Дипломная (вкр): Разработка технологии для окраски деталей троллейбуса порошковыми полимерными материалами

.2.1 Термореактивные полимеры

Полиэфирные покрытия

Их основой, как и в гибридных составах, являются карбоксил-содержащие насыщенные полиэфиры. Применяют отвердители двух типов - триглицидилизоцианурат (ТГИЦ) и гидроксиламид (примид). По технологическим характеристикам полиэфирные материалы (краски и лаки) не отличаются от эпоксидных и гибридных. Они хорошо наносятся в электрическом поле (как трибо-, так и электростатическими распылителями) и при нагревании образуют покрытия в широком интервале температур - от 150 до 200 °С; 20-10 мин.

Покрытия могут быть тонкими (30-70 мкм) и толстыми (75-120 мкм), при этом механические свойства остаются на хорошем уровне. Отличительные их особенности - стойкость к перегреву, хорошие атмосферостойкость и устойчивость к воздействию УФ-лучей. Полиэфирные краски - это один из наиболее светостойких и атмосферостойких видов порошковых материалов. Стойкость покрытий к химическим агентам также хорошая, но несколько ниже, чем у эпоксидных покрытий. Непигментированные покрытия - прозрачные, с хорошим блеском, бесцветные, они могут выполнять самостоятельные функции или служить дополнительной защитой в многослойных цветных покрытиях [14].

Достоинства таких покрытий:

высокая атмосферостойкость;

светостойкость при нагревании и воздействии УФ-лучей;

прозрачность и бесцветность непигментированных покрытий;

хорошие механические свойства

К основным недостаткам полиэфирных покрытий можно отнести следующие показатели:

· повышенная токсичность ТГИЦ как компонента красок;

· понижена реакционная способность составов с отвердителем.

Таблица 2 - Свойства порошковой полиэфирной краски

Полиэфирные покрытия широко применяются в таких областях как транспортное и сельхозмашиностроение, приборостроение, строительство, производство электрооборудования, производство металлической мебели.

Основными окрашиваемыми объектами являются велосипеды и мотоциклы, станки, авто-мото детали, холодильники, пылесосы, кондиционеры, металлическая мебель, водонагреватели и отопительные радиаторы, огнетушители, инструмент, детали швейных машин, утюги, керамические и асбоцементные плитки, садовое и сельхозоборудование [10].

Покрытия из порошковой эпоксидной смолы

По объему производства и потребления эпоксидные композиции занимают первое место среди всех порошковых лакокрасочных материалов. Их лидирующее положение связано с относительной доступностью сырья, хорошими эксплуатационными свойствами покрытий. Для производства красок применяют в основном диановые олигомеры. Другими компонентами порошковых эпоксидных красок являются: модификаторы, отвердители, ускорители отверждения, пигменты и наполнители, агенты, реагирующие на вязкость и растекание расплавов. В общем виде рецептура красок может быть представлена следующим образом:

Таблица 3 - Состав порошковой эпоксидной краски

Весьма широк и разнообразен ассортимент порошковых эпоксидных красок. Краски предназначены для получения электроизоляционных, химически стойких и защитно-декоративных покрытий. Назначение порошковых компаундов, содержащих до 70 мас. % наполнителей - электроизоляция изделий радиотехнической и электронной промышленности.

Эпоксидные покрытия отличаются высокой адгезией, механической прочностью и химической стойкостью. Покрытия влагостойки, стойки к щелочам, ароматическим углеводородам, смазочным маслам. По атмосферостойкости эпоксидные покрытия уступают многим другим покрытиям, например, полиэфирным; они быстро теряют глянец. Достаточно высоки диэлектрические свойства покрытий [3, 4].

Таблица 4 - Свойства эпоксидных покрытий

Эпоксидные покрытия также обладают и диэлектрическими свойствами. Они достаточно высоки и составляют при комнатной температуре и частоте 1000 Гц следующие показатели (таблица 5).

Таблица 5 - Диэлектрические свойства эпоксидных покрытий

С повышением температуры удельное объемное сопротивление покрытий снижается и достигает при 120 °С 10¹⁵-10¹⁶, при 150 °С- 10¹⁴-10¹⁵ Омм.

Свойства покрытий во многом зависят от вида применяемого отвердителя и условий отверждения. Покрытия, отвержденные при высоких температурах (180-230 °С), как правило, имеют лучшие свойства, чем отвержденные при низких температурах (120-150 °С).

Основными достоинствами эпоксидных смол являются следующие характеристики:

· легкая заряжаемость в электрическом поле;

· высокая реакционная способность;

· широкий интервал температур и относительно небольшое время отверждения;

· высокая твердость покрытий;

· хорошая стойкость к химикалиям и растворителям;

- высокая коррозионная стойкость;

·   хорошие электроизоляционные свойства.

Среди недостатков следует отметить следующее:

·   низкая погодоустойчивость;

·   относительно невысокая термостойкость;

Эпоксидно-полиэфирные покрытия

Эпоксидно-полиэфирные материалы наиболее распространены в технологии покрытий. Их получают путем сочетания эпоксидного и полиэфирного (карбоксилсодержащего) олигомеров и поэтому нередко называют гибридными составами. При введении соответствующих катализаторов изготовляют краски и лаки, отверджаемые в широком интервале температур.

Гибридные краски более стойки к перегреву, чем эпоксидные, при формировании покрытий (не желтеют). Покрытия отличаются чистотой поверхности и повышенным блеском (для глянцевых красок); представляется возможным получать чисто белые покрытия. Способы нанесения - общепринятые для термореактивных красок; предпочтительным, однако, является способ электростатического распыления. Краски, наносимые трибостатическими распылителями, должны содержать трибостатические добавки; последние вводят обычно при изготовлении красок или непосредственно перед нанесением. Режим отверждения большинства промышленных гибридных красок: 150-200 °С; 20-5 мин, толщина покрытий - 35-70 мкм.

Таблица 6 - Свойства порошковой эпоксидно-полиэфирной краски

Гибридные краски заметно потеснили эпоксидные в тех областях, где требуются тонкие покрытия с красивым внешним видом. Этому способствовали и экономические соображения - более низкая стоимость покрытий. Области применения таких покрытий особенно широки.

К основным достоинствам эпоксидно-полиэфирных покрытий можно отнести следующие показатели:

· хорошее растекание расплавов;

· стабильность цвета при формировании и эксплуатации покрытий;

· хорошие механические свойства;

· повышенная (по сравнению с эпоксидными покрытиями) атмосферо-стойкость.

Среди недостатков можно выделить следующие показатели:

· пониженная адгезия и ее стабильность в воде;

· ограниченная химическая стойкость покрытий;

- трудность получения матовых покрытий при низкотемпературном отверждении.

Эпоксидно-полиэфирные покрытия широко применяются в таких областях как транспортное и сельхозмашиностроение, бытовая техника, приборостроение, производство электрооборудования и инструмента.

Основными окрашиваемыми объектами являются велосипеды и мотоциклы, станки, автомотодетали, холодильники, пылесосы, кондиционеры, металлическая мебель, водонагреватели и отопительные радиаторы, огнетушители, инструмент, детали швейных машин, утюги, керамические и асбоцементные плитки [10].

Полиуретановые покрытия

Порошковые полиуретановые краски используются уже более 25 лет как для наружных, так и для внутренних работ. В США и Японии они составляют 30% всех порошковых красок, а в Европе не более 10%. В основном это связано с выделением в процессе отверждения блокирующего агента - капролактама (3-6% летучих) и относительно высокой ценой по сравнению с другими порошковыми красками. В последние годы появились изоцианаты с, так называемым, внутренним блокированием, т.е. блокирущий агент не выделяется в процессе отверждения. К недостаткам внутренне блокированных изоцианатов, т.н. полиуретандионы, можно отнести меньшую реакционноспособность. Однако, сейчас фирмы Huls, Bayer, McWhorter предлагают новые уретандионы, лишенные этого недостатка. Кроме этого, они еще и позволяют снизить температуру отверждения на 30 °С.

Полиуретановые краски изготовляют на основе гидроксилсодержащих полиэфиров и полифункциональных акрилатов; отвердителями служат блокированные изоцианаты.

Полиуретановые лаки и краски достаточно экономичны, так как позволяют получать тонкие покрытия (25-50 мкм), равнозначные покрытиям из жидких составов. Большая часть красок - материалы высокотемпературного отвержденя (180-200°С; 20-10 мин). В последнее время, однако, разработаны составы, формирующие покрытия при более низких температурах: 170- 160°С; 20-30 мин. Полиуретановые покрытия сочетают многие положительные качества: высокую адгезию (в том числе к цветным металлам ) и хорошие механические свойства, атмосферостойкость и устойчивость ко многим химикалиям, особенно к растворителям, жидкому топливу и смазочным мае-лам. Вследствие участия в пленкообразовании деблокирующего агента (продукта распада отвердителя) покрытия даже в тонких слоях имеют хорошее растекание и блеск, свойственный силикатным эмалям. Главное применение полиуретановых составов - противокоррозионная защита металлов, эксплуатирующихся в атмосферных условиях, а также изготовление покрытий функционального назначения (износостойкие, кавитационностойкие, рефлексные и другие) [2].

К достоинствам полиуретановых красок можно отнести очень хорошее растекание; стабильность цвета при перегреве и воздействии УФ-лучей; высокая адгезия к разным субстратам; хорошие механические свойства и ат-мосферостойкость, высокая твердость, гибкость, термо- и морозоустойчивость, блеск, хорошие диэлектрические свойства, отличная абразивостойкость и стойкость к царапанью. А по стойкости к агрессивным воздействиям, включая газы, кислоты, щелочи, ароматические углеводороды, жидкое топливо, минеральные масла превосходит большинство покрытий, уступая только фторопластам.

Недостатками данной краски являются повышенное газовыделение в результате улетучивания деблокирующего агента (капролактама); повышенные температуры отверждения (минимальная температура отверждения -170°С); токсичность изоцианатов, дороговизна [14].

Область применения полиуретановых покрытий - приборостроение, транспортное, сельскохозяйственное и химическое машиностроение, строительство [10].

Акриловые покрытия

Акриловые полимеры обладают высокой стойкостью к действию света, низких(до -50 °С) и высоких (до +260 °С) температур и атмосферным воздействиям. В зависимости от выбора и содержания исходных мономеров можно в значительных пределах регулировать физико-механические и другие свойства изделий из акриловых полимеров.

В качестве материалов для покрытий используют термопластичные и термоотверждаемые смолы. Из термопластичных акриловых полимеров как основу для порошковых композиций и лакокрасочных покрытий используют смолы АС (сополимер, состоящий из 90 % бутилметакрилата и 10 % метакрилата) и БМК-5 (95 % бутилметакрилата и 5 % метакриловой кислоты). Покрытия на основе термопластичных акриловых смол имеют низкую водонабухаемость, но значительную паропроницаемость, что затрудняет использование их для защиты в условиях повышенной влажности. В таких случаях необходимо предварительное оксидирование или фосфатирование поверхности защищаемого изделия.

Термоотверждаемые акриловые смолы представляют собой низкомолекулярные сополимеры нескольких мономеров, содержащие функциональные реакционноспособные группы, которые при нагревании взаимодействуют между собой и другими группами. Из нескольких видов термореактивных акриловых смол, отличающихся типом функциональных групп, наиболее распространены смолы, содержащие метилольные, карбоксильные и другие функциональные группы.

На основе термоотверждаемых акриловых смол разработаны порошковые композиции для покрытий, отличающиеся химической природой сополимеров: краска П-АК-1138 на основе смеси глицидил- и карбоксилсодержащих смол и краска П-АК-1142 на основе метакриламидной смолы. Покрытия из порошкообразных композиций на основе акриловых смол более устойчивы к тепловому и атмосферному воздействию, чем покрытия из эпоксидных.

1.3 Методы нанесения покрытий

.3.1 Нанесение жидких лакокрасочных покрытий

Выбор способа нанесения лакокрасочных материалов зависит от размеров и конфигурации окрашиваемых поверхностей, требований к внешнему виду лакокрасочных покрытий, сроков и условий производства работ, а также технических характеристик применяемых материалов.