Лако-красочные материалы — производство

Катодная электроокраска теоретически всегда считалась наи­более предпочтительным методом окраски по следующим причи­нам: 1) покрытия не подвержены воздействиям, отрывающим их от подложки; 2) смолы в катионной форме дают щелочную реакцию, т. е. по своей природе являются ингибиторами корро­зии; кроме того они устойчивы к омылению.

Однако сложности, возникающие при выборе полимерной сист’емк, препятствовали быстрому внедрению этого метода.

В начале 1970 г. в автомобильной промышлённости Северной Америки наблюдалась’ вспышка коррозионного разрушения ме­таллов, особенно стальных корпусов. ПоследЬвавшиё’ за этим законодательные акты предусматривали ужесточение требова­ний по борьбе с коррозией, что послужило импульсом для раз­работки метода катодной электроокраски, который был внедрен во всей автомобильной промышленности Северной Америки в 1978 г.

Пленкообразующая основа. Все современные материалы для катодной электроокраски базируются на’ связующих эпоксид­ного типа, отверждаемых аминами, которые стабилизируются в водной среде нейтрализацией различными кислотами. Для достижения оптимальных защитных свойств в’ краски необхо­димо вводить отвердители, а формирование покрытий проводить при повышенной температуре (165—180°С).

Пигментная часть. Основные требования к пигментам такие же, как и в системах для анодной электроокраски: простота строения, высокая степень чистоты, способность увеличивать коррозионную стойкость и ускорять процесс отверждения.

Объемная концентрация пигмента обычно составляет при­близительно 10%. Наиболее распространенные цвета — от се­рого до черного, причем основные пигменты и наполнители прак­тически не отличаются от аналогичных материалов, применяе­мых в композициях для анодной окраски.

Механизм осаждения. В основе механизма осаждения лежат те же законы электрохимии, которые использовались при анод­ном осаждении. Основные различия можно проиллюстрировать следующими схемами:

Переход полимера в раствор:

TOC o "1-5" h z R R

R—ils + R’COOH ——————- * R—N—Н+ + R’COO —

I I

К R R

растворяющая

Кислота

■

А) Диссоциация воды:

4НгО 3Н+4-ЗОН-4-Н2О

Б) Восстановление на катоде:

Н20+ЗН++4е——————— V 2Н2 + ОН-

R R

R— N—Н++ОН — v R—N: + Н20

А А

Нерастворимое осажденное покрытие

В) Окисление на аноде:

ЗОН — —4е ————— * Н20 + 02 + Н +

Н+ удаляется при элеитродиализе

R’COO-+Hf——————— *■ R’COOH

Эксплуатационные характеристики. В Северной Америке тех­нология катодной электроокраски быстро вытеснила технологию анодной электроокраски. Экспериментально было установлено, что катодная электроокраска обеспечивает получение покрытий с более высокими противокоррозионными свойствами и другими преимуществами, причем необходимый комплекс свойств обеспе­чивается даже при нанесении тонких пленок примерно 12 мкм непосредственно по металлу без его предварительной обработки.

Это очень существенно для изделии, имеющих коробчатое сече­ние так как в этом случае покрытия должны обладать высокой прочностью.

‘ Автомобильная промышленность Японии также быстро пере­строилась, за ней последовала Западная Европа, несмотря на т6 что в это время в Европе технология анодной электроокраски достигла вполне удовлетворительных результатов. Установки катодной электроокраски теперь можно встретить в любой части света, например на Тайване, в Малайзии, Индонезии, на Фи­липпинах и т. д., причем все установки обеспечивают высокое качество окраски; соответствующее наивысшим стандартам.

На рис. 9.4 представлена диаграмма, характеризующая уро­вень совершенствования противокоррозионной защиты металла с помощью покрытий, полученных катодной или анодной электро­окраской. Противокоррозионные свойства определялись путем испытания покрытия в камере солевого тумана по методу АБТМ.

Требования к установке. Установка для катодной электро­окраски (рис. 9.5) в основном аналогична установке для анод­ной электроокраски в части систем, обеспечивающих циркуля­цию, охлаждение и фильтрацию краски и равномерную и ста­бильную работу источника тока. Основное различие состоит в том, что в данном случае необходимо использовать материалы, стойкие к кислотам, либо защищать поверхности из конструк­ционной стали хорошими кислотостойкими покрытиями.

Наиболее подходящим материалом является нержавеющая сталь, из которой изготавливаются насосы, вентили и трубопро­воды. Однако высокая стоимость нержавеющей стали часто яв­ляется препятствием для ее широкого использования, и там, где

Час

600

Катодное

Анодное

1960

Рис. 9.4. Усовершенствование метода противокоррозионной защиты (Сравнение покрытий, полученных методами катодного и анодного осаждения, дается при одинаковой толщине пленки (18—22 мкм), нанесенной по слою фосфата цинка)

Возможно, применяют различные заменители, например поли­винилхлорид или другие полимерные материалы.

Ванны для электроокраски и камеры для промывки также должны быть изолированы кислотостойким материалом, хотя камеры для промывки чаще выполняются из нержавеющей стали.

Промывка окунанием. Лакокрасочные материалы для катод­ной электроокраски имеют относительно высокий сухой остаток (20—22%) и поэтому наиболее эффективным методом про­мывки в этом случае является метод окунания.

■ При подъеме изделия из камеры для промывки лакокрасоч­ный материал стекает с поверхности более полно, чем при обыч­ной промывке методом распыления. Понятно, что чем более эффективна промывка, тем более экономичен процесс.

Для эффективного удаления поверхностного слоя краски с окрашенного изделия в установке для промывки окунанием должна быть обеспечена турбулизация промывочного раствора.

Ультрафильтрация. Ультрафильтрация представляет собой процесс прохождения материала через мембрану с очень малыми порами под действием давления. В случае электроокраски под ультрафильтрацией следует понимать процесс разделения дис­персионной среды (вода, растворитель и водорастворимые соли) и дисперсной фазы (смолы и пигменты).

Необходимая скорость движения краски составляет при­мерно 4—4,5 м/с или 150, л/мин. Для предотвращения осажде­ния пигмента в трубопроводах, что может привести к. наруше­нию нормального потока краски, эту скорость необходимо под­держивать на требуемом уровне.

Назначение ультрафильтрации:

А) Экономия краски. Это является наиболее важным вопро­сом. При повторном использовании фильтрата после промывки окрашенного изделия и снятия поверхностного слоя эффектив­ность использования краски может возрасти на 15—20%.

Б) Очистка. Растворимые соли, которые попадают в камеру промывки с окрашенных изделий и которые ухудшают внешний вид и эксплуатационные свойства покрытий, могут быть уда­лены посредством ультрафильтрации.

В) Сохранение качества краски. Вообще при катодной элек — троокраске очистка является обязательным процессом, обеспе­чивающим поддержание свойств краски в некоторых определен­ных пределах. Это необходимо для того, чтобы избежать ухуд­шения эксплуатационных характеристик покрытия и обеспечить качественное нанесение краски.

Г) Обезвоживание. В тех случаях, когда сухой остаток краски в ванне для окраски становится слишком низким, а свободный объем ванны достаточно велик, сухой остаток может быть уве-

Ичен простым сливом ультрафильтрата и заменой его на све­жую краску.

Методы регулирования pH. Регулирование pH осущест­вляется с помощью установки электродиализа. Вокруг анода устанавливается селективная ионообменная мембрана, которая пропускает ионы кислоты, образующиеся в процессе электро­лиза. Контроль производится автоматически с помощью анали­тической аналоговой системы. Количество подаваемой из источ­ника неионизированной воды возвратной жидкости контроли­руется с помощью счетчика проводимости.

Предварительная обработка поверхности. Получение фос­фатной пленки методом распыления, которое осуществляется при анодной электроокраске, непригодно в случае катодной электроокраски, так как приводит к снижению адгезии во влаж­ных условиях этого метода. Причиной ухудшения адгезии, как было установлено, является отслаивание вторичного слоя фос­фата цинка; (химическое название «гопеит», 2п:!(Р04)2-4НгО). Этот вторичный фосфат называют словом «трава», из-за его внешнего вида, а также из-за того, что он «растет» на поверх1 ности фосфата цинка (химическое название «фосфофиллит», 2п2Ре(Р04)2-4Н20). При анодной электроокраске эта «трава» в значительной мере отщепляется благодаря разрушению под — ложки, при катодном осаждении она практически сохраняется.

Высокие когезионные силы в эпоксидной пленке, получен­ной методом катодной электроокраски, приводят к увеличению напряжения в слабом слое вторичных фосфатов при набухании в результате поглощения воды. В результате на границе раздела слоев появляются «сколы», что само по себе свидетельствует о снижении адгезии.

Для решения этой проблемы были разработаны методы по­лучения гомогенных фосфатных покрытий, наполненных желе­зом, с высокоразвитой тонкой кристаллической структурой и минимальной толщиной слоя вторичного фосфата цинка. Для большей гарантии можно обработать полученный фосфатный слой слабым раствором какого-либо хромата. Получаемый при этом эффект называют «эффектом закрепления», в результате кристаллы скрепляются и повышается гомогенность поверхности.

В Европе и Северной Америке вторичная обработка фос­фатного слоя считается ведущим направлением в области улуч­шения качества и эксплуатационных характеристик покрытий. Однако из-за различных ограничений этот метод не нашел при­менения в Японии.

В этой стране более широкое распространение получил метод фосфатирования путем окунания изделий в ванну, в которой обеспечивается равномерное перемешивание раствора для фос­фатирования, вследствие чего достигается более высокая сте­пень однородности фосфатного покрытия и образуются в основ­ном первичные фосфаты.

Общая оценка состояния проблемы и пути её усовершен­ствования. Основным преимуществом метода катодной электро­окраски является усиление противокоррозионных свойств покрытий. Степень улучшения этих свойств весьма значительна, причем в сочетании с использованием парафиновых смазок, которые часто применяют для защиты изделий, имеющих короб­чатое сечение, можно с гарантией обеспечить шестилетний срок противокоррозионной защиты и отсутствие каких-либо серьез­ных повреждений на защищенных поверхностях. Технологиче­ский процесс и качество обработки отличаются стабильностью и обеспечивают высокие эксплуатационные характеристики защищаемых изделий, что очень существенно при массовом производстве.

На рынках появились и некоторые новые разработки. К ним относится, например, толстослойное покрытие (толщина около 35 мкм), которое сводит до минимума операцию грунтования и имеет низкую температуру отверждения. Применение этого материала не дает преимуществ с точки зрения снижения энер­гозатрат, однако он может применяться в тех случаях, когда на корпусе автомобиля имеются детали из пластмассы.