книги из ГПНТБ / Крылова И.А. Электроосаждение, как метод получения лакокрасочных покрытий

Л. Б . Котлярский,

Т. Г . Стулъ

ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЕ

как метод получения лако­ красочных покрытий

МОСКВА

ИЗДАТЕЛЬСТВО «ХИМИЯ» 1974

УДК 667.647.22.087.9 К 85

Крылова И. А., Котлярский Л. Б., Стуль Т. Г. Электроосаждение, как метод получения лакокрасочных

покрытий. М., «Химия», 1974, 136 с., 46 рис., 4 табл., список литературы 247 ссылок.

Электроосаждение — один из перспективных методов на­ несения на изделия водоразбавляемых лакокрасочных мате­ риалов на основе водорастворимых пленкообразователей.

В книге изложены результаты освоения этого метода в промышленности. В ней описаны особенности технологии нанесения лакокрасочных материалов методом электроосаж­ дения, применяемое оборудование, а также даны рекоменда­ ции по выбору параметров процесса.

Книга предназначена для инженерно-технических работ­ ников различных отраслей промышленности, использующих лакокрасочные материалы для получения покрытий.

Чу- М / 3 2

© Издательство «Химия», 1974 г.

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Водоразбавляемые лакокрасочные материалы нахо­ дят все большее применение в связи с их преимущества­ ми по сравнению с материалами на органических раство­ рителях в санитарно-техническом и противопожарном отношении.

В данной книге описывается метод электроосаждения водоразбавляемых лакокрасочных материалов на основе пленкообразователей, -растворимых в воде. Приводимые в ней сведения должны способствовать внедрению этого метода в условиях производства, дальнейшим исследова­ ниям в этой области, а также устранению существующе­ го, в значительной мере эмпирического, подхода при окраске методом электроосаждения.

Авторами впервые в литературе была предпринята попытка обобщить большой и разрозненный научный и практический материал в области технологии нанесе­ ния лакокрасочных материалов методом электроосажде­ ния, поэтому книга не может, безусловно, претендовать на исчерпывающее рассмотрение всех вопросов, касаю­ щихся этого метода. Все замечания будут приняты авто­ рами с благодарностью.

Книга написана И. А. Крыловой, Л. Б. Котлярским и Т. Г. Стуль за исключением раздела гл. 3, в котором изложены основные принципы создания рецептур лако­ красочных материалов для электроосаждения, написан­ ного Н. Д. Коган, и раздела гл. 4, касающегося подго­ товки поверхности металла перед окраской, написанного Р. А. Мачевской и Э. А. Кабановой.

Авторы выражают глубокую признательность канди­ дату технических наук М. М. Гольдбергу за предвари­ тельный просмотр рукописи и ценные замечания.

5

В В Е Д Е Н И Е

Лакокрасочные покрытия являются основным защит­ но-декоративным средством, применяемым в различных отраслях промышленности. В настоящее время около 90% поверхности всех машин, приборов, аппаратов, транспортных средств, промышленных и гидротехниче­ ских сооружений защищается от коррозии лакокрасоч­ ными покрытиями. Используемые для их получения материалы дорогостоящи, и для их производства затра­ чивается много дефицитного органического и минераль­ ного сырья. В процессе нанесения лакокрасочных мате­ риалов традиционными, широко распространенными методами значительное их количество безвозвратно те­ ряется, в результате чего снижается эффективность про­ изводства и увеличивается потребление материалов. В связи с этим большое значение придается улучшению существующих и созданию принципиально новых лако­ красочных материалов, а также способов их нанесения с целью снижения удельных расходов материалов, повы­ шения качества покрытий и увеличения срока их службы.

До 60-х годов почти все применяемые в промышлен­ ности лакокрасочные материалы наносили распылением (воздушным, безвоздушным, с подогревом или без на­ гревания), окунанием, обливом, кистью, валиками

[1, с. 410—465; 2, с. 553— 584].

Принципиальным усовершенствованием метода рас­ пыления явилось получение покрытий в электростатиче­ ском поле высокого напряжения [3], обеспечивающее более рациональное использование лакокрасочных мате­ риалов, так как при этом потери сократились с 30—70

до 20%.

Недостатком преобладающего большинства лакокра­ сочных материалов, наносимых перечисленными выше методами, является необходимость применения дорого­ стоящих органических растворителей, придающих мате­ риалам соответствующую вязкость и удаляемых испа­ рением, в процессе формирования покрытий. Токсичность, взрыво- и пожароопасность используемых растворителей создают значительные трудности при организации окра­ сочных работ, а выбросы паров органических раствори­ телей в атмосферу являются одним из основных источни­ ков загрязнения окружающей среды.

6

Уменьшение или полное исключение из рецептур ла­ кокрасочных материалов органических растворителей является важнейшей задачей развития современной лако­ красочной промышленности, а создание водоразбавляе­ мых лакокрасочных систем — один из путей ее решения.

В водоразбавляемых лакокрасочных системах исполь­ зуются два вида связующих: водно-дисперсионные (ла­ тексные) и водорастворимые пленкообразователи, между которыми существует принципиальное различие. Диспер­ сии пленкообразователей — двухфазные неравновесные необратимые системы, относящиеся к лиофобным коллои­ дам. Лакокрасочные материалы на их основе находят широкое применение прежде всего как краски в строи­ тельстве, а также в некоторых других отраслях. Как правило, пленкообразователь в этом случае находится в водной среде в виде высокомолекулярного соединения, и поэтому нет необходимости в его химическом превра­ щении при формировании пленки. При использовании дисперсий не требуется каких-либо новых технологиче­ ских приемов окраски.

В отличие от водно-дисперсионных материалов раство­ ры пленкообразователей представляют собой однофазные системы, равновесные и термодинамически обратимые. Это водные растворы олигомеров или лиофильных кол­ лоидов, для которых необходимы дальнейшие химические превращения на подложке с образованием пространст­ венно сшитой структуры. Особенностью этих материалов является возможность нанесения их электроосаждением.

В данной книге описывается метод электроосаждения водоразбавляемых лакокрасочных материалов только на основе пленкообразователей, растворимых в воде.

Такие системы известны уже около 20 лет [4], тем не менее, несмотря на их большие преимущества по срав­ нению с лакокрасочными материалами на органических растворителях (отсутствие токсичности, взрыво- и пожа­ робезопасность, дешевизна растворителя — воды, а так­ же возможность наносить лакокрасочный материал на мокрую поверхность), до начала 60-х годов они применя­ лись ограниченно. Это связано с тем, что использование воды в качестве растворителя создает определенные за­ труднения при разработке рецептур этих материалов. Кроме того, поскольку вода имеет высокое поверхностное натяжение, малую летучесть, высокую диэлектрическую

7

проницаемость, нанесение на изделие водорастворимых лакокрасочных материалов распылением, окунанием, об-

красочных материалов на основе водорастворимых пленкообразователей необходимо было создать специальную технологию их нанесения. Наиболее приемлемым оказал­ ся метод электроосаждения [6— 9], к достоинствам кото­ рого [10— 14] следует отнести высокую равномерность по толщине получаемых покрытий, почти полное отсут­ ствие влаги и токсичных растворителей в осажденной пленке и улучшение санитарно-гигиенических условий труда, снижение пожароопасности окрасочных работ, возможность выполнения всех операций подготовки по­ верхности, окраски, сушки на одной автоматизированной линии. Недостатком является возможность получения лишь тонких однослойных покрытий на токопроводящей поверхности.

Процесс заключается в осаждении пленкообразую­ щего материала из водного раствора на окрашиваемое изделие с помощью постоянного электрического тока. Окрашиваемое изделие служит электродом и связано с одним из полюсов источника постоянного тока; проти­ воположным электродом является металлический корпус ванны или специально опущенные в нее металлические пластины. В зависимости от того, где происходит нане­ сение покрытий — на аноде или на катоде, процесс элект­ роосаждения может быть анодным или катодным*.

Недостатком анодного электроосаждения является ча­ стичное растворение металла, что может приводить к по­ желтению покрытий светлых тонов. Так как при катод­ ном электроосаждении необходима кислотостойкая аппаратура, а это связано со значительными дополни­ тельными затратами, в промышленности применяется главным образом анодное электроосаждение.

Первые сведения о методе окраски электроосаждени­ ем относятся к началу 60-х годов [15—29]. Нанесение покрытий электроосаждением впервые было осуществле­ но в автомобильной промышленности в США [30, 31].

* Пат. США 3682814 (1971); S c h r a n t z J., Ind. Finish. (USA), 1973, V. 49, № 1, p. 20—24.

8

Этот метод окраски быстро завоевал популярность, иллюстра­ цией чего может служить следующий факт: первая в мире установ­ ка электроосаждения была пущена в конце 1963 г. [32, 33], к нача­ лу 1967 г. в мире эксплуатировалось 133 линии электроосаждення, а 25% всех лакокрасочных материалов, поставляемых в автомобиль­ ную промышленность, составляли водорастворимые материалы для электроосаждения [34].

Расход лакокрасочных материалов при нанесении методом электроосаждення в 1969 г. для ряда стран составил [35] (в т/год по сухому остатку):

К началу 1971 г. в капиталистических странах Западной Евро­ пы эксплуатировалось более 450 установок электроосаждення (вклю­ чая опытные). В США в 1970 г. грунтовалось электроосажденпем около 2 млн. кузовов автомобилей, а также детали к ним, включая колеса [36].

Метод электроосаждення наиболее экономичен в срав­ нении с другими методами при ежедневном окрашивании не менее 100 м2 поверхности в ванне (в пересчете на 1 м3 лакокрасочного материала) [37]. Стоимость окраски

В СССР начало разработки метода электроосаждення относится к 1965 г. Первым материалом для нового ме­ тода окраски послужила водорастворимая эмаль ФЛ-149, получившая название ФЛ-149Э [39]. На примере этой эмали были изучены некоторые закономерности электро­ осаждения и установлены технологические параметры на­ несения. В 1967 г. была пущена первая отечественная линия электроосаждення [40]. Этот метод применяется в различных отраслях промышленности и перспективен для окраски строительных конструкций из алюминия и стали.

На всех линиях электроосаждення используются оте­ чественные лакокрасочные материалы.