Лако-красочные материалы — производство

Как было указано выше, при производстве автомобилей в настоящее время в основном используются отделочные покры­тия с металлическим оттенком. Таким покрытиям благодаря при­влекательному внешнему виду, вероятно, и в дальнейшем обес­печен большой спрос, т. к. и по цветовым характеристикам и по свойствам они отвечают требованиям потребителей. Однослой­ные отделочные покрытия с металлическим оттенком в том виде, в каком они сейчас существуют, готовятся на основе термо­пластичных или термореактивных акрилатных связующих.

Однако они имеют ряд недостатков по сравнению с покры­тиями насыщенных цветов:

А) пониженный блеск, особенно для покрытий светлых тонов;

Б) ограниченное применение некоторых видов пигментов, например, органических;

В) пониженная устойчивость в кислых средах;

Г) трудности нанесения (для улучшения этого показателя целесообразно использовать покрытия на основе НВД термо­реактивных акрилатов).

Несколько десятилетий назад был предложен способ введе­ния алюминиевых чешуек в самостоятельный слой покрытия (в основной слой), который перекрывается слоем прозрачного связующего. Такая технология используется при нанесении мно­гоцветных покрытий на велосипедные рамы.

Многие европейские производители автомобилей отдают предпочтение этой технологии, поэтому с конца 1960-х гг. при окраске широко применяется система с основным слоем, содер­жащим алюминиевые чешуйки, и прозрачным наружным слоем. Основной слой обеспечивает укрывистость и металлический оттенок, а прозрачный слой придает блеск, чистоту тона и повы­шенную долговечность. Такая технология получила широкое рас­пространение и в настоящее время используется в Западной Европе, Японии и интенсивно развивается в США.

Химизм процесса.

Свойства основного слоя — а) высокая укрывистость, которая достигается при нанесении тонкой пленки (10 мкм);

Б) быстрое удаление растворителя — продолжительность сушки перед нанесением прозрачного покрытия составляет 2—3 мин;

В) максимальный металлический эффект достигается при низ­ком сухом остатке (20%); г) «совместимость» с прозрачным покрытием, т. е. хорошая адгезия и отсутствие стекания про­зрачного покрытия.

— В- качества—связующего для основного слоя используется термореактивное полимерное связующее, модифицированное дру­гими полимерами типа ацетобутирата целлюлозы, вводимыми в состав композиции для улучшения условия формирования пленки и ускорения испарения растворителя. В качестве связую­щего применяют либо не содержащий масел полиэфир, либо термореактивный акрилатный полимер, активно взаимодействую­щий с азотсодержащими смолами (например меламиновыми).

Характеристики этих двух типов связующих приведены ниже:

Полиэфирное Позволяет получить продукт с очень низким сухим остатком связующее (10—12%), обеспечивающий прекрасный металлический оттенок и легкость нанесения (в основном используется в Западной Ев­ропе)

Акрилатное Более высокий сухой остаток, чем у полиэфирного связующего связующее (15—20%), менее выраженный металлический эффект, но более высокая гладкость покрытия и меньшая продолжительность про­цесса окраски. (В основном используется в Японии и США)

Свойства прозрачного слоя: а) высокая прозрач ность и «совместимость» с основным слоем; б) обеспечивает повышенную стойкость к действию УФ-лучей, выдерживает более 3-х лет в условиях экспозиции в штате Флорида.

В качестве связующего для прозрачного слоя используют термореактивный акрилатный полимер, отверждаемый мелами­новой смолой с добавками поглотителей ультрафиолетовых лу­чей и светостабилизаторов.

Для получения максимального блеска и защиты от ультра­фиолетовых лучей толщина пленки наносимого материала долж­на составлять 35—50 мкм.

Известны два типа прозрачных слоев.

Прозрачный слои на осно­ве растворов акрилатных связующих

Прозрачный слой невод­ных дисперсий акрилатов

Характеристики

Обеспечивает получение покрытий с высо­ким блеском и прекрасной прозрачностью; обычно наносится два слоя. Обеспечивает получение однослойного по­крытия с меньшей прозрачностью, чем при использовании растворов

Процесс нанесения. Основной слой наносят в виде двухслой­ного покрытия «мокрым по мокрому» с непродолжительной про­межуточной сушкой на воздухе. Это необходимо для получения! высокой укрывистости и хорошего внешнего вида. После нане­сения второго слоя покрытие выдерживается на воздухе (2— 3 мин); иногда сушка ускоряется подачей теплого воздуха, после чего наносится 1 или 2 слоя прозрачного покрытия. Обычно толщина пленки основного слоя составляет 15 мкм, прозрач­ного слоя — 35—50 мкм. Окончательное отверждение покрытия производится при 130 °С в течение 30 мин.

Цвет и пигментирование. Для пигментирования покрытий с металлическим оттенком используются такие пигменты, кото­рые при соответствующих методах диспергирования и стабили­зации обеспечивают прозрачность покрытия. Полная прозрач­ность — цветных пигментов позволяет с помощью металлических чешуек получить яркое, сверкающее покрытие с металлическим эффектом.

При обеспечении максимальной прозрачности металлический оттенок будет зависеть от ориентации металлических чешуек. Как было описано выше, максимальный металлический эффект до­стигается тогда, когда каждая чешуйка ориентируется параллель­но поверхности. Отражающую способность покрытия с металли­ческим оттенком можно измерить с помощью гониофотометра, который часто используется для замеров отражения непигментй — рованных серебристых покрытий. В таких покрытиях можно не учитывать отражение или поглощение света за счет цветных пигментов.

На рис. 9.6 представлены сравнительные данные для различ­ных покрытий с металлическим оттенком. Из рисунка видно яв­ное превосходство полиэфирных покрытий с низким содержанием сухого остатка. Отражение измеряли при стандартном угле паде­ния (45°) и различных углах наблюдения и полученные данные откладывали на графике. Более высокое положение на кривой соответствует лучшему отражению, что характеризует степень ориентации металлических чешуек параллельно поверхности.

Ориентация металлических чешуек. Как уже отмечалось ранее, важнейшим фактором, влияющим на ориентацию алюминиевых чешуек, является «схватывание» или усадка пленки в процессе высыхания. Испарение растворителя из пленки в процессе высы­хания ограничивает свободу передвижения чешуек (типичный

Сухой остаток при нанесении

TOC o "1-3" h z Кривая А: основной слой на полиэфирном связующем 12%

Кривая В: термопластичный акрилатный лак 15%

Кривая С: основной слой на акрилатном связующем 18%

Кривая D1 термореактивное акрилатное связующее 25%

размер 10—25 мкм). Силы поверхностного натяжения, а также довольно большие размеры чешуек способствуют ориентации чешуек параллельно поверхности Однако, в случае каких-либо отклонений от параллельного расположения чешуек получаются покрытия с различным внешним видом, иными словами, покры­тия, в которых все чешуйки расположены абсолютно параллельно подложке, обеспечивают более высокий блеск по сравнению с

Покрытиями, где чешуики ориентированы под разными углами,’ например до 20°. В первую очередь это относится к основным слоям с очень яркими тонами и низким сухим остатком. Кроме того, толщина сухой пленки приблизительно равна или часто может быть меньше, чем длина чешуек. Это очень ограничивает движение чешуек, особенно если происходит усадка тонкой плен­ки на завершающей стадии процесса сушки покрытия. Все эти факторы обуславливают преимущества применения для основного слоя материалов с низким сухим остатком.

Состав подслоя. Можно утверждать, что наиболее высокое качество системы покрытия, включающей основной слой и про­зрачный слой, может быть обеспечено при применении полиэфир­ной шпатлевки (не содержащей масла), так как в этом случае по­вышается стойкость системы покрытия к расслаиванию. Как было отмечено ранее, эпоксидные материалы склонны к расслаиванию на границе раздела подслой — основной слой, особенно при воз­действии УФ-излучения. Следствием этого является преждевре­менное разрушение системы покрытия, состоящей из основного и прозрачного слоев. .

Применяемые в настоящее время полиэфирные шпатлевки, а также прозрачные слои, содержащие поглотители УФ-излуче­ния и светостабилизаторы, позволили решить эту проблему.

Практически внешний вид покрытий с основным слоем как при испытаниях во Флориде, так и в эксплуатационных условиях, был совершенно одинаков (см. ниже).

Внешний вид покрытий и долговечность. Испытания долговеч­ности во Флориде (5° южной широты) представляют собой тради­ционный способ определения долговечности в натурных условиях, используемый в автомобильной промышленности-: Флорида явля­ется весьма подходящим районом для таких испытаний благодаря высокому уровню УФ-излучения и повышенной влажности.

Ранее в качестве основы для прозрачных слоев применялись алкиды, однако такие покрытия разрушались под действием УФ-лучей в течение 12 мес.

Современные прозрачные слои на основе термореактивных ак­рилатных связующих имеют гарантированную долговечность от 3 до 5 лет. Такой высокий уровень долговечности обеспечивается современной технологией, связанной с применением, основного и прозрачного слоев.

Следует отметить, что в соответствии с существующими стандартами высококачественное покрытие должно выдерживать без разрушения испытания во Флориде в течение двух лет. Для данного вида покрытий возможно использовать более широкий-ас­сортимент пигментов, чем для термореактивных и термопластич­ных акрилатов, т. к. при использовании органических пигментов практически не происходит изменения цветовых характеристик при экспозиции в атмосферных условиях.

Органические пигменты имеют высокую прозрачность и низкую укрывистость и иногда обладают недостаточной стойкостью. Од­нако, поскольку к основному покрытию не предъявляются требо­вания по блеску, можно использовать высоконаполненные пиг­ментированные тонкие пленки (толщина 15 мкм). В этом случае прозрачный слой будет обеспечивать необходимый блеск и защиту от ультрафиолетового излучения.