Файл: Крылова И.А. Электроосаждение, как метод получения лакокрасочных покрытий.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.06.2024
Просмотров: 123
Скачиваний: 0
И . Л . Крылова, ' |
J ^п^ЕЛШЛЯР |
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.
31413-091 . 050(01)-74
<nO
.
ч ------
Гос. публичная научно-тсх,. -*с»ая библиотека v , СР
ЭКЗЕМПЛЯР ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА
1
Чу- М / 3 2
© Издательство «Химия», 1974 г.
|
С О Д Е Р Ж А Н И Е |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Предисловие.................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|||
В ведение.......................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
Г л а в а |
1. |
Представление о механизме электроосаждения . , |
10 |
||||||||||||
Образование осадка при электроосаждении лакокрасоч |
|
||||||||||||||
ных материалов на основе водорастворимых пленкообра- |
|
||||||||||||||
зователей . . . |
.' |
. ' .................................................... |
|
|
|
|
|
10 |
|
||||||
Механизм |
|
изолирования |
а н од а ............................................. |
|
|
|
|
15 |
|
||||||
Скорость |
электроосаждения................................................... |
|
|
|
части |
19 |
|
||||||||
Механизм |
электроосаждения пигментной |
водораз |
|
||||||||||||
бавляемых лакокрасочных материалов на основе водо |
21 |
||||||||||||||
растворимых плеикообразователей |
......................................... |
|
|
|
|
||||||||||
Г л а в а |
2. |
Характеристика электроосажденных покрытий . . |
25 |
||||||||||||
Равномерность покрытий.......................................................... |
|
|
|
|
|
25 |
31 |
||||||||
Защитные и декоративные свойства покрытий . |
. . . |
||||||||||||||
Г л а в а |
3. |
Лакокрасочные материалы |
для |
электроосаждения |
39 |
||||||||||
Основные принципы создания лакокрасочных материалов |
|
||||||||||||||
для |
электроосаждения............................................................. |
вещ ества |
|
|
|
39 |
|
||||||||
|
Пленкообразующие |
|
|
|
40 |
|
|||||||||
|
Пигменты............................................................................... |
|
растворители, |
|
|
|
|
46 |
|
||||||
|
Органические |
нейтрализаторы и дру |
52 |
||||||||||||
|
гие |
добавк и ................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
выпускаемых |
|||||
Характеристика |
лакокрасочных материалов, |
|
|||||||||||||
для |
электроосаждения............................ |
|
|
|
■ ............................ |
|
56 |
|
|||||||
Г л а в а |
4. |
Технология |
получения |
покрытий |
методом |
электро |
61 |
||||||||
осаждения |
........................................................................................................ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Подготовка |
поверхности |
под |
окраску |
.................................. |
|
|
|
61 |
|||||||
|
Влияние предварительной обработки стали на пара |
|
|||||||||||||
|
метры электроосаждения и свойства осажденного по |
62 |
|||||||||||||
|
крытия |
............................................................................................... |
|
|
процесс |
подготовки |
поверхности |
||||||||
|
Технологический |
70 |
|||||||||||||
|
стали |
в |
перед |
окраской .............................................................. |
|
|
|
|
|
|
|||||
Окраска |
ваннах |
|
электроосаждения.......................................... |
|
|
|
74 |
||||||||
|
Основные факторы, влияющие на процесс нанесения ла |
74 |
|||||||||||||
|
кокрасочных материалов.............................................................. |
|
|
|
|
|
|
||||||||
Приготовление рабочего раствора лакокрасочного мате |
91 |
||||||||||||||
|
риала |
................................................................................................. |
|
параметров ванны |
при |
электроосаждении |
|||||||||
|
Изменение |
92 |
|||||||||||||
|
и способы их к ор р ек ти ровк и ................................................. |
|
|
|
|
||||||||||
Обработка |
изделий |
после окраски |
......................................... |
|
|
|
|
95 |
|||||||
Очистка промывных |
в о д |
..................................................................... |
для корректировки ванны |
96 |
|||||||||||
Применение |
ультрафильтрации |
96 |
|||||||||||||
и очистки |
промывных. вод . |
. |
. |
» |
................................... |
для |
окраски |
||||||||
Применение |
струйного |
электроосаждения |
98 |
||||||||||||
изделий .................................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3
Г л а в а |
5. Оборудование |
для окраски электроосаждением |
и |
|
условия |
его эксплуатации ............................................................. |
100 |
||
Линии непрерывного |
действия...................................................... |
101 |
||
|
Основное |
оборудование .................................. |
101 |
|
|
Вспомогательное |
оборудование............................................... |
119 |
|
Линии периодического действия...................................................... |
123 |
|||
Комплектование изделий на подвеске......................................... |
124 |
|||
Размещение |
оборудования............................................................... |
126 |
||
Л и т е р а т у р а ............................................................................ |
|
127 |
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-
ливом, |
в электростатическом |
поле также |
затруднено, |
. а в некоторых случаях и невыполнимо [5, |
6]. |
||
Для |
широкого применения |
водоразбавляемых лако |
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):
А встрия................ |
22 |
А н гл и я ................ |
1300 |
Бельгия................ |
1 140 |
ВНР........................ |
40 |
ГД Р ....................... |
180 |
Голландия . . . . . |
85 |
И тали я ................... |
680 |
П Н Р .... |
200 |
2 250 |
С С С Р ................ |
|
|
СФРЮ................ |
. . . . |
30 |
Франция |
730 |
|
ФРГ|.. . . |
. . |
10000 |
Ч С С Р ... |
215 |
|
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
1 м2 поверхности различными методами |
составил (в пе |
реводе на одинаковую стоимость 1 г |
сухого остатка, |
в марках ФРГ) [38]: |
|
Пневморзспыление............................... |
0,94 |
Электростатическое распыление.................... |
0,76 |
Окунание........................................................... |
0,74 |
Электроосаждение........................................... |
0,60 |
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.