Развитие отечественного производства порошковых красок

В 2011 г. исполнилось 50 лет с начала производства порошковых ЛКМ в России. За эти годы пройден важный этап становления и развития производства новой экологически безопасной лакокрасочной продукции, получения покрытий высокого качества.

В середине ХХ в. потребители впервые смогли использовать не жидкие токсичные и пахнущие растворителями краски, а экологически чистые дисперсные составы в форме порошков, поставляемых в мягкой таре.Сегодня на повестке дня стоят многие вопросы: расширение ассортимента порошковых ЛКМ, улучшение их качества, совершенствование технологии изготовления, получение более долговечных и разнообразных покрытий. 

История вопроса
Первые публикации, посвященные покрытиям из порошковых пленкообразователей, появились в мире в конце 1950-х - начале 1960-х гг. Они касались в основном газопламенного напыления термопластичных полимеров и их нанесения в кипящем слое. Научные исследования в области порошковых ЛКМ и покрытий в нашей стране были начаты в 1960 г. Тогда в Ленинградском технологическом институте им. Ленсовета были разработаны первые рецептуры красок на основе термопластов (поливинилбутираля, поливинилхлорида, полиолефинов), а в последующем – и на основе реактопластов (эпоксидных и других олигомеров).

Для нанесения этих материалов в 1961 г. на Ленинградском вагоностроительном заводе им. И.Е. Егорова была построена первая конвейерная установка для получения покрытия в кипящем слое. В 1963 г. ее заменили на полуавтоматическую линию безынерционного типа с нагревателями светлого ИК-излучения. На этих линиях окрашивали более двадцати наименований комплектующих деталей пассажирских вагонов, которые ранее окрашивали жидкими ЛКМ и частично подвергали хроматированию.

Промышленное производство порошковых красок было налажено несколько позднее: в Европе – эпоксидных в 1965 г., в СССР – поливинилбутиральных и поливинилхлоридных – в Ленинграде в 1972 и 1974 гг. соответственно, эпоксидных – в Ярославле в 1974 г.  Для получения покрытий сначала применяли преимущественно аппараты и установки псевдоожиженного слоя, а с появлением электростатических краскораспылителей – установки и линии электро- и трибоокраски.

В последующие десятилетия интерес к порошковым ЛКМ и покрытиям сильно возрос. До 2000 г. мировой объем их производства каждое десятилетие удваивался, тогда как рост выпуска жидких ЛКМ не превышал 3-5 % в год. В относительно короткое время в России к работам по производству порошковых красок и покрытий было привлечено большое число предприятий и фирм. Проводились исследования в головных институтах лакокрасочной промышленности – ГИПИ ЛКП, НПО «Лакокраспокрытие», институтах АН СССР – ИФХ, Институте металлополимерных систем (Гомель), проектных и других организациях. В это время были изданы более десятка отечественных книг и пособий, а также труды иностранных авторов. Некоторые из них представляют интерес и по сей день.

Объем производства и потребления
Несмотря на многие достоинства порошковых ЛКМ по сравнению с жидкими (технические, экономические, экологические преимущества) их долю в общем объеме производства лакокрасочной продукции нельзя считать высокой: в настоящее время она составляет в мире около 5 %, а в России – около 2 %. Доля порошковых ЛКМ в лакокрасочной продукции промышленного назначения в ряде европейских стран достигает 15–18 %.

Однако практика свидетельствует о постепенном насыщении рынка порошковых красок, в первую очередь европейского, что подтверждается снижением темпов роста их производства за последние 15 лет с 10–15 до 6–7 % в год и возросшей конкуренцией на рынке. Это объясняют различными причинами: ростом цен на сырьевые материалы и снижением прибыли, созданием эффективных, более дешевых и экологически безопасных жидких красок, в первую очередь водно-дисперсионных, не требующих горячей сушки. По темпам роста производства такие материалы значительно опережают порошковые ЛКМ. Так, в России за последние 20 лет доля выпуска водно-дисперсионных ЛКМ увеличилась с 5 до 35 %.

Нельзя не отметить и медленное расширение сфер применения порошковых красок, ограниченное в основном защитой металлических поверхностей.
Отечественное производство порошковых ЛКМ пока,

на мой взгляд, нельзя признать успешным. К слабым сторонам следует отнести следующие характеристики российского рынка порошковых ЛКМ:

1. Малое число фирм-производителей:

• OОO «Акзо Нобель Лакокраска» (Орехово-Зуево);
• ООО «Ярославский завод порошковых красок»;
• ООО «Технос-Охтэк» (Санкт-Петербург);
• ХК «Пигмент» (Санкт-Петербург);
• ОАО «Гатчинский завод порошковых красок»;
• ООО «Предприятие «Уралинтех» (Уфа);
• ООО «Эколон» (Санкт-Петербург);
• OAO «Завод «3М Россия» (Волоколамск).

2. Относительно малый объем производства, хотя мощности по их выпуску примерно в 2 раза больше. Потребности нашей страны в порошковых красках удовлетворяются в основном за счет импорта.
3. Ограниченный ассортимент красок по типу пленкообразователей. Не выпускаются полиуретановые, полиакриловые материалы, а также фотоотверждаемые краски и порошковые лаки. Отсутствует производство более дешевых термопластичных красок (полиэтиленовых, поливинилхлоридных, полиамидных и др.), которые ранее выпускала отечественная промышленность. Объем их выпуска в разных странах достигает 10–15 %.

До сих пор в России не налажено производство порошковых красок для тонкослойных покрытий, в том числе койл-коутинга, осветительной арматуры (типа «Волофен»), цинкнаполненных составов протекторного действия, высокотермостойких, огнезащитных и др. Не освоен выпуск водно-суспензионных составов на базе термореактивных порошков, несмотря на имеющиеся разработки и эффективность их применения в качестве катафорезных грунтовок. Многие из указанных материалов уже давно производятся за рубежом.

Важным является вопрос об организации собственного производства сырья и оборудования для получения порошковых красок. Потенциально это способствовало бы снижению себестоимости продукции и увеличению ее покупательной способности.

Области применения
В настоящее время порошковые ЛКМ применяются в основном в промышленности, при этом они далеко не полностью заняли эту нишу. Если доля промышленных красок в ассортименте ЛКМ в России составляет около 30 %, то порошковые среди них – не более 5 %. Главные области их применения: изделия из металла небольших и средних размеров, например электробытовые приборы, транспорт (мотоциклы, мопеды, велосипеды), автодетали, металлическая мебель. Важное место по потреблению принадлежит трубной промышленности и строительной индустрии (архитектурные краски, краски для оконных профилей и др.).

За полувековой период производства порошковых ЛКМ в мире делались разные прогнозы по развитию их производства и потребления. Не все из них оправдались. В частности, применение в автомобилестроении и для окраски стеклотары оказалось меньше предполагавшегося.

Увеличение потребления порошковых ЛКМ неизбежно связано с расширением областей их применения, к которым могут быть отнесены следующие:

• окрашивание крупногабаритных металлических конструкций (транспорт, корпуса судов, мостовые и другие конструкции);
• защита изделий из нетермостойких материалов (древесина, древесные материалы, пластмассы);
• окрашивание неметаллических строительных конструкций и изделий из кирпича, бетона, керамики, шифера;
• расширение производства красок целевого назначения (теплоизоляционные, огнезащитные, шумопоглощающие и др.).

Окрашивание порошковыми красками крупногабаритных объектов не может рассматриваться как инновационный процесс. Имеется большой, в том числе отечественный, опыт защиты многих видов транспортных средств жидкими ЛКМ с применением ускоренной (горячей) сушки. При этом источником нагрева обычно служит темное или светлое ИК-излучение или высокочастотная индукция, т.е. источники, пригодные для формирования покрытий из порошковых ЛКМ. Особого внимания при этом заслуживают скоростные бескамерные газотермические способы нанесения: плазменный, газопламенный, теплолучевой, NIR-технология Показательны в этом отношении работы, выполненные в ИММС АН БССР (Гомель).

Для окрашивания нетермостойких материалов большие возможности сулит применение порошковых красок фотохимического отверждения. Отличительная особенность этих материалов – способность ускоренно (за 1–2 мин) при 100–120 0С формировать покрытия высокого качества с минимальными затратами энергии. Такие покрытия нашли промышленное применение для окрашивания кухонной мебели, изделий из МДФ, пластмассы и др. К сожалению, из-за высокой стоимости сырья и оборудования для нанесения материалы, разработанные более 10 лет назад, до сих пор не пользуются большим спросом. В России такая технология практически не применяется.

Строительная индустрия – потенциально крупный потребитель порошковых красок. Пока они используются в основном для защиты металлических изделий и конструкций. В последние годы в отечественной практике стали применять окрашивание силикатных материалов (шифера, кирпича, керамики, изделий из бетона). Ряд фирм выпускает порошковые материалы для этих целей. Разработана технология получения покрытий и имеется положительный опыт их эксплуатации. Есть разработки в области окрашивания строительных стеновых панелей из бетона порошковыми ЛКМ.

Улучшение качества порошковых красок
При всем совершенстве рецептур, оборудования и технологий производства современные порошковые ЛКМ имеют определенные недостатки, в первую очередь полидисперсность и неоднородность формы частиц. И то, и другое обусловлено способом производства порошковых красок, особенно термореактивных.

Размер и степень полидисперсности – важнейшие характеристики порошковых частиц. От них зависит способность псевдоожижаться, заряжаться в поле высокого напряжения, формировать факел при распылении, переноситься на изделие. Присутствие мелкой фракции повышает «пыление» и способствует образованию отходов при получении покрытий. Неоднородность формы частиц ухудшает сыпучесть и подвижность порошков.  Все промышленные порошковые ЛКМ полидисперсны, их частицы различаются по форме и размеру. Распределение частиц по размеру для материалов разных фирм-производителей сильно различается. Отечественные предприятия в основном выпускают краски с частицами до 100 мкм. Для красок, образующих тонкослойные покрытия, дисперсность должна составлять 50-60 мкм и менее.

Существующая экструзионная технология производства порошковых ЛКМ с последующим механическим измельчением экструдата и его воздушной сепарацией предопределяет получение полидисперсных порошков с частицами самой разной формы. Между тем идеальными для получения покрытий являются порошки с одинаковой (шарообразной) формой и величиной частиц. На рынке есть такие однородные порошки с частицами от десятка до сотен микрон, изготовленные из металлических, керамических, стеклянных, и, что особенно интересно, полимерных микросфер. Для кардинального совершенствования порошковых красок назрела острая необходимость в разработке принципиально новой технологии их производства, лишенной недостатков существующей. Она должна строиться не на принципе механического диспергирования, а, скорее, с применением химических, термических и других подходов.

Для улучшения качества ЛКМ и покрытий, а также разнообразия их свойств широко используется модификация порошковых материалов. Функциональные добавки обычно вводят в рецептуры порошковых ЛКМ для регулирования определенных показателей: сыпучести, растекания, кратерообразования, блеска покрытий, улучшения зарядки частиц и др. Химическую модификацию порошковых красок в отличие от жидких можно проводить не только в массе (на молекулярном уровне), но и на уровне частиц, подобно поверхностному модифицированию пигментов, подложек и других материалов. Такой вид модификации представляет особый интерес при использовании наноматериалов. В порошковой металлургии на этом уровне достигнуты особенно значительные результаты по созданию сверхпрочных металлов и сплавов. Улучшению качества порошковых ЛКМ и покрытий способствовало бы введение в техническую документацию показателей, применяемых к жидким ЛКМ, в частности степень диспергирования и укрывистость.

д.т.н., проф. А.Д. Яковлев, Санкт-Петербургский гос. технологический институт (технический университет)