Лакокрасочные материалы и покрытия. Принципы составления рецептур
Анодное электроосаждение
При анодном электроосаждении применяют анионостабилизированные пленкообразующие композиции. Агентами их нейтрализации служат амины. Коллоидно-распределенные компоненты лакокрасочного материала под действием электрического поля движутся к аноду. На аноде за счет электролиза воды образуются протоны и молекулярный кислород, выделяющийся из ванны. Протоны взаимодействуют с анионами пленкообразователя, образуя кислотные группы. Пленкообразователи, содержащие кислотные группы, становятся недостаточно гидрофильными и коагулируют, образуя пленку на аноде. Окрашиваемый металл, например железо, может окисляться с образованием двухвалентных ионов, которые также вызывают коагуляцию анионов пленкообразователя и осаждаются на изделии в солевой форме.
На катоде за счет электрохимического восстановления воды образуются молекулярный водород и гидроксил-ионы. Гидроксил-ионы взаимодействуют также с ионами
|
Реакции на аноде |
|
4 Н* + 02* + 4 © |
|
Ре |
|
Ре2* + 2© ,0 , |
|
Я—с |
|
Ч |
|
Ч |
|
Он |
|
Сг |
|
Реакции на катоде 4 Н20 + 4 © ——► 2 + 4 ОН~ Рис. 3.24. Реакции на электродах при анодном электроосаждении |
|
Аммония - агента нейтрализации, направляющимися к катоду. Для регулирования pH ванны проводят подкисление или циркуляцию раствора через ионообменные смолы (реакции на электродах представлены на рис. 3.24). Принципиально для способа анодного электроосаждения можно применять любые анионостабилизированные пленкообразователи, но одно условие ограничивает их выбор. Поскольку окрашивание в ваннах связано с постоянным добавлением лакокрасочного материала и определенная его часть длительное время находится в ванне, можно использовать только электролитически устойчивые пленкообразователи. Наибольшее применение получили следующие из них: • мапеинизированные масла (например, льняное масло); • малеинизированные полибутадиены; • малеинизированные эпоксиэфиры; • акриловые смолы с карбоксильными группами. Малеиновые аддукты - стойкие к омылению пленкообразователи. Для повышения функциональности их обрабатывают полиолами. Благодаря этому пленкообразователь дополнительно к кислотным группам содержит гидроксильные. Кислотные группы для приобретения растворимости в воде нейтрализуются аминами. Сложноэфирные группы, присутствующие в малеинизированных маслах и эпоксиэфирах, способны омыляться, что является их недостатком. Сшивающие агенты для этих материалов - фенольные и аминосмолы (меламино - формальдегидные и бензогуанаминовые). В качестве фенольных смол для получения стабильных составов применяют резолы, нерастворимые в воде. Их предварительно смешивают или конденсируют с гидроксилсодержащими пленкообразователями. Для материалов, наносимых методом анодного электроосаждения, рекомендуют применять аминосмолы, модифицированные гидроксикарбоновыми кислотами, которые являются анионоводорастворимыми. Однако чаще всего используют смолы на основе гексаметоксиметилмеламина (ГМММ-смолы), которые, как известно, гидролитически устойчивы в щелочных средах. Классические материалы анодного электроосаждения, применяемые, в частности, для грунтования кузовов автомобилей, содержат в качестве пленкообразователя мале - инизированное льняное масло или обработанные диолами малеинизированные полибутадиены, как правило, в сочетании с фенольными смолами в качестве сшивающих агентов. Они отличаются высокой стабильностью, хорошо смачивают пигменты и подложку |
И образуют эластичные химически и коррозионно-стойкие покрытия. Температура их отверждения 160 - 180°С. Покрытия неатмосферостойки и желтеют при эксплуатации. Этот недостаток связан с тем, что они содержат соли железа.
Пленкообразователь осаждается не только в кислой форме, но и в солевой. Поэтому в автомобильной промышленности, начиная с 1970-х гг., постепенно стали применять вместо анодного электроосаждения катодное, которое обеспечивает получение покрытий с более высокой свето - и коррозионной стойкостью. В других отраслях промышленности анодное электроосаждение продолжает широко применяться.
На основе смесей малеинизированных эпоксиэфирных и меламиноформальдегид- ных смол разработаны грунтовки для анодного электроосаждения, образующие покрытия более высокого качества, отличающиеся хорошей адгезией, коррозионной стойкостью, а также высокой твердостью, блеском и химической стойкостью. Однако и они недостаточно усточивы к пожелтению.
Для получения стойких к пожелтению покрытий анодного электроосаждения, обладающих одновременно комплексом других ценных свойств, применяют смеси полиакриловых дисперсий и меламиноформальдегидных смол. Они оказались особенно пригодны для получения однослойных покрытий на промышленных изделиях общего назначения.
В качестве примера приведем рецептуру эмали белого цвета для окрашивания изделий общего назначения (табл. 3.24).
Пленкообразователем в эмали служит [16] полиакриловая смола, содержащая карбоксильные и гидроксильные группы (раствор в органическом растворителе) и ГМММ - смола. На основе раствора этого пленкообразователя (с добавлением сорастворителя) и диоксида титана получают пигментную пасту, предварительно нейтрализуемую диме- тилэтаноламином (ДМЭА). Она является основой компенсационного материала ванны. Перед подачей в ванну его разбавляют обессоленной водой до массовой доли нелетучих веществ 12%.
Таблица 3.24
Эмаль анодного электроосаждения белая для промышленного окрашивания
|
№ |
Вещество |
Массовая доля сухого вещества, % |
Плотность, Г/см3 |
Массовое содержание, % |
|
Пигментная паста |
||||
|
1 |
Акриловая смола (70%-ный раствор |
60,0 |
1,2 |
85,7 |
|
В смеси бутилгликоля и бутанола 1:1) |
||||
|
2 |
ГМММ-смола |
20,0 |
1,5 |
22,2 |
|
3 |
Тексанол |
4,0 |
||
|
4 |
Диоксид титана |
40,0 |
4,1 |
40,0 |
|
Пигментная паста (масса сухих веществ 79%) |
120,0 |
151,9 |
||
|
Пигментная паста (компенсационный материал) |
||||
|
5 |
Диметилэтаноламин |
4,0 |
||
|
Пигментная паста (масса сухих веществ 77%) |
155,9 |
|||
|
Ванна электроосаждения |
||||
|
6 |
Обессоленная вода |
844,1 |
||
|
Итого: |
120,0 |
1000,0 |
Примечание. 1 - Viacryl Sc 323w, к. ч. 70 - 85 мг КОН/г (Solutia Vianova); 2 - Viacryl MF 910, 90%-ный раствор в бутилгликоле (Solutia Vianova); 3 - Esteralkohol (Eastman Kodak); 4 - Titandioxid 2059 (Kronos Titan).
Пигменты диспергируют в органорастворимой среде в присутствии сорастворителя в диссольвере или шаровой мельнице в течение 30 мин. Полученную пасту до поступления в ванну электроосаждения нейтрализуют диметилэтаноламином в диссольвере до степени нейтрализации =60%. Эмаль разбавляют обессоленной водой (содержание пигментной пасты в эмали 16%), перемешивая в диссольвере в течение 30 мин.
Сотношение акриловой и меламиновой смол 75 : 25;
Степень пигментирования П / Пл = 0,5 :1;
40,0/4,1
ОКП = --------------------------------------------------------- 100% = 13%
40,0 / 4,1 + 60,0 / 1,2 + 20,0 /1,5
Лакокрасочный материал для анодного электроосаждения должен иметь pH (8,3 ± 0,3). Температура ванны 20 - 30°С, удельная электропроводность (900 ± 100) мкСм/см. Продолжительность осаждения 60 - 120 с при напряжении 100 - 200 В. Затем следуют промывка осадка и отверждение покрытия в течение 30 мин при 160°С.
