Технология окраски порошковыми материалами

Окраска порошковыми ЛКМ начала развиваться в 60-х годах прошлого века. Это явилось закономерным следствием развития окрасочных технологий жидкими ЛКМ. Для снижения затрат на производство покрытий (Пк) было необходимо повышать содержание нелетучих компонентов ЛКМ. С одной стороны, это улучшало экологическую обстановку на производстве и снижало стоимость Пк, но с другой — создавало технологические трудности при нанесении ЛКМ.
Решение этой технологической и экологической проблемы способствовало развитию технологии окраски одновременно по нескольким направлениям:

• водно-дисперсионные ЛКМ, позволяющие без ущерба здоровью работников и окружающей среде регулировать вязкость материала, необходимую для его нанесения. Однако сначала эти ЛКМ не могли конкурировать с органорастворимы-ми по техническим характеристикам, удобству в работе и стоимости, но в последние десятилетия благодаря успешному развитию химической технологии появились такие ЛКМ, не уступающие органо-растворимым по многим показателям. В настоящее время водно-дисперсионные широко применяют для окраски бытовых изделий из древесины, пластика, прессованных плит (МДФ) и пр.;
• развитие технологии нанесения жидких высоковязких ЛКМ безвоздушным методом при высоком давлении (50—300 бар), в некоторых моделях подобных установок для снижения вязкости применяется предварительный подогрев ЛКМ. Этот метод имеет безусловные преимущества при окраске больших поверхностей (крупногабаритные машины и механизмы, строительные конструкции, железнодорожные вагоны, мебельные панели и др.);
• метод окраски обливом, при котором окрашиваемая деталь полностью погружается в емкость с ЛКМ, нашел применение для отделки деталей сложной конфигурации, имеющих труднодоступные места и полости (радиаторы, трансформаторы и др.);
• нанесение ЛКМ методами катафореза и анафореза.
Окраска производится погружением окрашиваемой детали в емкость с водоразбавляемым ЛКМ, через раствор которого пропускают постоянное напряжение. При этом изделие является катодом (катафорез) или анодом (анафорез), и частицы красящего вещества, получив электрический заряд, оседают на изделие равномерным тонким слоем. Огромное преимущество метода состоит в том, что ЛКМ проникает в самые труднодоступные места изделия и обеспечивает получение очень тонкого защитного Пк с высокой коррозионной стойкостью. Этим методом, как правило, наносят автомобильные грунтовки;

• окраска порошковыми ЛКМ наиболее удачно сочетает преимущества ЛКМ со 100%-ным сухим остатком и возможностью равномерного регулируемого нанесения краски на изделие. К сожалению, применение метода ограничено габаритами окрашиваемых изделий и чувствительностью подложки к температуре. В основном этот метод применяется для окраски изделий из металлов. В последние годы на Западе появились и внедрены в производство порошковые ЛКМ и способы их отверждения, позволяющие наносить их на неметаллические подложки, чувствительные к повышению температуры.
Вышеперечисленные методы окраски не охватывают всех технологий, применяемых в современном промышленном производстве. В рамках каждого из них есть различные модификации, отличающиеся технологией нанесения ЛКМ, способами формирования Пк и характеристиками получаемых Пк.

Кроме того, существуют промышленные методы окраски, сочетающие способы нанесения и материалы различных технологий. Например, в автомобильной промышленности применяется метод нанесения порошковой краски на кузов автомобиля погружением в водный раствор, затем после сушки происходит формирование Пк по стандартной технологии порошковой окраски.

В этой статье и последующих публикациях мы подробно расскажем о технологии порошковой окраски, остановимся на особенностях оборудования для получения порошковых Пк, методах и мате-риалах для химической подготовки поверхности перед окраской, приборах и методах контроля Пк, а также на мировых тенденциях в развитии этой технологии.
Порошковый ЛКМ представляет собой мелкодисперсный порошок с размером частиц 10—100 мкм, полученный методом экструзии и последующего размола смеси различных компонентов.
Порошковые ЛКМ по сравнению с жидкими обладают рядом существенных преимуществ:
• отсутствие растворителей;
• малое количество отходов при нанесении (менее 0,05% от общей массы);
• низкая пожароопасность производства;
• возможность нанесения одного слоя ЛКМ и регулирования толщины Пк в широких пределах;
• отсутствие вредных выбросов;
• высокая скорость отверждения;
• возможность получения Пк с различными физико-механическими и химическими свойствами;
• более низкая стоимость получения Пк.
В зависимости от используемого пленкообразователя порошковые ЛКМ подразделяют на эпоксидные, эпоксиполиэфирные, полиэфирные, полиуретановые, полиакриловые, полиэтиленовые, полиамидные и др. Каждый из перечисленных типов имеет свои преимущества, недостатки и специфические области применения.
Порошковые Пк, как правило, одновременно выполняют декоративные и защитные функции. Декоративные свойства Пк характеризуются такими показателями, как цвет, блеск, структура; защитные - устойчивостью к действию механических нагрузок, коррозионной стойкостью, стойкостью к действию УФ-излучения, химстойкостью, электроизоляционными. Наибольшее распространение получили материалы, более удачно сочетающие декоративные и защитные свойства. Примером могут служить полиэфирные порошковые краски, широко применяющиеся для отделки строительных алюминиевых конструкций (окна, двери, фасады и пр.). Пк на их основе обладают прекрасными физико-механическими свойствами, стойкостью к УФ-излуче-нию и отличными декоративными свойствами.
Порошковые краски наносят на изделия методом электростатического или трибостатического распыления. Суть этого метода заключается в том, что частицы краски, проходя через пистолет-распылитель, получают электростатический (отрицательный) или трибостатический (положительный) заряд и оседают на изделии равномерным слоем, так как оно заземлено и имеет электрический заряд той же полярности. Адгезия слоя ЛКМ достаточно высока и позволяет некоторое время хранить изделия и транспортировать их на конвейере.

Для окраски сетчатых изделий или проволоки порошковыми красками применяется метод нанесения в «кипящем слое». Изделие, предварительно нагретое до температуры 50—60°С, на короткое время помещают в емкость с порошковым ЛКМ, дно которой имеет пористую мембрану. Через мембрану подается сжатый воздух, заставляющий порошок «вскипать». В таком состоянии воздушно-порошковая смесь приобретает физические свойства жидкости и выглядит как кипящая жидкость. Частицы порошка, расплавляясь при соприкосновении с нагретым изделием, оседают на его поверхности, затем происходит отверждение в печи. Толщина Пк, нанесенного таким способом, обычно составляет 300—500 мкм, поэтому данный метод применяют для окраски изделий с небольшой площадью и сложной конфигурацией поверхности.
После нанесения порошкового покрытия тем или иным методом окрашенное изделие помещают в печь и выдерживают при температуре 160—200°С в течение 10—20 мин. При нагревании краска рас-плавляется и равномерно растекается по поверхности изделия, образуя тонкую и прочную полимер-ную пленку толщиной 60—80 мкм. Наиболее распространен метод отверждения Пк путем нагре-вания изделий конвекционным способом, предусматривающим полный прогрев всего изделия до требуемой температуры.
В последние 10 лет промышленное применение получили способы низкотемпературного от-верждения при 120 - 130°С, применяемые для окраски изделий, чувствительных к повышенным температурам. Однако низкотемпературное отверждение возможно только для эпоксидных порош-ковых ЛКМ, что существенно ограничивает область его применения.
Отверждение Пк с помощью ИК-излучения позволяет очень быстро разогреть изделие до нужной температуры, что значительно сокращает технологический процесс и уменьшает габариты обору-дования, но этот метод подходит только для деталей простой конфигурации, не отбрасывающих тень на себя, и требует специально подобранной рецептуры порошковой краски.
Еще один промышленный способ отверждения порошковых ЛКМ — УФ-излучением.
УФ-отверждение порошковых ЛКМ начали применять в промышленных масштабах лишь в течение последних десяти лет. Технология УФ-отверждения для порошковых материалов во многом сходна с УФ-отверждением жидких ЛКМ. К недостаткам способа следует отнести невозможность получать матовые Пк и отверждать ЛКМ желтого цвета, в частности при толщине Пк 60—80 мкм. Последнее связано со свойством желтых пигментов поглощать излучение как в УФ-, так и в видимой области спектра. Эти обстоятельства ограничивают применение УФ-отверждения, так как возможность получать матовые Пк является одним из основных требований при окраске древесностружечных плит средней плотности (МДФ) в мебельной промышленности. В настоящее время для удовлетворения этого требования могут быть предложены только мелкоструктурированные порошковые краски.
В таблице приведены основные технические характеристики различных методов отверждения порошковых ЛКМ и свойства получаемых покрытий.