Файл: Крылова И.А. Электроосаждение, как метод получения лакокрасочных покрытий.pdf

сание этого метода [124], с помощью которого можно сопоставлять результаты, полученные в различных усло­ виях:

sU

( 21)

_ Hpi

где it — длина окрашенной части металлической полоски, см; s — площадь поперечного сечения цилиндра, см2; U — напряжение электроосаждения, В; Я — глубина погружения цилиндра в ван­ ну, см; р — удельное объемное электрическое сопротивление лако­ красочного материала в ванне, Ом-см; i — плотность тока в конце осаждения, А/см2.

Разновидностью метода фирмы «Форд» является ис­ пытание рассеивающей способности, производимое фир­ мой «Фиат». Прибор (рис. 10,6) представляет собой пря­ моугольный, открытый с двух сторон параллелепипед 4 длиной 30 см и площадью отверстия 1 см2, погруженный в ванну 3, которая служит катодом. Внутрь -параллеле­ пипеда вставляется металлическая полоска 2, и эта си­ стема является анодом. Рассеивающая способность оп­ ределяется по длине закрашенной части полоски и оце­ нивается в сантиметрах.

Предлагается [79] также оценивать рассеивающую

сила тока при постоянном напряжении электроосажде­ ния. Поскольку в расчете учитывается сопротивление ма­ териала в -ванне и сопротивление окрашиваемого анода, этот метод позволяет определить рассеивающую способ­ ность материала с учетом параметров ванны; однако опытные данные, полученные в разных ваннах, несопо­ ставимы.

В промышленности за рубежом наибольшее распро­ странение для оценки рассеивающей способности полу­ чил метод фирмы «Форд», в СССР .применяется прибор фирмы «Фиат». Достоинством этих методов является про­ стота и быстрота оценки рассеивающей способности, а недостаток состоит в неравномерности по толщине сле­ да окраски и субъективности в определении длины окра­ шенной части полоски. В этом отношении весовые мето­ ды (1-й и 2-й) более точны. Показателю рассеивающей способности придается большое значение для сравни­ тельной оценки лакокрасочных материалов между собой,

29

при разработке нового материала или выборе для кон­ кретных целей определенного материала из всей номен­ клатуры. выпускаемой промышленностью.

Имеется сравнительно небольшая информация о влия­ нии физико-химических свойств лакокрасочных материа­ лов п условий электроосаждения на рассеивающую спо­ собность. Поскольку рассеивающая способность зависит от электросопротивления анода и материала в ванне, влияние компонентов лакокрасочной системы на рассеи­ вающую способность рассматривается в зависимости от электропроводности осажденной пленки и рабочего рас­ твора материала [125]. Установлено [95, 99], что пиг­ менты и органические растворители практически не влия­ ют на электропроводность ванны и в то же время оказы­ вают влияние на рассеивающую способность. При этом, как правило, органические растворители снижают рас­ сеивающую способность, уменьшая сопротивление анода за счет уменьшения его поляризационной составляющей вследствие пластифицирования осадка. Влияние нетокопроводящпх пигментов зависит главным образом от из­ менения структурно-механических свойств осадка. Чем выше вязкость осадка, тем больше сопротивление анода, а следовательно, и рассеивающая способность.

Тип нейтрализатора влияет главным образом на электропроводность ванны, но в некоторых случаях воз­ можно его влияние на структурно-механические свойст­ ва осадков, а следовательно, и на рассеивающую способ­ ность материала.

Определяющее влияние на рассеивающую способ­ ность оказывает тип пленкообразователя, от которого зависит как сопротивление анода и рабочего раствора

вванне, так и напряжение и плотность тока осаждения

[126, 127].

На увеличение рассеивающей способности материала

вванне [128] и толщину пленки влияют: рост условного выхода по току, напряжения, продолжительности электро­

осаждения и уменьшение расстояния между электрода­ ми; на рассеивающую способность также влияют рост удельного сопротивления пленки и уменьшение удельного сопротивления лакокрасочного материала, а на толщину пленки — рост удельного сопротивления лакокрасочного материала и уменьшение удельного сопротивления пленки.

Для количественной оценки влияния параметров

30

осаждения на рассеивающую способность с помощью ме­ тодов планирования эксперимента была построена мате­ матическая модель глубины проникновения (Уi) электроосажделного покрытия из грунтовки ФЛ-093 в щелевую ячейку [129].

За независимые переменные были приняты: А'|— на­ пряжение окраски, Х2 — pH, Х3 — концентрация грунтов­ ки (сухой остаток), Х4 — температура раствора грун­ товки.

На основании полученных экспериментальных данных с помощью ЭВМ «Минск-22» были вычислены следующие коэффициенты для уравнения регрессии:

Из формулы (22) следует, что большое влияние на рассеивающую способность оказывают такие факторы, как напряжение и концентрация грунтовки. В заданном интервале варьирования факторов максимальное изме­ нение рассеивающей способности не превышает 30—40°/0, однако влияние различных факторов на рассеивающую способность определяется без учета защитных и декора­ тивных свойств электроосажденных покрытий, что явля­ ется недостатком расчета.

ЗАЩИТНЫЕ И ДЕКОРАТИВНЫЕ СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ

Одно из основных достоинств рассматриваемого метода окраски заключается в получении покрытий с хо­ рошими свойствами [130— 135]. На примере эмали ФЛ-149Э и грунтовок ФЛ-093 показано [39, 40, 135], что при нанесении их методом электроосаждения на сталь­ ную поверхность получаются покрытия, адгезия, водо­ стойкость и солестойкость которых выше, чем при фор­ мировании из них покрытий такой же толщины (около

25мкм), полученных распылением или наливом.

При сопоставлении [131, 136] свойств покрытий, при­

меняемых в автомобилестроении, полученных электро­ осаждением и традиционными методами окраски, на­ блюдалось настолько значительное улучшение защитных свойств, что представилось возможным уменьшить тол-

31

щину покрытия за счет сокращения общего числа окра­ сочных слоев.

О хороших защитных свойствах покрытий свидетель­ ствует обширный экспериментальный материал, однако факторы, влияющие на свойства, исследованы недоста­ точно.

Вывод о том, что эти свойства связаны с высокой рав­ номерностью электроосажденных покрытий, сделан из рассмотрения ряда возможных причин, вызывающих улучшение защитных свойств [136]. Так, при изучении электроосаждения водорастворимых акриловых и алкиднофенольных полиэлектролитов установлено их ингиби­ рующее действие на коррозию в слабощелочной среде за счет свободных карбоксильных ионов, однако ингибиро­ вание исчезает после фиксации ионов на подложке в про­ цессе осаждения и не может служить причиной улучше­ ния защитных свойств покрытий. Кроме того, была рас­ смотрена возможность такой ориентации молекул пленкообразователя в электрическом поле, при которой на поверхности раздела металл — раствор концентрируются карбоксильные группы, в результате чего может возра­ стать адгезия. Однако при проверке не была обнаруже­ на разница в содержании карбоксильных групп в электроосажденном покрытии со стороны металла и на поверхности его. Измерение пористости электроосажден­ ных покрытий и покрытий, ^сформированных обычными методами из тех же водорастворимых пленкообразователей, не показало различий в отвержденных пленках, а в неотвержденных покрытиях большая пористость бы­ ла обнаружена при электроосаждении.

Показано [64, 84, 85, 96], что структура электроосаж­ денных покрытий существенно отличается от структуры покрытий, полученных распылением или наливом. Так, структура электроосажденного покрытия на основе акри­ лового пленкообразователя (рис. II,а) носит четкий .мел­ коглобулярный характер, с плотной упаковкой глобул размером 0,1 мкм. Покрытия, полученные наливом (рис. 11,6), имеют гетерогенную структуру, состоящую из сферолитолодобных агломератов и мелких глобул. На эмали ФЛ-149Э [64] и грунтовках ФЛ-093 [96] были получены аналогичные результаты. В случае электро­ осаждения (рис. 12,а) диаметр глобул составляет 100 А; при нанесении лакокрасочного материала наливом

32

(рис. 12,6) получается более рыхлая гетерогенная струк­ тура, в которой имеются вытянутые образования разме­ ром от >100 А до нескольких микрон. Такое различие в структуре покрытий — следствие специфики их форми­ рования при электроосаждении за счет потери раствори­ мости и осаждения иа аноде каждой структурной едини­ цы раствора. Размеры структурных единиц электроосажденного покрытия в 1,5—2 раза меньше, чем для покрытий, полученных обычными методами, в результате чего число контактов покрытия с подложкой, а следова­ тельно, и адгезия выше.

Наилучшие защитные и механические свойства у электроосажденных покрытий наблюдаются при их фор­ мировании по механизму образования кислотной формы пленкообразователя [64]. В случае выделения на аноде солевых форм пленкообразователя каждым ионом ме­ талла осаждаются целые структурные агрегаты раство­ ра. При этом происходит более полное связывание карб­

стадию разложения образующихся солей пленкообразо­ вателя [64, 84, 85]. Соотношение солевой и кислотной форм в покрытии зависит от химического состава плен­ кообразователя, природы металла и условий электро­ осаждения [109].

Методом электроосаждения получают покрытия по II классу отделки, однако достижим ли такой класс для любых деталей, утверждать трудно, тем более что фак­ торов, предопределяющих хорошее качество и декоратив­ ность покрытий, очень много: это и правильно выбранная конфигурация электродов применительно к данным де­ талям и строгое соблюдение технологии подготовки по­ верхности, правильно выбранный интервал допустимых

отметить, что 80% действующих установок электроосаж­ дения используются для получения грунтовочных и лишь 20% — для получения однослойных защитно-декоратив­ ных покрытий. Это объясняется тем, что для изделий, работающих в условиях повышенной коррозионной опас­ ности (например, некоторых деталей автомобилей), одно­ слойное покрытие, даже нанесенное методом электро-

34