Новые тенденции в технологии нанесения порошковых покрытий

По мере того, как повышались требования к характеристикам материалов, эксплуатируемых в экстремальных условиях, и проявлялась необходимость в более точном управлении производственными процессами и повышении рентабельности, специалисты проявляли все свои способности, чтобы обеспечивать соответствующее качество изделий. Функциональные покрытия разрабатывались для эксплуатации в жестких условиях, включая более агрессивную среду и более высокую рабочую температуру. Архитекторы возлагают надежды на порошковые покрытия, способные выдерживать солнечный свет, атмосферные осадки и другие воздействия окружающей среды в течение 20-30 лет. Потребителям требуются долговечные покрытия на самых разнообразных поверхностях. Законодательство и общественное мнение заставляют производителей использовать более экологичные процессы.

Функциональные покрытия

Функциональные покрытия обычно используют в жестких условиях эксплуатации, когда необходима максимальная стойкость к коррозии и химическому воздействию. Яркий пример - порошковые покрытия для трубопроводов и арматуры. Энергетические компании работают с сырой нефтью и природным газом в неблагоприятных условиях окружающей среды и используют агрессивные методы добычи. Буровое оборудование и трубопроводы должны выдерживать температуру до 177 °С (350 °F). Традиционные порошковые покрытия, которые из-за способа их нанесения и отверждения часто описывают как наплавляемые эпоксидные покрытия, могут выдерживать температуру в диапазоне 120-135 °C (250-275 °F). Последние достижения в области эпоксидных материалов и порошковых составов позволили расширить этот диапазон.

Функциональные порошковые покрытия с повышенной температурой стеклования (Tgs) появились благодаря инновационным разработкам в сфере эпоксидных смол компании Kukdo Chemical Co. Ltd. Ученые разработали уникальную эпоксидную смолу для порошковых покрытий KD-2012H с температурой стеклования выше 160 °C (320 °F). (Tg отвержденного покрытия характеризует его термостойкость, т.е покрытие может сохранять свою целостность при данной температуре или ниже.) Компания Olin Chemical (ранее производственная линия Dow Chemical) разработала эпоксидную смолу DER 6510HT, которую можно использовать для получения отвержденных порошковых покрытий с Tg до 170 °C (338 °F). Обе смолы имеются в продаже.

SABIC, относительно новая компания в отрасли порошковых покрытий, разработала эпоксидные смолы для получения отвержденных покрытий с Tgs до 200 °C (392 °F). Этот уникальный состав получил название PPPBP-Epoxy и был представлен в прошлом году на крупном мероприятии, посвященном технологиям порошковых покрытий. PPPBP-Epoxy можно использовать в качестве модификатора с более традиционными эпоксидными смолами для получения заданной Tg или в качестве единственной смолы для сшивания фенольным или дициандиамидным отвердителем.

Функциональные покрытия должны обладать не только долговечностью при высоких рабочих температурах, но и высокой стойкостью к химическому воздействию, которая необходима при работе с расклинивающими агентами и другими веществами (например, песок, боксит, керамика), используемыми при гидроразрыве пласта. Компания Kukdo разработала эпоксидную смолу KD-9211 на основе бизфенола F с длинной молекулярной цепью. Рекомендуется использовать ее в сочетании с многофункциональной эпоксидной новолачной смолой и отверждать с фенольным отвердителем. Полученное покрытие обладает высоко химически стойкой поверхностью, способной выдерживать множество агрессивных веществ.

Еще одно немаловажное свойство функциональных покрытий - стойкость к воздействию влаги. При гидравлическом разрыве пласта требуется использование водной среды. Трубопроводы также могут использоваться для транспортировки горячей воды и пара. Компания Kukdo разработала крайне влагостойкий отвердитель для эпоксидных порошковых покрытий. Лабораторные испытания показали, что порошковые покрытия на основе этого фенольного отвердителя KD-420A сохраняют адгезию после 9 дней погружения в воду с температурой 90 °C (194 °F).

Адгезия к нержавеющей стали и цветным металлам , таким как алюминий, магний и титан, всегда вызывала затруднения у разработчиков составов порошковых покрытий. Компания Kukdo разработала эпоксидную смолу KSR-950, содержащую силановую боковую группу, которая существенно улучшает адгезию по сравнению с традиционными эпоксидными смолами. Результаты испытаний показали, что порошковое покрытие на основе KSR-950 сохраняет адгезию к необработанным алюминиевым подложкам после 24 часов погружения в воду температурой 90 °C (194 °F).

Полиэфиры низкотемпературного отверждения

Компания Stepan Company разработала новую карбоксильную полиэфирную смолу для порошковых покрытий, отверждаемых при низких температурах, Rucote 9900, предназначенную для отверждения с помощью триглицидилизоцианурата (TGIC). Эта смола демонстрирует превосходные характеристики отверждения и внешний вид при температурах до 130 °C (266 °F). Такая смола может применяться в узлах, состоящих из множества компонентов, некоторые из которых не могут выдерживать стандартные высокие температуры отверждения, на линиях нанесения покрытий с использованием низкотемпературных печей в целях экономии и на высокоскоростных линиях нанесения покрытий с сокращенным временем пребывания в печи.

Компания Allnex разработала широкий ассортимент полиэфиров низкотемпературного отверждения, предназначенных для отверждения с эпоксидными смолами (гибриды), TGIC, β-гидроксиалкиламидом (HAA) и Araldite™ PT-910. Гибрид и PT-910 отверждаются при 150 °C (302 °F), тогда как эти специально разработанные полиэфиры могут отверждаться с TGIC уже при 140 °C (284 °F). Полиэфиры низкотемпературного отверждения, предназначенные для отверждения с HAA, могут обрабатываться при 160 °C (320 °F). Эти полиэфиры предназначены для труднообрабатываемых подложек, предварительно собранных изделий и термочувствительных подложек, таких как пластмасса и древесные плиты.

Компания DSM продолжает оптимизировать свою линию производства связующих на основе полиэфиров низкотемпературного отверждения Uralac® Ultra. Данная система содержит ненасыщенный полиэфир и отвердитель на основе дивинилового эфира и, как сообщается, отверждается при 120 °C (248 °F). Целевой рынок для этой технологии - это замена жидких красок и/или слоистых материалов на древесноволокнистых плитах средней плотности. Чтобы ускорить отверждение этих уникальных материалов рекомендуется использовать ИК-отверждение. По данным компании DSM, отверждение достигается уже через 3 минуты.

Измерение толщины пленки

Оценка толщины пленки на покрытой (и отвержденной) детали легко выполняется благодаря магнитному методу и методу вихревых токов, разработанным десятки лет назад. Приборы для измерения толщины пленки компактны, просты в использовании и относительно недорого стоят. Каждая линия нанесения порошковых покрытий и лаборатория должна быть обеспечена такими приборами. Однако измерение толщины пленки неотвержденного порошкового покрытия выполнить не так просто. Предприимчивые инженеры разработали ультразвуковые устройства, которые могут это сделать, но они не всегда справляются со своей задачей. Благодаря последним разработкам появилась альтернатива этим ультразвуковым устройствам.

Компания Winterthur Instruments AG (флагманский продукт Coatmaster) разработала бесконтактное средство измерения толщины пленки отвержденных или неотвержденных порошковых покрытий. Эта технология под названием ATO (Advanced Thermal Optics) основана на термодинамике слоя порошка и на том, как он реагирует на световой импульс, который нагревает порошок. После воздействия светового импульса высокоскоростные инфракрасные датчики определяют скорость охлаждения материала. Используя собственные алгоритмы, устройство Coatmaster может преобразовать эту скорость охлаждения в высокоточные данные измерения толщины пленки. Время считывания зависит от конкретного применения и обычно составляет 100-300 мс, а отдельные точечные показания можно получать каждые 1,5 секунды.

Прибор Coatmaster может быть установлен на расстоянии от 2 до 48 дюймов и позволяет измерять детали, перемещающиеся со скоростью до 350 футов/мин. Данные передаются и обрабатываются специальным программным обеспечением контроля качества, которое может анализировать измерения и выдавать сигналы тревоги.

Высокостойкие пигменты

На сегодняшний день у разработчиков составов имеется большой выбор высококачественных красящих пигментов. Компания Shepherd Color в сотрудничестве с Университетом штата Орегон разработали пигмент YInMn blue (иттрий-индий-марганец) для лакокрасочной и смежных отраслей промышленности. Это темно-синий неорганический пигмент на основе смеси оксидов металлов, обладающий высокой отражательной способностью в инфракрасном спектре, что можно использовать для охлаждения поверхностей крыш и в других архитектурных применениях. Кроме того, он демонстрирует отличную стойкость к воздействию УФ-излучения, ИК-излучения и химических веществ.

Компания Shepherd Color также разработала микрозеркальную технологию на основе стеклянных чешуек, покрытых серебром. Эти пигменты со специальным эффектом под названием StarLight обладают отличной отражательной способностью и искрением и предназначены для использования в таких областях, как транспорт, архитектура, электроника и товары широкого потребления.

Противомикробные покрытия

Компания Poly Group, LLC разработала новую противомикробную технологию на основе положительно заряженных соединений, которые атакуют и уничтожают отрицательно заряженные патогены. Это соединение под названием Nouvex™ исключает проблемы с химическим связыванием или сшиванием (в отличие от других четвертичных аммониевых соединений) и имеет крупную молекулярную структуру и низкую токсичность. Лабораторные испытания подтвердили эффективность Nouvex™, таким образом, производители конечной продукции могут изготавливать ее в соответствии с требованиями EPA относительно консервантов и охраны здоровья. Nouvex™ может стать потенциальной заменой ионов серебра, триклозана, меди и других веществ, при этом потребуется минимальная модификация процесса или не потребуется вовсе.

Технологии обработки

Технологии изготовления порошковых покрытий также развиваются. В частности, компании по производству экструзионного оборудования прислушались к специалистам, работающим с порошковыми составами, и разработали системы подачи, предназначенные для заранее приготовленных смесей и материалов. Некоторые порошковые составы из легких материалов низкой плотности могут скапливаться в загрузочных отверстиях экструдера, вызывая нежелательные колебания подачи и крутящего момента. Материал накапливается в зоне подачи, что существенно снижает пропускную способность и рентабельность процесса.

В системе подачи Max3 от компании Baker Perkins используется модернизированное загрузочное отверстие и винтовая конструкция, которая обеспечивает равномерную подачу материала в экструдер. Исследования на опытной установке показали повышение производительности при работе с труднообрабатываемыми материалами на 34%. Эту инновационную систему подачи можно использовать на всех новых установках и на существующих моделях с MPX24 до MPX80 после их модернизации.

Лазерное отверждение

Компания PhotoFusion Technologies, Inc. разработала новую технологию отверждения порошковых покрытий. Все мы хорошо знакомы с конвекционными печами и, возможно, в меньшей степени, с технологией отверждения ИК-излучением, применяемой для нагрева и отверждения термореактивных порошковых покрытий. Лазерная технология от компании PhotoFusion Technologies, Inc. вывела отверждение порошковых покрытий на новый уровень. По сути, эта технология предполагает нанесение порошка на поверхность, затем его плавление и отверждение с помощью движущегося светового пятна, направляемого лазером. В данном случае лазерное излучение рассеивается и образует большое световое пятно, проходящее по поверхности с порошковым покрытием. За считанные секунды порошок плавится, растекается и отверждается, превращаясь в твердое, прочное покрытие.

Компания PhotoFusion Technologies, Inc., надеется кардинально изменить рынок термочувствительных подложек, включая композиты и бесчисленное множество пластмасс. Ожидается, что эти процессы, среди прочего, окажут влияние на автомобильную и аэрокосмическую отрасли. К тому же, возможность воздействовать на поверхность энергией высокоинтенсивного лазерного излучения открывает новые перспективы для нефтехимической промышленности, ведь теперь можно будет наносить покрытия на оборудование, предназначенное для тяжелых условий работы, и отверждать их на месте эксплуатации.

Технологии порошковых покрытий не стоят на месте. Талантливые ученые, разработчики составов и инженеры решают вековые проблемы с помощью технологических прорывов, а деятельные предприниматели находят новые возможности для внедрения самых высококачественных и экологически безопасных технологий отделки. Все более жесткие требования в индустрии покрытий для трубопроводов теперь удовлетворяются благодаря инновационным разработкам производителей смол. Специалисты продолжают постепенно осваивать новые рынки, разрабатывая новые технологии отверждения с помощью лазеров. Возможно, их достижения будут способствовать развитию неосвоенных рынков, связанных с использованием термочувствительных подложек. А давняя проблема обработки порошковых покрытий из материалов низкой плотности уже решена инженерами из компаний-производителей экструдеров.

Источник информации- http://coatings-today.com/articles/view/70