Химия и технология лакокрасочных покрытий

ГРУНТОВАНИЕ

Грунтованием условно называют операцию нанесения Грунтов­ки, т. е. получения слоя лакокрасочного покрытия, непосредственно контактирующего с субстратом. Цель грунтования - улучшить сцеп - ляемость основного покрытия с субстратом и придать ему дополни­тельную противокоррозионную защиту. В соответствии с этим к грунтовочным материалам предъявляются следующие основные тре­бования: 1) высокая адгезия к металлу; 2) хорошее сцепление с вы­шележащими слоями; 3) высокие противокоррозионные свойства. Частными требованиями являются: реактивность (способность взаи­модействовать с подложкой), возможность шлифования, отличие по цвету от последующих слоев покрытия и др. Толщина и укрыви - стость грунтовочных слоев не лимитируются. Обычно стараются получать покрытия толщиной не более 20 мкм, однако допустимы и более тонкие слои (порядка 1,0-0,1 мкм), получаемые, например, при полимеризации из газовой фазы или посредством нанотехнологии.

Для получения грунтовочных покрытий применяют грунтовки преимущественно на основе олигомерных пленкообразователей; в состав грунтовок непременно вводят противокоррозионные пигмен­ты или другие ингибиторы коррозии. Наибольшее применение по­лучили грунтовки алкидные, масляно-формальдегидные, эпоксид­ные, полиуретановые, полиакрилатные, на эпоксиэфирах, ацеталях поливинилового спирта. Особенно возрос интерес к водоразбавляе­мым и воднодисперсионным грунтовочным составам.

Грунтовки могут быть жидкими и порошковыми, водными и неводными. По характеру пигментов грунтовки делят на пассиви­рующие - с пигментами, тормозящими анодную реакцию, ингиби­рующие - с пигментами, замедляющими катодную реакцию, и, реже, изолирующие с инертными пигментами. По способности взаимо­действовать с оксидами металлов различают грунтовки обычные (не­реактивные) и грунтовки-преобразователи ржавчины (реактивные).

Обычные грунтовки наносят на предварительно подготовленную (освобожденную от ржавчины и окалины, обезжиренную и в ряде случаев фосфатированную или оксидированную) поверхность ме­таллов. Предпочтительны способы нанесения и отверждения, при которых достигаются хорошее смачивание и затекание материала в поры металла и его высокая степень взаимодействия с поверхностью.

Отечественными предприятиями выпускается большой ассор­тимент грунтовок различных марок. С экологической точки зрения наибольший интерес представляют водные грунтовочные составы, ассортимент которых быстро расширяется.

При изготовлении покрытия грунтовку выбирают с учетом при­роды покрываемого металла и материала верхнего покрытия. На­пример, при окрашивании легких металлов и сплавов применяют грунтовки, содержащие цинковый или стронциевый крон или их смеси с фосфатом цинка (ФЛ-ОЗЖ, АК-070 и др.), при окрашивании черных металлов - оксид цинка, фосфат цинка и другие противокор­розионные пигменты (ГФ-021, ФЛ-ОЗК, МС-067, В-КЧ-0207 и т. д.). Грунтовки на основе сополимеров винилхлорида (ХС-010, ХС-059, ХС-068 и др.) используют преимущественно под химически стой­кие перхлорвиниловые покрытия, равно как эпоксидные (ЭП-057, ЭП-076) - под коррозионностойкие эпоксидные. Воднодисперсион­ные грунтовки (Уникор, Уретал Праймекс и др.) допускают после­дующее нанесение на них как водных, так и органорастворимых материалов. Некоторые из грунтовок содержат преобразователи ржавчины, что при небольшом количестве последней допускает ок­рашивание.

Особую группу материалов представляют фосфатирующие грун­товки (ВЛ-02, ВЛ-023 - двухупаковочные, ВЛ-05 - одноупаковочная). Вследствие наличия в их составе наряду с пленкообразователем (по - ливинилбутиралем) хромсодержащего пигмента и фосфорной ки­слоты при их применении не требуется фосфатирования металла.

Исключительно большой интерес приобрели так называемые протекторные грунтовки - жидкие цинкнаполненные материалы. Их получают путем смешения пленкообразователей (эпоксидных, этил - силикатных, полиуретановых, полистирольных, эпоксиэфирных, жид­кого стекла) с порошком цинка. Содержание цинка в пленке должно быть не менее 90 % масс. Получаемые покрытия электропроводны. Протекторная (катодная) защита черных металлов этими грунтов­ками обусловлена тем, что электродный потенциал цинка (-760 мВ) ниже, чем железа (-400 мВ). При наличии электролита он выполняет роль анода, растворяясь при эксплуатации покрытия и предохраняя металл, служащий катодом, от разрушения:

Анодная реакция

Zn - 2е~ —► Zn2“,

Катодная реакция

2Н20 + 02 + 4е" -► 40Н.

Большинство грунтовок наносят на поверхность способами рас­пыления, окунания, валковым; водоразбавляемые грунтовки катод­ного и анодного нанесения - преимущественно электроосаждением.

Грунтовочные покрытия могут не только быть основой для на­несения последующих слоев, но нередко иметь и самостоятельное значение, особенно для целей консервации и временной защиты изделий.

Грунтовки - преобразователи ржавчины - разновидность грунто­вочных составов. Они отличаются способностью взаимодействовать с гидратированными оксидами (у-РеООН), находящимися на по­верхности металла, с образованием нерастворимых и неактивных в коррозионном отношении соединений. Это достигается введением в состав грунтовок реакционноспособных компонентов - кислот (ор - тофосфорной, щавелевой), таннина, комплексообразующих веществ, например фосфоновых кислот (нитрилотриметилфосфоновая, ок - сиэтил идендифосфоновая).

При нормальной температуре ортофосфорная кислота достаточ­но хорошо растворяет ржавчину, превращая ее в нерастворимый фосфат железа по реакции:

РеООН + Н3Р04 — РеР04 + 2Н20.

Негидратированные оксиды (магнетит, гематит и др.) при этом практически не разрушаются.

Таннин - дигалловая кислота

При взаимодействии с оксидами железа образует хелатные комплек­сы, прочно связывающие частицы ржавчины между собой и с метал­лом. Таннин, кроме того, сам по себе обладает способностью инги­бировать коррозию металлов. Наиболее интересными преобразова­телями гидроксидов железа являются, однако, фосфоновые кислоты, образующие с металлом нерастворимые комплексы.

Разработаны водные грунтовки на основе дисперсий поливинил- ацетата (ВД-ВА-01 ГИСИ, ВД-ВА-0112), бутадиенстирольного сополи­мера (ВД-КЧ-0184), сополимера метилвинилпиридина со стиролом и бутадиеном (ФПР-2), акрилатного сополимера (Уникор), грунтовки на алкидном (СПГ-1), крезолоформальдегидном (ГСК-1), эпоксидном (ЭП-0180) пленкообразователях, а также на стиромале - сополимере стирола с малеиновым ангидридом (МС-0152) и др. Содержание ки­слоты в грунтовках обычно не превышает 30 %, таннина 6-8 %.

Одновременно применяют преобразователи ржавчины, не со­держащие пленкообразующих веществ (преобразователи № 3, "Но - тех К", СФ-1, "Самсон" и др.). Они представляют собой водные, спир­товые, водно-спиртовые или водно-ацетоновые растворы кислот (ор - тофосфорная, салициловая, щавелевая), таннина, ингибитора корро­зии, ПАВ и других веществ.

Преобразователи ржавчины наносят на поверхность распылени­ем или кистью в 1-2 слоя. Через 3-24 ч поверхность считается гото­вой для нанесения последующих слоев покрытия. Максимальная толщина слоя ржавчины, по которому можно наносить грунтовки, 50-100 мкм; грунтовки обычно непригодны для нанесения на по­верхность, содержащую окалину и частично неудаленные старые по­крытия.

Эффективность действия преобразователей ржавчины определя­ется равномерностью распределения продуктов коррозии, однород­ностью их природы и фазового состава. В большинстве случаев по­крытия, полученные на изделиях без предварительного удаления продуктов коррозии (посредством их преобразования), уступают по защитным свойствам покрытиям, нанесенным на очищенную от ок­сидов поверхность.