Технология порошковых красок
Фирма INVER начала исследования в области порошковых красок в конце семидесятых годов.
Развитие технологий получения и применения порошковых красок началось с середины 50-х годов. В качестве первых порошковых материалов применялись порошковые краски на основе термопластичных пленкообразующих, отверждение которых на подложке протекало без каких-либо химических реакций. Однако, в настоящее время наибольшее распространение получили порошковые краски на основе термореактивных пленкообразующих. Отверждение таких покрытий протекает за счет взаимодействия реакционноспособных функциональных групп пленкообразователя. К термореактивным пленкообразователям относятся полиэфиры, эпоксиды, полиуретаны, гибридные эпокси-полиэфиры и др.
Порошковые краски имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными жидкими лакокрасочными материалами.
Отсутствие растворителей в составе порошковых красок не вызывает загрязнение окружающей среды. Обычно выбросы растворителей при использовании жидких ЛКМ составляет до 70% от общего количества использованной краски. Для очистки воздуха от паров растворителей необходимо применение специального оборудования, что влечет за собой дополнительные расходы.
Порошковые краски менее опасны для здоровья человека. Большинство современных порошковых красок не содержит опасных для здоровья человека веществ, таких как тяжелые металлы. Она не обладает раздражающим действием на кожу.
Возможность получения толстого покрытия за одно нанесение. Для того, чтобы получить покрытие определенной толщины на базе жидких ЛКМ, нужно нанести несколько слоев краски. Получение покрытия заданной толщины с помощью порошковой краски ограничивается однослойным нанесением и отверждением в камере полимеризации. Это позволяет существенно снизить потребность в производственных площадях и сэкономить время технологического цикла окраски.
Низкие потери материала при нанесении. Потери материал при нанесении составляют около 5%. Не осевшая на изделии порошковая краска собирается в рекуператоре, смешивается с новой краской и направляется в цикл окраски. Таким образов происходит практически полный возврат краски в производственный цикл.
Порошковые краски поставляются потребителю в готовом для использования виде. Порошковые краски являются однокомпонентными и не требуют доведения до определенной вязкости путем добавления растворителя.
В настоящее время существует достаточно широкий ассортимент порошковых красок. Поэтому окончательный выбор той или иной краски будет зависеть от условий эксплуатации окрашенного изделия.
Нанесение порошковой краски.
В настоящее время основными методами нанесения порошковых красок являются:
- нанесение в псевдоожиженном (кипящем) слое
- нанесение электростатическим способом (с коронной или трибо- зарядкой порошка).
Метод нанесения в псевдоожиженном слое был изначально разработан для нанесения термопластичных порошковых красок. Нанесение термореактивынх порошковых красок таким методом часто ограничивается большой толщиной получаемого покрытия (250 – 5000 мкм). Обычно этот метод используется для окраски крупногабаритных или сетчатых изделий.
Нанесение порошковой краски осуществляется в ванне кипящего слоя. Через специальное пористое днище ванны подается очищенный сжатый воздух. Под действием воздуха образуется кипящий слой. Перед погружением в ванну изделия нагревают до температуры, выше температуры плавления порошковой краски. Толщина покрытия зависит от того, сколько времени изделие находилось в ванне и от его температуры. Если изделие крупногабаритное, то аккумулированного им тепла хватит для завершения процесса отверждения порошковой краски. Для металлоемких изделий необходимо проводить доотверждение покрытия в печи полимеризации.
Преимущества:
1. За один цикл нанесения и последующего отверждения можно получить толстослойное покрытие, обладающее высокой антикоррозионной стойкостью.
2. При соблюдении технологического цикла нанесения можно регулировать равномерность толщины пленки.
3. Низкая первоначальная стоимость оборудования
Недостатки:
1) Для загрузки ванны необходимо большое количество порошка;
2) Обрабатываемая деталь должна быть предварительно нагрета
3) Этот метод нанесения используется только в тех случаях, когда необходимо получить толстослойное покрытие
4) Окрашиваемые изделия должны быть простой формы;
Электростатический метод нанесения. Порошковая краска подается из бункера в виде аэровзвеси в электростатический напылитель, где под действием высоковольтного каскада частицы порошковой краски приобретают поверхностнй электростатический заряд. Вылетая из напылителя, заряженные частицы порошковой краски оседают на поверхности заземленного окрашиваемого изделия. Не осевшая на изделии порошковая краска собирается с помощью специальных фильтров и поступает в бункер для повторного нанесения.
Преимущества:
1) Возможность окраски деталей сложной конфигурации;
2) Получение пленки толщиной от 35 до 250 мкм за один цикл нанесения
3) Простота и низкие затраты на нанесение в автоматическом режиме;
4) Возможность быстрой смены цвета
5) Не требуется предварительное нагревание деталей
Недостатки:
1) Достаточно высокая стоимость оборудования
2) На процесс нанесения затрачивается больше времени, чем при нанесении жидких ЛКМ.
Одной из разновидностей электростатического метода нанесения является трибостатическая зарядка порошка. Трибо-зарядка создается при контакте и разделении частиц порошковой краскив специальной заряжающей трубке трибо-напылителя. При соприкосновении двух поверхностей электроны передаются с одного твердого тела на поверхность другого. Частицы порошка, которые отдали электроны заряжаются положительно и притягиваются к окрашенной поверхности.
Преимущества:
1) Низкая стоимость – не требуется высоковольстный генератор
2) Хорошая проникаемость в глубокие выемки и труднодоступные места
3) Отсутствие искровых разрядов
4) Предельная толщина покрытия больше, чем толщина покрытия полученного при использовании коронного электростатического метода нанесения.
Недостатки:
1) Так как порошковые краски имеют разный состав, то потенциал заряда на частицах может быть различным, а в некоторых случаях может быть настолько низким, что влечет за собой неполное осаждение на окрашиваемую поверхность или полное отсутствие осаждения.
2) Эффективность зарядки снижается с увеличением относительно влажности.
3) Эффективность зарядки снижается с увеличением продолжительности непрерывного применения
4) Скорость осаждения порошка ниже, чем при коронном методе электростатического напыления.
Отверждение порошковой краски
Процесс отверждения порошковых термореактивных красок протекает по следующей схеме:
- порошковая краска под действием температуры переходит в состояние расплава. После того, как краска расплавилась, переход обратно в кристаллическое состояние невозможно
- затем происходит растекание расплава порошковой краски на подложке;
- параллельно с процессом растекания начинается химический процесс взаимодействия функциональных групп пленкообразователя и отвердителей, так называемая «сшивка».
В результате всех этих процессов образуется отвержденное, «сшитое» покрытие.
При применении термореактивных порошковых красок, также, как и в случае жидких ЛКМ, можно получить декоративные покрытия с высокой или низкой степенью глянца, со специальными эффектами под алюминий, бронзу, металлик, текстурированные и молотковые покрытия
Рецептура порошковой краски
Основными компонентами, необходимыми для производства термореактивной порошковой краски являются:
- пленокобразователи
- отвердители, катализаторы (агенты, ускоряющие процесс полимеризации)
- регулятор растекания
- пигменты и наполнители
- различные модифицирующие добавки
Выбор типа пленкообразователя является очень важным фактором, так как от типа пленкообразователя зависят температура плавления, текучесть, равномерность распределения порошковой краски качество конечного полимерного покрытия. Обычно используют пленкообразователи с температурой плавления 70 – 110оС.
Отвердитель, катализатор выбирают исходя из способа производства порошковой краски, условий протекания реакции полимеризации, типа пленкообразователя. Отвердитель не должен вступать в реакцию при комнатной температуре, оставаясь инертным до температуры 100 - 180оС. Реакция полимеризации не должна протекать слишком быстро, так как в этом случае возможно не полное растекание расплава. Однако длительная реакция полимеризации также нежелательна.
В настоящее время для производства порошковых красок используют такие же пигменты, как и для производства жидких ЛКМ. Для производства белых и светлых тонов основным пигментов является диоксид титана. При производства темных оттенков основным пигментом является сажа. При производстве красок с металлическим эффектом используются алюминиевая и бронзовая пудра. Основными пигментами для производства цветных красок являются органические пигменты.
Наполнители в краску вводят для снижения стоимости. Их введение не влияет на физико-механические свойства покрытия, способность к растеканию. Однако избыточное количество наполнителя может привести к ухудшению свойств покрытия.
Введение в рецептуру порошковой краски добавок, регулирующих текучесть необходимо для того, чтобы избежать образования различных дефектов покрытия, таких как наколы, кратеры, остаточная шагрень.
