства во многих составах в настоящее время фосфаты по экологическим причинам заменяются другими компонентами.

Бораты и карбонаты применяют в слабощелочных продуктах в качестве комплексообразующих неорганических солей. Самостоятельно или при взаимодействии с фосфатами они стабилизируют pH используемых растворов. Благодаря их буферному действию удается удалять загрязнения с алюминиевых поверхностей. Кроме того, при применении боратов предотвращается агрессивное воздействие других компонентов на металл (кондиционирование).

ПАВ, переходя из раствора в поверхностные слои загрязнения, скапливаются там и снижают поверхностное натяжение на границе раздела фаз, что улучшает смачиваемость поверхности. Молекулы ПАВ состоят из гидрофильных и гидрофобных частей. В зависимости от заряда гидрофильных частей молекул различают анионные, катионные и неионные ПАВ.

Наиболее известными представителями анионных ПАВ являются соли жирных кислот (мыла). Анионные ПАВ склонны к сильному пенообразованию и обладают хорошей эмульгирующей способностью. Их применяют преимущественно в обезжиривающих погружных ваннах. Благодаря их хорошей эмульгирующей способности на поверхности ванны практически не происходит отделения масел. К числу неионных ПАВ относятся как мало пенящиеся, так и интенсивно образующие пену соединения, т.е. деэмульгирующие и эмульгирующие ПАВ. Неионные ПАВ чаще всего используются в промышленных моющих составах. Для применения в распылительных очистных установках всего больше подходят мало пенящиеся неионные ПАВ, обладающие хорошим очистительным эффектом.

Катионные ПАВ достаточно редко используются в промышленных очистителях из-за невысокой эффективности. Их можно применять в составе нейтральных очистителей, в которых желательно низкое пенообразование, деэмульгирующее и антибактериальное действие.

Большинство промышленных очистительных средств, как правило, содержат одновременно различные ПАВ. Так, например, для спиртов жирного ряда эмульгаторами являются ПАВ, содержащие 5-6 молей этиленоксида и обеспечивающие смачивающее и моющее действие, и ПАВ, содержащие 12-15 молей этиленоксида, применяемые как средство с диспергирующим и эгализирующим эффектом. Таким образом, если очистительный раствор должен эмульгировать, мыть и диспергировать, необходимо использовать определенное сочетание различных ПАВ. Оптимальная композиция может быть определена только путем практических исследований.

Чтобы предотвратить нежелательное выпадение в осадок солей жесткости, что приводит к образованию на очищаемой поверхности пятен, а также чтобы достичь активирования поверхности металла при очистке, наряду с полифосфатами используются также и другие комплексообразующие вещества. Наиболее важными представителями этого класса являются алканоламины, глюконаты, поликарбоновые и полиоксикарбоновые кислоты и фосфонаты.

Различные типы очистителей

В зависимости от содержания различных веществ и определяемой этим величины pH различают сильно- , слабощелочные, нейтральные, слабо- и сильнокислые продукты. В таблице приведены области применения различных очистителей.

Наиболее эффективными очистителями являются щелочные и сильнощелочные, которые особенно подходят для выполнения трудных задач очистки, таких как удаление застаревших масел и жиров, а также пигментных загрязнений. Они используются также для тонкой очистки перед процессами облагораживания поверхностей, когда необходимо получение металлических чистых поверхностей.

Слабощелочные и/или нейтральные очистители предназначаются для промежуточной и окончательной очистки на производственных линиях, когда необходимо удалить легкие загрязнения, оставляемые обработкой деталей без образования металлической стружки и опилок, а после очистки требуется временная защита от коррозии.

Слабокислые продукты включают сочетание кислых фосфатов и ПАВ. Наряду с очисткой при их использовании на поверхности железа образуется одновременно фосфатный слой.

Сильнокислые продукты содержат ПАВ и неорганические соли или сильные органические кислоты. Агрессивное воздействие на металл предотвращается путем добавления так называемых ингибиторов травления. Основными областями использования продуктов этого типа является травление поверхностей, удаление оксидов, окалины, а также окаменелых отложений с машин, установок и из систем трубопроводов.

Травление

Загрязнения, которые невозможно удалить с поверхности металла при использовании обычных методов очистки, например слои оксидов, подвергаются более интенсивной обработке путем травления. Ниже приведены типовые составы и условия травления, используемые при предварительной обработке поверхности перед нанесением порошковых красок:

Подвергающиеся коррозии стальные изделия могут быть наиболее эффективно обработаны в водных растворах серной или соляной кислот.

Из-за амфотерного характера алюминия для его травления используют как кислоты, так и щелочи. На практике наиболее часто применяют кислые травильные растворы на основе азотной, серной и фосфорной кислот, а также их смеси. Поскольку при использовании кислых травильных растворов все емкости, трубопроводы и насосы должны быть изготовлены из кислотостойкого материала, срок действия травильных ванн достаточно небольшой, и зачастую возникают проблемы с утилизацией сточных вод, для травления отдается предпочтение использованию щелочных растворов.

В щелочных растворах нерастворимые составные части сплавов, например медь, кремний, цинк, удаляют в ванне для декапирования, что требует дополнительной операции. Только что прошедшие травление изделия в значительной степени подвержены коррозии, поэтому их следует тщательно ополаскивать и сразу же покрывать конверсионным слоем, препятствующим коррозии, например хроматировать, фосфатировать или использовать какой-либо альтернативный метод.

При обработке изделий сложной конфигурации, особенно после точечной сварки, изделий, имеющих щели, прорези или пустоты, серная и соляная кислота,

как правило, для травления не применяются. Задерживающиеся в полостях даже при тщательном ополаскивании остатки кислот способствуют образованию продуктов реакций, которые уже через короткое время приведут к возникновению вздутий, провалов и других дефектов на окрашенной поверхности изделия. Если возникает необходимость травления изделий сложной формы, можно использовать только фосфорную кислоту. Однако травление изделий водными растворами фосфорной кислоты требует больших затрат времени и химикатов. Зато одновременно на поверхности образуется тонкий защитный слой фосфата железа.

Оцинкованные детали, как правило, не подвергаются травлению. Если все же возникает необходимость травления таких изделий, используют исключительно фосфорную кислоту и работают при возможно более низких концентрациях (например, 2%).