Водорастворимые лакокрасочные материалы

Доля органических растворителей, которые улетучиваются в атмосферу при производстве и применении только лакокрасочныхматериалов, составляет 32% от общей массы выбросов летучих органических веществ [17]. Во время хранения и использования органические растворители повышают пожаро- и взрывоопасность на территории автосервиса и негативно влияют на здоровье работников.

Основой современных лакокрасочных систем, обладающих низким содержанием летучих (VОС), стали водоразбавляемые эмали, входящие в двух- и трехслойные окрасочные системы (базовые покрытия). При этом грунты и лаки окрасочной системы выполнены на сольвентной основе, но содержание в них VОС строго огра­ничено таким образом, что усредненные вы­бросы от всех используемых в окрасочной сис­теме продуктов не должны превышать 420 г/литр.

Европейские автопроизводители с 1982 года активно используют промышлен­ные покрытия на водной основе. Ремонтные системы на водной основе выпускают такие фирмы как Standox (система Standohyd), Spies Hecker (Permahyd), RM (Onyx HD), PPG (Envirobase), Du Pont (Cromax), ICI (Aquabase), Glasurit (Glassohyd 90-N-line).

Водоразбавляемая автомобильнаяэмаль - «база» — кроме сокращения выбросов летучих органических веществ и пожарной безопасности обладает и рядом других достоинств. В настоящее время 80% автопроизводителей Западной Европы перешли на водные окрасочные системы при конвейерном производстве [17].

В водоразбавляемой системе 90% обычных растворителей по объему заменяет деминерализованная вода. При покраске автомобиля водорастворимыми красками воздухообмен в окрасочно-сушильнойкамере должен быть не менее 22000 м²/ч, а оптимальный — 24000…26000 м²/ч. Скорость потока должна составлять около 0,2 м/сек.

Оптимальная температура при работе и хранении любых водоразбавляемых материалов +20ºС. Однако, вода накладывает жесткие ограничения на температурный диапазон хранения водорастворимых красок. Категорически не допускается хранение при температуре ниже +5ºС и выше +40ºС. При работе с водоразбавляемыми красками особое внимание уделяется обезжириванию и удалению силикона, так как водные составы очень чувствительно реагируют на любые остатки жиров и масел. Технология нанесения водорастворимых красок, по сравнению с традиционными, существенно проще. Любой цвет можно нанести за один подход, без промежуточных сушек. При этом практически не имеет значения цвет грунта (порозаполнителя). Высокая укрывистость достигается за счет высокой вязкости базы — 22…26 сек. против 20…22 сек. у традиционных красок, и за счет повышенного содержания пигмента. Благодаря своей высокой укрывистости краски на водной основе намного экономичнее красок на органических растворителях.

Очень интересна водорастворимая авторемонтная система компании R-M, получившая название ONYX HD. Как и любая другая система, предназначенная для составления краски необходимого цвета непосредственно на автосервисе, ОNУХ вклю­чает в себя миксерную установку, содержащую цветовые компоненты-тонеры, с помощью ко­торых можно составить краски базового покры­тия на водной основе. Ос­новное отличие системы ОNУХ НD от других, представленных на рынке водных систем, за­ключается в том, что тонеры выполнены очень высококонцентрированными и, самое главное, они не содержат в своем составе воду [17].

Поскольку цветовые компонен­ты ОNУХ, не содержат в своем составе воду, они не боятся охлаждения до отрицательных температур.

После «оттаивания» и выравнивания температуры про­дукта и помещения мастерской, охлажденные до отрицательных температур тонеры ОNУХ НD можно использовать. При этом какой-либо поте­ри качества получаемой поверхности или техно­логических свойств материалов не наблюдается.

Естественно, любая система на водной основе должна включать в свой ассортимент продукты на водной основе. Система ОNУХ НD - не исключение. Два компонента - биндеры и раство­рители, входящие в ее состав, содержат воду и, естественно, не терпят отрицательных темпера­тур.

Порошковые лакокрасочные материалы

Применяемые для ремонтного окрашивания лакокрасочные материалы (грунтовки, шпатлёвки, эмали) содержат органические растворители другие огнеопасные и вредные вещества, поэтому при работе с ними необходимо применять специальные меры предосторожности. Многие органические растворители относятся к легковоспламеняющимся и горючим жидкостям, пары которых образуют с воздухом взрывоопасные смеси. Также пары и аэрозоли применяемых растворителей токсичны. Это в первую очередь ароматические и галогеносодержащие углеводороды, мономеры (стирол, акрилаты), некоторые пластификаторы и отвердители. Указанные недостатки жидких лакокрасочных материалов стимулируют поиск и разработку новых композиций, более приемлемых в экологическом, экономическом и техническом планах. Особенно интересны водорастворимые ремонтные эмали фирм BASF, Du Pont и Herberts, содержащие не более 350...400 г/л летучих орга­нических соединений [18]. Кроме этого, одним из выходов является применение порошковых красок низкотемпературного отверждения.

Внедряя порошковые ЛКМ, специалисты преследуют цель не только снизить эмис­сию летучих органических соединений, но и сократить объемы жидких и твер­дых отходов, образующихся при окраске автомобилей. По сравнению с традиционными лакокрасочными материалами порошковые краски обеспечивают практически безотходную технологию производства покрытий (потери лакокрасочного материла 1...2 %), также физико-механические свойства покрытий из порошковых красок по многим факторам превосходят покрытия из жидких лакокрасочных материалов [7, 18].

В таблицах 1.3 и 1.4 представлены сравнительные характеристики традиционных и порошковых ЛКМ.

Таблица 1.3

Сравнительная характеристика комплексных систем для окраски автомобилей с точки зрения экологической полноценности

Таблица 1.4

Сравнительная характеристика ЛКМ для верхних отделочных слоёв

Примечание: показатели приведены в баллах от 0 до 5, где 0 означает «очень высокая», 5 – «очень низкая»

Применение порошковых красок позволяет снизить энергозатраты при производстве покрытий на 20…40% по сравнению с использованием традиционных жидких лакокрасочных материалов. Так, если коэффициент использования традиционных жидких красок (в зависимости от сухого остатка и метода нанесения) составляет 25…65%, материалов с высоким содержанием нелетучих – 80…85%, то в случае порошковых красок – 97% [19].

Близкие к жидким краскам по составу (по сухому остатку) и назначению, порошковые лакокрасочные материалы, однако, существенно отличаются от них по свойствам. Если традиционные жидкие краски – растворы и дисперсии – типичные жидкие тела, то порошковые относятся к группе твёрдых (порошковых) тел. То, что в порошковых красках в качестве дисперсионной среды выступает воздух, а не растворитель или вода, как это имеет место в жидких лакокрасочных материалах, делает их технически, экологически и экономически выгодными в применении. Порошковые краски условно относят к материалам со 100%-м сухим остатком.

Все промышленные порошковые краски – полидисперсные системы. Они имеют, как правило, большой разброс по размеру частиц, лежащий в пределах от 5…10 до 60…100 мкм (при сухом просеве) – для красок, наносимых электростатическим распылением, и от 5…10 до 250…350 мкм – для красок, наносимых в кипящем слое. Краски должны быть однородными по цвету и составу, сыпучими (угол естественного откоса свободно насыпанного порошка – не более 40°), не гигроскопичными; температура стеклования материала – не менее 50°С. Насыпная плотность красок в зависимости от типа пленкообразователя и пигментов существенно различается: для красок на основе полиолефинов она составляет 0,2…0,4, эпоксидных олигомеров – 0,5…0,7, полифторолифинов – 0,6…0,8 г/см³ [20].

Выделяют две группы порошковых красок: термопластичные и термореактивные. Первые образуют покрытия без химических превращений, в основном за счёт сплавления частиц при нагревании с последующим затвердеванием расплавов при охлаждении. Получаемые из них плёнки термопластичны и растворимы. Их состав соответствует составу исходного материала. Краски второй группы формируют покрытие в результате сплавления частиц и протекания в расплавленном материале химических реакций. Такие покрытия необратимы, не плавки и не растворимы. По объёму производства термореактивные краски значительно превосходят термопластичные, они составляют до 80% общего выпуска порошковых лакокрасочных материалов [20].

Основными факторами, определяющими доминирующее развитие термореактивных порошковых красок (по сравнению с красками на термопластах), являются: меньшая толщина эксплуатационноспособных покрытий (соответственно меньший удельный расход материалов на их изготовление) и лучшее качество покрытий, в первую очередь в отношении адгезии, декоративных свойств, теплостойкости.

Термореактивные краски – материалы на основе олигомерных плёнкообразователей. Продолжительность формирования из них покрытий определяется скоростью протекания химических реакций отверждения, т.е. превращения олигомеров в трехмерное состояние; качество же получаемых покрытий зависит от глубины протекания реакций, степени их завершенности.

Рисунок 1.12 – Классификация порошковых лакокрасочных материалов по виду плёнкообразователя

Основные достоинства и недостатки термореактивных порошковых лакокрасочных материалов представлены в таблице 1.5.

Наибольшее применение имеют эпоксидные, эпоксидно-полиэфирные (гибридные) и полиэфирные краски. В меньшей степени используют (по причине повышенной стоимости) полиуретановые и полиакрилатные материалы.

Таблица 1.5

Достоинства и недостатки термореактивных порошковых лакокрасочных материалов

Существуют также краски фотохимического отверждения. Это новый быстро развивающийся класс порошковых материалов. Пленкообразователем в них служат ненасыщенные полиэфиры с температурой плавления 100…125ºС. Формирование из них покрытий осуществляется в две стадии: сначала порошковый состав, находящийся на поверхности, с помощью ИК излучения нагревается и сплавляется в монолитное покрытие, затем подвергается воздействию УФ лучей, которые вызывают отверждение покрытия. Отверждение осуществляется за счет реакции полимеризации, которая инициируется радикалами, образующимися при распаде фотоинициатора; последний является составной частью порошковых композиций. Процесс протекает в течение нескольких минут или секунд. Источником УФ излучения служат ртутные лампы среднего давления (поток излучения с поверхностной плотностью около 12 кВт/м²).

Данная технология рекомендуется для получения покрытий на пластмассах и других термочувствительных материалах [19, 20].

Порошковые лакокрасочные материалы находят широкое применение в отрасли автомобилестроения.

Широкое развитие приобрела окраска порошковыми материалами различных деталей легковых и грузовых автомобилей и автобусов. Так на Волжском автозаводе (ВАЗ) работают линии по нанесению порошковых красок на колёсные диски производительностью 1000 дисков в час. Окрашивание производится эпоксидными красками П-ЭП-45 серого цвета и П-ЭП-134 с металлическим блеском.

Диски на конвейере проходят в агрегат для подготовки поверхности, где последовательно подвергаются обезжириванию моющим составом КМ-1, фосфатированию раствором КФ-1, промывке и сушке. Далее они поступают в установку нанесения порошкового материала. Установка состоит из камеры автоматической окраски и двух камер ручной подкраски, снабжённых блоком рукавных фильтров для улавливания и возврата порошка. Оплавление, отверждение и охлаждение покрытий производится в конвективной пятиходовой камере, снабжённой газовым генератором. Температура в зоне отверждения 180…200^ОС, время прибывания изделий 30 мин. Толщина получаемых покрытий 70…80 мкм, расход краски 80…90 г/м² [20].

Другой объект применения порошковых материалов на этом заводе пружины амортизаторов. Их окрашивают краской П-ЭП-45 по описанной выше технологии.

Положительный опыт применения порошковых красок имеется и на других автозаводах страны. Например, на Павловском, Ликинском и Курганском автобусных заводах широко используют поливинилбутиральные краски для отделки поручней, кронштейнов, трубчатых каркасов сидений и других деталей автобусов. Покрытия наносят в аппаратах кипящего слоя. На автозаводе ГАЗ проводились производственные испытания порошковых эпоксидных, полиэфирных и поиакрилатных красок отечественного изготовления с целью определения возможности их применения для наружной отделки автомобилей. Краски наносили на поверхность электростатическим распылением (установка фирмы Ransburg и распылитель АР-1), покрытия отверждали в сушильной камере конвективного типа. Поверхность подготавливали различными способами. Испытания показали, что требованиям автомобильной промышленности отвечают полиэфирные краски П-ПЭ-1130 и П-ПЭ-1130у.

Японская фирма Honda одной из первых внедрила процесс грунтования кузовов автомобилей порошковыми материалами. Окраска кузова производится так называемым инверсионным способом, типичным для многих предприятий. Цикл состоит из подготовки поверхности, нанесения порошковой краски (грунтование), отверждения покрытия, нанесения жидкой грунтовки методом электроосаждения, сушки, промежуточного легкого шлифования, нанесения жидкого ЛКМ (верхний слой) методом электростатического нанесения и его отверждения.

Аналогичным способом окрашивают наружную поверхность кузова на заводе фирмы Fiat (Италия). Процесс окраски начинается с подготовки поверхности: низкотемпературного обезжиривания и ускоренного фосфатирования раствором монофосфата марганца. После тщательной промывки кузов высушивают при 140°С в течение 20 мин и подают на грунтование. Порошковая грунтовка наносится в двух последовательно расположенных камерах. В первой с помощью четырех роботов окрашиваются труднодоступные места кузова, во второй 10 автоматических распылителей наносят ЛКМ на лицевые поверхности. Время отверждения при 180°С - 15 мин. Толщина покрытия на лицевой части – 60…80 мкм, на днище – 50…60 мкм. Внутреннюю поверхность кузова грунтуют водоразбавляемой грунтовкой методом катодного электроосаждения. При этом окрашиваются все участки поверхности, недоступные для порошковой грунтовки. Катафорезная грунтовка, осевшая на внешней поверхности кузова, смывается водой при выходе из установки. Грунтовку сушат при 180°С в течение 30 мин при этом происходит дополнительное отверждение порошкового материала. Завершающая стадия окраски – нанесение верхнего покрытия – осуществляется обычным способом с помощью жидких меламиноалкидных эмалей.

Согласно прогнозам фирмы PPG, комплекс ЛКМ для отделки автомобиля будущего будет включать следующие компоненты:

· электрофорезную грунтовку, не со­держащую свинцовых добавок;

· водоразбавляемую или порошковую шпатлевку;

· водоразбавляемую композицию для базисного слоя;

· порошковую композицию для про­зрачного верхнего слоя.

Европейские автомобильные фирмы BMW и Mercedes-Benz приступили к внедрению порошковых красок для верхних прозрачных покрытий кузовов в первой половине 1990-х гг. С этой целью они использовали и продолжают ис­пользовать соответствующие материалы крупнейших лакокрасочных компаний: BASF, PPG, Hoechst и др.

К настоящему времени порошковыми материалами компании BASF на заводах фирмы Mercedes-Benz окрашено свыше 300 000 автомобилей. Очень хорошие тех­нико-экономические результаты по на­несению прозрачных верхних порошко­вых покрытий получены изготовителями автомашин BMW. По этой технологии на автозаводах BMW ежедневно окрашива­ется более 1000 кузовов [20].

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: