ЛАКОКРАСОЧНЫЕ МАТЕРИ АЛ Ы И ПОКРЫТИЯ

Анодная электроокраска

Анодная электроокраска применялась в автомобильной про­мышленности до 1977 г. Технология получения необходимых связующих была относительно простой, легко доступной, а сами связующие отвечали требованиям автомобильной промышлен­ности.

Типы связующих. Имеется четыре основных типа связующих: а) малеинизированные масла, б) алкидно-фенольные, в) эфиры многоатомных спиртов (эпоксиэфиры), г) малеинизированный полибутадиен.

Первоначально лакокрасочные материалы для анодной элек­троокраски базировались на связующих групп «а» и «б». Однако, в дальнейшем они были заменены материалами на основе свя­зующих групп «в» и «г», так как в этих случаях повышаются противокоррозионные свойства покрытий.

Пигментная часть. Пигменты, применяемые в лакокрасочных материалах для анодной и катодной электроокраски, должны иметь следующие характеристики:

А) простое строение;

Б) стабильность (например при сушке); чистота, отсутствие водорастворимых примесей (например хлоридов и сульфатов);

В) во всех случаях придавать или улучшать коррозионную стойкость. ■

Объемная концентрация пигмента обычно составляет око - ло 6%.

Основные пигменты — диоксид титана рутильной формы вые, шего качества в смеси с минимальным количеством сажи для материалов серого цвета, а также красный железоокисный пиг­мент высшего качества для материалов красного цвета.

Все наполнители должны быть высшего качества, не содер­жать растворимых ионизируемых примесей, таких как, напри­мер, хлориды или сульфаты. В качестве антикоррозионных при­годно значительное количество пигментов; типичным примером является силикохромат свинца.

Механизм осаждения. Под действием тока в системе происхо­дят три основные реакции: электролиз, электрофорез и электро - эндоосмос.

Схема перевода связующего в растворимую форму: RCOOH +КОН v RCOOK +н2о,

Нерастворима растворима

Например, R — эпоксиэфир

(В качестве основания в данном примере использован гидроксид калия, однако можно применять также амины).

I. Электролиз

А) диссоциация связующего:

RCOOK RCOO - + K+,

Б) электролиз воды:

4Н20 ЗН+ + 30Н - + Н20.

Восстановление на катоде:

Н,0 + ЗН++4ё--------------------------------------------------------- v 2Н2 + ОН~.

Накапливающиеся гидроксильные группы ОН" могут быть удалены электродиализом.

Окисление на аноде:

ЗОН-—4ё ------------------------------------------------------ Н20 + 02 + Н+.

Происходит подкисление в результате выделения Н+, одновре­менно протекает реакция:

RCOO +Н+-------------------------------------- v RCOOH.

Нерастворимое осажденное покрытие, (образующееся в результате элсктро - коагуляции).

Растворение металла (побочная реакция происходит при на­личии загрязняющих примесей):

■ М — пё —М" +

II. Электрофорез. При подаче напряжения на элек­троды, погруженные в водную дисперсию, заряженные частицы начинают перемещаться к соответствующим электродам. Это явление называется электрофорезом.

При электроокраске происходит движение отрицательно за - яженых ионизированных частиц краски в направлении анода Положительного электрода). Электрофорез определяет меха­низм движения заряженных частиц, но он не обусловливает происходящее осаждение краски на аноде.

І ЦІ. Электроэндоосмос. Слой электроосажденной на аноде краски содержит окклюдированную воду. Эта вода уда­ляется из покрытия путем проникновения через пористую мем­брану, образуемую красочной пленкой, в результате процесса, называемого «электроэндоосмос».

Практическая реализация процесса. На практике основной стадией процесса является подача напряжения между рабочей поверхностью (анодом) и противоэлектродом (катодом). В ре­зультате на рабочей поверхности осаждается нерастворимое в воде покрытие, которое не может быть также растворено повторно.

При этом образуется практически сухая, плотная пленка, имеющая очень высокую твердость и хорошую адгезию к пред­варительно обработанной (раствором фосфата цинка) металли­ческой подложке. Пленка покрыта очень тонким слоем жидкой краски, которая легко удаляется при промывке водой. В про­цессе сушки (165 °С) происходит сшивка связующего и полу­чается жесткая, прочная полимерная пленка.

Вес осажденной краски существенно зависит от количества электричества, пропускаемого через раствор. По мере осажде­ния пленки возрастает ее электрическое сопротивление и пленка поляризуется, в результате значительно возрастает сопротивле­ние и процесс осаждения прекращается. Таким образом, при осаждении краски на каком-то участке поверхности возрастает местное сопротивление этого участка и электроосаждение начи­нается на соседних или более отдаленных участках. Этот эффект обеспечивает сплошное укрывание всех участков окрашиваемой поверхности.

В результате получается исключительно равномерная по тол­щине пленка без подтеков, наплывов и других обычных дефектов.

Процесс очень эффективен в условиях массового производ­ства, т. к. он позволяет без больших трудностей нанести грун­товку на все поверхности сварной конструкции корпуса авто­мобиля. Этот процесс может быть полностью автоматизирован и характеризуется высоким процентом использования лакокра­сочных материалов.

Основные требования к установке:

А) Установка должна иметь мощную циркуляционную си­стему, обеспечивающую интенсивное перемешивание материала и предотвращающую оседание пигмента, т. к. краска имеет низ­кий сухой остаток (12%).

Б) Требуется хорошее охлаждение и тщательная фильтрация краски с целью обеспечения ее стабильности и удаления при­месей.

В) Установка должна обеспечивать равномерное, плавное перемещение деталей, подлежащих окраске.

Г) Должно быть предусмотрено промывочное устройство для удаления поверхностного слоя жидкой краски, а также устрой­ство для ультрафильтрации (см. 9.3.3.2) для очистки и после­дующей регенерации воды.

Регулирование рН. Накопление щелочи, образующейся па катоде (смотри механизм электроосаждения, описанный выше) при электролизе в процессе электроосаждения, повышает рН окрасочной ванны и поэтому для сохранения исходных свойств краски избыток щелочи должен быть удален. Это можно сделать двумя путями: электродиализом и дробным подкислением.

При электродиализе вокруг катода устанавливается селек­тивная мембрана Хионный обмен). Ионы основания могут сво­бодно проходить через мембрану, в то время как анионы (кол­лоидные частицы краски) задерживаются ею.

Метод дробного повышения кислотности (снижение щелоч­ности) вполне понятен - При проведении процесса электроосаж­дения добавляются небольшие порции кислоты, которые нейтра­лизуют образующуюся щелочь.

Выбор метода регулирования рН зависит от природы связую­щего, способа нейтрализации и типа самой установки. Наиболее предпочтительным методом является электродиализ, так как он может быть полностью автоматизирован и обеспечивает непре­рывную подачу материала в соответствующую емкость. Кроме того, ионообменная мембрана может использоваться в течение длительного времени, если, конечно, она не будет повреждена механически.

Недостатки метода анодного электроосаждения грунтовок.

А) Разложение фосфатов. При анодном электро­осаждении возникают очень сильные электрические поля, кото­рые разрушают связи металла с ионами фосфатов (разложение фосфатов). Это приводит к ухудшению адгезии фосфатного покрытия к стальной подложке. При нанесении последующих слоев покрытия по всей толщине пленки будут развиваться внутренние напряжения, которые могут привести к местному отслоению покрытия до металла и разрушению покрытия вокруг места его повреждения.

Первоначально при нанесении грунтовок методом анодного осаждения часто наблюдались случаи, когда при небольшом местном нарушении целостности фосфатного слоя происходило его полное разрушение. Это приводило к отслаиванию покры­тия до чистого металла и развитию интенсивного коррозионного процесса («подпленочной коррозии»).

І Недостаток, связанный с разрушением фосфатного покрытия, был устранен путем повышения интенсивности его взаимодей­ствия с подложкой, т. е. за счет увеличения плотности упаковки тонких кристаллов фосфатов. При использований таких фосфат­ных покрытий при небольшом весе (1,8 г/м2) удалось снизить Опасность возникновения «подпленочной коррозии».

І і б) Низкая стойкост'ь к о м ы л е н и, ю. Химизм анод­ной электроокраски основан на том, что для формирования по­крытий применяются пленкообразующие в кислотной форме. Поэтому, если осажденную сухую пленку поместить в щелочную среду, то будут образовываться ' водорастворимые полимер­ные мыла.

При разрушении покрытия до металла щелочь одновременно воздействует и на стальную подложку 'и на плёнку осажденного покрытия, в результате чего начинается коррозия металла и одновременно образуется натриевая соль '(мыло) полимерного связующего. Растворение' грунтовочного слоя приводит к ухуд­шению адгезии всей системы покрытия и еще в большей Степени осложняет коррозионные проблемы.

І '

:(ниі м'і[10]