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: 130
Скачиваний: 0
этих материалов, не изменяется. Следовательно, основ ную роль в образовании покрытия на аноде играют пленкообразователи. В некоторых случаях соотношение пигмент/связующее в ванне и покрытии не остается постоян ным (наблюдается обогащение пленки пигментом [112— 115] по сравнению с ванной). Это указывает на возмож ные различия в закономерностях осаждения пигмента и пленкообразователя на аноде. Предполагается, что осаждение пигментной части на аноде происходит в со ответствии с законами электрофоретического образова ния осадков. Результаты исследования электроосажде ния водных систем масла ВМЛ и смолы ВБФС, пигмен тированных двуокисью титана рутилы-юй формы, модифицированной гидроокисями алюминия и кремния, подтверждают это предположение [98]. Исходя из ме ханизма электрофоретического осаждения пигмента, бы ла выведена формула для расчета массы пигментной ча сти, которая должна войти в состав покрытия:
и» |
t |
|
|
Г |
Iff) <« + 6(0 |
(18) |
|
тп — Сп — |
J |
о
где тп — масса пигмента в покрытии; Сп ■— концентрация пигмен та в эмали; к0 — подвижность частиц; 6 — толщина осадка на элек троде; о — электропроводность среды.
'Однако между расчетными и экспериментальными ре зультатами имеются значительные расхождения, которые возможно связаны с преобладанием неэлектростатическото фактора в природе устойчивости дисперсии пигмента в концентрированном растворе пленкообразователя
[116— 119].
Электрокинетические свойства пигментов определя ются их взаимодействием с пленкообразователем [39, 98, 114]. Перенос частиц к аноду происходит в результате действия электрического поля (электрофорез). Скорость такого перемещения определяется известным уравне нием:
_ |
ejEn |
(19) |
и |
4ят1 |
где е — диэлектрическая проницаемость; ; — электрокинетическин потенциал; Еп — напряженность электрического поля; т) — вяз кость.
22
В электрическом поле, частицы могут укрупняться вследствие образования ориентированных агрегатов, ко торые обладают большей скоростью осаждения и коагу лируют в анодном пространстве [116— 120].
Из теории устойчивости золей и суспензий [121, 122] известно, что между двумя поверхностями в жидкой сре де действуют Ван-дер-Ваальсовые силы молекулярногопритяжения и силы электростатического отталкивания,, возникающие между одноименными зарядами этих по-
Рис. 4. Энергия взаимодей ствия частиц без наложения ’ внешнего поля:
L — энергия отталкивания; h —
высота потенциального |
барье |
|
ра; М — энергия |
притяжения; |
|
IV— суммарная |
энергия |
взаи |
модействия.
Рис. 5. Энергия взаимодей ствия частиц без наложения
ипри наложении внешнего электрического поля:
/ — без |
наложения |
поля; |
2, 3 — |
|||
при |
наложении |
внешнего |
поля: |
|||
F1 |
и |
Fs — энергия |
внешнего |
|||
электрического |
поля |
(F2>F|); |
||||
N, |
S — максимум |
и |
минимум |
|||
энергии на кривой |
взаимодейст |
|||||
|
вия соответственно. |
|
верхностей. Суммарная энергия взаимодействия двух по верхностей (или частиц) такого рода определяется урав нением
W = L + M |
(20) |
где L — энергия электростатического отталкивания; М — энергия |
|
молекулярного притяжения. |
|
Высота потенциального барьера /г на |
кривой W |
(рис. 4) определяет устойчивость к коагуляции. Если ча стицы преодолевают этот барьер, то наступает их коагу ляция в так называемом первичном потенциальном мини-
23
муме. При электроосаждении может произойти измене ние потенциального барьера, так как появляется третья
составляющая — энергия внешнего электрического |
поля |
|
F (рис. 5) .Суммарная энергия |
взаимодействия в |
этом |
случае описывается кривыми |
2 и 3 с максимумом N |
и минимумом S, перепад энергии между которыми харак теризует устойчивость частиц в приэлектродном прост ранстве. По мере повышения энергии внешнего электри ческого поля расстояние между N и S уменьшается; оно равно нулю, когда частицы коагулируют в приэлектрод ном слое.
Рассмотренная теория применима лишь для случая ионно-стабилизированных систем. В системах, исполь зуемых для электроосаждегшя, из-за значительной кон центрации пленкообразователя и преобладания неэлект ростатического фактора устойчивости осаждение пигмен та на аноде, вероятно, зависит не от его коагуляции, а от потери растворимости пленкообразователем, который прочно связан с поверхностью пигмента.
Молено предположить, что прочность закрепления ча стиц пигмента на аноде определяется взаимодействием пигмент — связующее.
Изложенные представления можно обобщить следую щим образом.
Особенность процесса формирования покрытий элект роосаждением в отличие от других методов окраски со стоит в предварительном до процесса термоотверждения образовании нерастворимого в воде осадка олигомерного пленкообразователя и пигмента на поверхности окраши ваемого изделия. Осаждение водорастворимых пленкообразователей на аноде происходит вследствие потери рас творимости при взаимодействии их с ионами водорода или металла, образующимися в анодном пространстве в результате реакций электролиза воды и анодного рас творения металла.
Выделившийся на аноде осадок практически обезво жен вследствие протекания процессов электроосмоса или синерезиса.
Электросопротивление анода слагается из омическо го сопротивления осевшей на аноде лакокрасочной плен ки и поляризационного сопротивления, возникающего при удалении пузырьков кислорода с поверхности анода. Соотношение между поляризационным и омическим со-
24
противлением анода зависит в значительной мере от структурно-механических свойств образующихся на ано де осадков.
Г Л А В А 2
ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРООСАЖДЕННЫХ ПОКРЫТИЙ
РАВНОМЕРНОСТЬ ПОКРЫТИЙ
Одно из основных достоинств метода окраски электро осаждением заключается в возможности получения рав номерных по толщине покрытий на изделиях сложной конфигурации, однако в ряде случаев (например, при малом диаметре отверстия, соединяющего глухую по лость с внешней средой) не обеспечивается полная окра ска поверхности. Это обусловливается параметрами ван ны, конфигурацией окрашиваемых деталей, а также при родой применяемого лакокрасочного материала.
Свойство лакокрасочного материала проникать в труднодоступные места окрашиваемого изделия и обра зовывать равномерные по толщине покрытия на изделиях сложной конфигурации называется рассеивающей спо собностью материала.
Электроосаждение водоразбавляемых лакокрасочных материалов на основе водорастворимых пленкообразователей отличается от гальванотехнических процессов [123] как физико-химической сущностью, так и значением и природой электросопротивления покрываемых элект родов. В связи с этим методы определения рассеиваю щей способности, существующие в гальванотехнике, не могут быть применены к электроосаждению.
Несмотря на важность этого показателя, в настоящее время отсутствует удовлетворительный метод определе ния рассеивающей способности материалов.
Из применяемых методов можно отметить следую щие [30]:
25
1. О п р е д е л е н и е р а с с е и в а ю щ е й с п о с о н о с т и по м е т о д у д в о й н о г о а н о д а .
Стальные пластины (анод) размером 100ХЮ0Х Х0,5 мм (рис. 6) устанавливают на расстоянии 2 мм друг от друга с помощью изолирующих распорных шайб, в центре ванны из диэлектрика, а катоды — по бокам ее (размер катодов ЮОХЮО мм). После окраски электро осаждением сырое покрытие с внутренней стороны од ной из пластин смывают, затем обе пластины высушива ют и подсчитывают массу покрытия на внешней (/ni)
Рис. 7. Схема прибора с перегород |
|
кой для |
определения рассеивающей |
способности (вид сбоку): |
|
1 — катод; |
2 — анод; 3 — перегородка; |
|
4 — отверстие. |
Рис. 6. Схема прибора для определе |
|
ния рассеивающей, способности по |
|
методу двойного анода (вид сверху): |
|
130 |
/—катод; 2—анод. |
|
|
и внутренней (т2) их сторонах. |
Рассеивающая способ |
ность лакокрасочного материала выражается в процен
тах и равна ■ЮО°/0.
Недостатком этого применяемого в лабораторной практике метода является то, что условия получения по крытий на двух разных пластинах неидентичны и, кроме того, покрытие не всегда можно смыть полностью.
2. |
О п р е д е л е н и е р а с с е и в а ю щ е й с п о с о |
но с т и , |
о с н о в а н н о е на с р а в н е н и и м а с с ы |
п о к р ы т и й , о б р а з у ю щ и х с я на а н о д а х , р а в н о у д а л е н н ы х от п а р а л л е л ь н о г о им ка т о д а .
Один из анодов отделен от катода перегородкой с от верстием (рис. 7). Рассеивающая способность равна
^•100%, где т.\ — масса покрытия на левом аноде, пг2—
-26
соответственно на правом. Этот метод точен и удобен в лабораторных условиях.
3. О п р е д е л е н и е р а с с е и в а ю щ е й с п о с о б н о с т и по м е т о д у к л и н о в и д н о г о с д в о е н н о
г о а н о д а .
Прибор представляет собой три металлические пла
стины размером 4 x12x0,55 дюйма, кото |
/ 7 |
|||||
рые закрепляют с помощью распорных |
||||||
шайб в виде клина |
(рис. |
8), являющего |
|
|||
ся анодом. Катодом служат стенки ван |
|
|||||
ны. Рассеивающая способность выража |
|
|||||
ется в процентах как отношение окра |
|
|||||
шенной поверхности средней пластины к |
|
|||||
ее общей поверхности. Метод применим |
|
|||||
для оценки лакокрасочных материалов с |
|
|||||
относительно |
невысокой |
рассеивающей |
|
|||
способностью. |
|
|
р а с с е и в а ю |
|
||
4. О п р е д е л е н и е |
|
|||||
ще й с п о с о б н о с т и на щ е л е в о й |
|
|||||
я ч е й к е*. |
|
|
|
|
|
|
Щелевая ячейка (рис. 9) состоит из |
|
|||||
разборного анода 2, представляющего со |
|
|||||
бой 25 пластинок, закрепленных на об |
|
|||||
щем основании |
и |
соединенных между |
|
|||
собой с помощью медной шины, а также |
Рис. 8. Схема |
|||||
из катода |
1 и |
ванны из |
диэлектрика 3 |
прибора для оп |
||
(например, |
органическое |
стекло) особой |
ределения рас |
|||
сеивающей спо |
||||||
формы. Для |
определения |
равномерности |
собности по ме |
иглубины проникновения покрытия тоду клиновид
строят |
кривую |
распределения массы |
по |
ного |
сдвоенно |
||
крытия |
вдоль |
анода |
в координатах |
го |
анода: |
||
/—катод; 2—анод |
|||||||
Anii— г, |
где Дт,- — масса |
покрытия |
на |
||||
|
|
||||||
t-той пластинке, |
i — номер пластинки. Ме |
|
|
тод удобен в лабораторной практике, особенно при ис следовании влияния различных факторов (температуры, напряжения, продолжительности электроосаждения) на рассеивающую способность.
5. О п р е д е л е н и е |
р а с с е и в а ю щ е й с п о с о б |
|
н о с т и по м е т о д у ф и р м ы « Ф о рд » . |
||
* К о т л я р с к и й Л. Б., |
К р а в е ц Ж. Р., |
«Лакокрасочные |
материалы и их применение», |
1972, № 5, с. 46—48. |
|
27