История развития порошковых красок

В качестве основных факторов развития и внедрения порошковых красок можно рассматривать экологические аспекты и стоимость нефтяных ресурсов в условиях законодательных ограничений конца 1960-х - начала 1970-х годов. В 1966 году в США было принято «Правило 66», в котором впервые были выдвинуты экологические нормативы и требования их соблюдения представителями лакокрасочной индустрии. Затем последовало принятие Федерального закона о контроле промышленных выбросов (BimSchG) в Германии в 1974 году и Техническое руководство по поддержанию чистоты воздуха в 1986 году (ТА Luft).

Первые разработки

Впервые покрытия из порошкообразных оплавляемых термопластичных композиций были получены в 1940 году. Сегодня такая технология нанесения носит название «газопламенное напыление». В 1952 году Э.Геммер (Knapsack AG, Франкфурт-на- Майне) разработал метод окраски окунанием в псевдокипящий слой (нем. - Wirbelsinterverfahren), с помощью которого он впервые смог наносить большие объёмы порошка.

Первоначальное применение этот метод нашёл для получения электроизоляции и защитного покрытия труб толщиной 200 - 300 мкм. Детали предварительно нагревали и погружали в псевдоожиженный слой термопластичного порошка. Наплавляемый материал первоначально представлял собой полиэтилен, к которому затем добавились другие термопласты, такие как полиамиды и ПВХ. Лишь к началу 1960-х годов на рынке появился термореактивный материал - эпоксидная смола.

В поисках подходящего электроизоляционного материала компания Bosch впервые разработала эпоксидную смолу в виде порошка . Новый для того времени вид покрытия назвали «долговечными порошками» и для их полимеризации с формированием сетчатой структуры требовалось соблюдение режима 200°С в течение 20 - 30 минут. Внешний вид этого покрытия, получаемого совершенно без применения растворителей, оказался настолько пригоден для декоративных целей, что вопрос оставался только за уменьшением размера частиц порошка и созданием новой технологии нанесения, которая позволила бы достичь более тонкий слой покрытия.

SAMES

В середине 1960-х гг. компания SAMES разработала электростатический распылитель и предложила свой новый термин - «самесизация». В основу конструкции распылителя и генератора высокого напряжения были взяты уже существовавшие к тому времени электростатические распылители для жидких красок.

В качестве контейнера для порошка использовали сосуд для подачи жидкой краски под давлением. В результате частицы краски прилипали к холодным деталям, которые теперь уже можно было предварительно не нагревать. А электростатические силы удерживали порошок на поверхности достаточно долго, чтобы можно было переме¬стить изделие в печь для дальнейшего оплавления и полимеризации.

Поначалу этот метод не оправдал ожиданий по части предполагаемых преимуществ перед нанесением жидких красок. Это было вызвано несоответствующей системой подачи порошка.
Эти недостатки помогло преодолеть внедрение новой системы подачи и распыления порошкового материала, позаимствованное из технологии электростатического копчения.

Далее рецептуры эпоксидных порошковых красок были дополнены эпоксидно- полиэфирными порошками, устойчивыми к пожелтению. Прорыв в их применении произошёл в 1968 году в Европе, когда началось производство в больших количествах порошков с более коротким периодом отверждения и с более стабильными свойствами. Одновременно с этим шло усовершенствование систем электростатического заряда, позволившее проектировать крупные окрасочные установки.

Были получены первые карбоксилсодержащие полиэфирные смолы, обладавшие ещё недостаточной устойчивостью к пожелтению и к атмосферным воздействиям. Количество линий порошкового нанесения только в Германии выросло с 4 в 1966 году до 51 в 1970-м. В начале 1970-х гг. был получен отвердитель 1,3,5-триглици- дилизоцианурат, или сокращенно ТГИЦ (TGIC), который позволил создать в последующие два десятилетия множество типов порошковых красок с широким спектром свойств для самого широкого круга применения. Постепенно были улучшены реакционная способность порошков, растекаемость и эластичность покрытий, получаемых с их помощью, а также достигнута отличная атмосферостойкость.

Параллельно развивались полиуретановые системы с капролактамом в качестве блокирующего агента. Также велись работы с акрилатными порошками. Но они не смогли закрепиться в Европе из-за несовместимости для применения на одной линии с другими порошками. И для их применения требовались выделенные окрасочные линии. В результате акрилатные порошки нашли применение только в Японии и в США.

Эпоксидные системы покрытий утратили своё первоначальное значение, но оста¬лись актуальными для применения внутри помещений. Особенно востребованными они остались из-за химической стойкости к щелочам и кислотам.

Максимальные темпы развития потребления порошковых красок были достигнуты в 1978 - 1979 гг. К тому времени уже были доступны эпоксидные, гибридные, полиэфирные/TGIC, полиуретановые и акрилатные связующие системы. Они получили разделение на покрытия для наружного и для внутреннего применения.

PTFE

В 1972 году была запатентована трибостатическая установка заряда порошковой краски, которая показала альтернативу нанесению в электростатическом поле. В источнике был указан материал политетрафторэтилен (PTFE) в качестве пары для трения, а в источнике было продемонстрировано конструктивное решение зарядного устройства с кольцевым зазором. В 1980-м году были выданы патенты на зарядку порошка в шлангах и распыление из многоструйных насадок.

Однако трибоэлектрическая зарядка требует специальной химической модификации по-рошка. Изначально она применялась для нанесения эпоксидных порошков, в то время как для полиэфирных и гибридных систем необходимо было создать группы молекул - доноров, легко отдающих электроны.

В начале 1970-х гг. был предложен ряд новых решений конструкции устройств для распыления порошковых красок. Их называли «порошковые распылители второго поколения» . Одним из таких решений был ленточный распылитель, внедрённый компанией AEG в 1970 году. Перфорированная пластиковая лента собирала псевдоожиженный порошок и поднимала его наверх. Далее с помощью воздушной струи сквозь отверстия в ленте он попадал через воздушные форсунки, снабжённые параллельными коронирующими электродами, на окрашиваемые детали. Другое решение было предложено компанией Mueller, в котором была предусмотрена подача псевдоожиженного порошка из контейнера на форсунки напрямую из бункера, без использования подающих шлангов.

Аналогичное решение без использования шланга было предложено компанией Somip во Франции в 1971 году в виде порошковой рампы. Несколько производителей оборудования выпускали ротационные дисковые распылители, обеспечивавшие большую равномерность нанесения порошка при помощи центробежной силы. Подобная система сохранилась, например, на заводе Bosch в г.Гинген, при окраске корпусов стиральных машин.

GEMA

В это же время компания GEMA в Швейцарии добилась большого успеха, поместив высоковольтный трансформатор и каскад постоянного напряжения в корпусе окрасочного пистолета, что позволило обойтись в работе без высоковольтного кабеля. Это стало возможным благодаря миниатюризации электронных компонентов, применявшихся для телевизионной техники и диэлектрической способности литой смолы.

Работа с высоким напряжением подразумевает повышенную опасность в связи с нахождением человека в непосредственной близости или в контакте с токопроводящими и заряженными частями системы. Возможно также и возгорание со взрывом воспламеняющихся воздушно-порошковых смесей из-за искрового разряда. Это вызывало необходимость принятия соответствующих мер предосторожности. Поэтому профессиональная ассоциация издала первое руководство под названием «Порошковое покрытие» под номером ZH 1/444 от 10.1971 и потребовала соблюде-ния правил предотвращения несчастных случаев при «распылении красок, окунании и окраске» (VGB 23).

Невыполнимым оказалось требование контроля заземления из-за необходимости остановки конвейера при превышении значения сопротивления 10 кОм. Потребовались многие годы дискуссий и веские аргументы, чтобы этот показатель повысили до 1 МОм. Позднее стандартным требованием стало наличие принудительной вентиляции в окрасочной камере. Кроме этого, Ассоциация немец¬ких производителей машин и оборудования (VDMA), в соответствии со стандартом VDMA 24 371, в марте 1974 года ввела свои собственные правила соответствия порошкового окрасочного оборудования нормам безопасности, основанные на ре¬зультатах экспериментальных испытаний в отношении взрывозащиты.

С октября 1977 года был внедрён стандарт DIN 57 745 (VDE 0745), согласно которому электростатические ручные распылительные установки подвергали испытаниям для подтверждения безопасности при контакте с ними человека и предотвращения разряда. Европейский комитет по порошковым покрытиям при СЕРЕ (Европейская ассоциация производителей покрытий, печатных и художественных красок) на основе многолетних наблюдений работников предприятий - производителей порошковых красок также провёл токсикологические исследования на предмет возможного ущерба здоровью. Их результаты были суммированы в сборнике рекомендаций по охране труда . Такой документ был впервые опубликован в 1985 году и впоследствии переиздавался несколько раз.

Сегодня порошковые краски известны как более экологичная альтернатива жидким краскам на основе растворителей. Изменения в законодательстве и новые требования по сокращению летучих органических соединений обусловили, в свою очередь, изменения внутренних нормативов по охране окружающей среды и, как результат, повышение интереса к порошковым краскам. В последние годы производители оборудования сосредоточены на повышении эффективности работы окрасочных линий, оптимизации процедуры смены цвета и сокращению рабочего времени, необходимого для неё.

Большое внимание занимает автоматизация линий, эффективность управления и удобство эксплуатации. В наши дни порошковые краски смогли завое¬вать даже те сегменты рынка, которые ранее считались классическими для жидких красок, как, например, крупногабаритные и массивные, весом до нескольких тонн, детали сельскохозяйственной и строительной техники.