Защитные лакокрасочные покрытия
Покупка
Тематика:
Химическая промышленность
Издательство:
Издательский Дом НИТУ «МИСиС»
Год издания: 2014
Кол-во страниц: 68
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-87623-839-9
Артикул: 752425.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Представлена характеристика всех лакокрасочных покрытий, применяемых в настоящее время. Описаны методы подготовки поверхности перед окрашиванием, окрашивания и сушки. Особое внимание уделено правилам выбора лакокрасочного покрытия для применения в различных условиях эксплуатации. Для этого показаны преимущества и недостатки различных покрытий, методов подготовки поверхности, окрашивания и сушки, а также приведены примеры окрашенных изделий различного назначения. Даны общие представления об устройстве и особенностях функционирования оборудования для подготовки поверхности, окрашивания и сушки. Наибольшее внимание уделено современным способам окрашивания: катофорез и порошковое окрашивание.Предназначен для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки магистров 22.04.01 «Материаловедение и технологии материалов», в частности, по профильной направленности «Модифицирование поверхностей металлов и защита от коррозии». Может быть рекомендован также студентам магистратуры, обучающимся по другим профильным направленностям, связанным с технологиями обработки поверхности металлических и композиционных материалов, и аспирантам, работающим в области исследований коррозионных процессов и защиты от коррозии.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Магистратура
- 22.04.01: Материаловедение и технологии материалов
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» № 2417 Кафедра защиты металлов и технологии поверхности И.В. Бардин А.Г. Ракоч А.А. Гладкова Защитные лакокрасочные покрытия Курс лекций Допущено Учебно-методическим объединением высших учебных заведений РФ по образованию в области материаловедения, технологии материалов и покрытий в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки магистров 22.04.01 «Материаловедение и технологии материалов» Москва 2014
УДК 620.197 Б24 Р е ц е н з е н т ы : канд. техн. наук, доц. А.Ю. Чурюмов; канд. техн. наук А.С. Гуденко (ОАО НПО ЦНИИТМАШ) Бардин И.В. Б24 Защитные лакокрасочные покрытия : курс лекций / И.В. Бардин, А.Г. Ракоч, А.А. Гладкова. – М. : Изд. Дом МИСиС, 2014. – 68 с. ISBN 978-5-87623-839-9 Представлена характеристика всех лакокрасочных покрытий, применяемых в настоящее время. Описаны методы подготовки поверхности перед окрашиванием, окрашивания и сушки. Особое внимание уделено правилам выбора лакокрасочного покрытия для применения в различных условиях эксплуатации. Для этого показаны преимущества и недостатки различных покрытий, методов подготовки поверхности, окрашивания и сушки, а также приведены примеры окрашенных изделий различного назначения. Даны общие представления об устройстве и особенностях функционирования оборудования для подготовки поверхности, окрашивания и сушки. Наибольшее внимание уделено современным способам окрашивания: катофорез и порошковое окрашивание. Предназначен для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки магистров 22.04.01 «Материаловедение и технологии материалов», в частности, по профильной направленности «Модифицирование поверхностей металлов и защита от коррозии». Может быть рекомендован также студентам магистратуры, обучающимся по другим профильным направленностям, связанным с технологиями обработки поверхности металлических и композиционных материалов, и аспирантам, работающим в области исследований коррозионных процессов и защиты от коррозии. УДК 620.197 ISBN 978-5-87623-839-9 И.В. Бардин, А.Г. Ракоч, А.А. Гладкова, 2014
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение....................................................................................................5 1. Краткая характеристика различных видов лакокрасочного покрытия..................................................................................................10 1.1. Эмали, краски...............................................................................10 1.2. Лаки...............................................................................................11 1.3. Водно-дисперсионные краски....................................................11 1.4. Краски, наносимые методом электроосаждения (электрофореза)...................................................................................13 1.5. Краски, наносимые методом автоосаждения............................14 1.6. Высоконаполненные краски.......................................................14 1.7. Порошковые краски ....................................................................15 2. Правила выбора лакокрасочного покрытия.....................................16 2.1. Общие сведения...........................................................................16 2.2. Условия эксплуатации.................................................................20 2.3. Материал основы и состояние поверхности перед окрашиванием.....................................................................................21 2.4. Основное назначение покрытия.................................................22 2.5. Ограничения по нанесению покрытия.......................................24 2.6. Стоимость.....................................................................................24 2.7. Примеры выбора лакокрасочного покрытия.............................25 3. Подготовка поверхности перед окрашиванием...............................27 3.1. Общие сведения...........................................................................27 3.2. Очистка поверхности ..................................................................27 3.2.1. Возможные загрязнения.......................................................27 3.2.2. Методы очистки....................................................................28 3.2.3. Эффективность очистки.......................................................30 3.3. Выравнивание поверхности........................................................31 3.4. Дополнительная обработка поверхности непосредственно перед нанесением лакокрасочного покрытия ..................................32 3.4.1. Общие сведения....................................................................32 3.4.2. Фосфатные покрытия ...........................................................32 3.4.3. Травильная грунтовка ..........................................................33 3.4.4. Антикоррозионные грунтовки.............................................33 4. Методы окрашивания.........................................................................39 4.1. Окрашивание распылением........................................................39 4.1.1. Общие сведения....................................................................39 4.1.2. Распыление с подогревом ....................................................40
4.1.3. Безвоздушное распыление...................................................41 4.1.4. Электростатическое распыление.........................................42 4.1.5. Примеры окрашивания распылением.................................42 4.2. Окрашивание окунанием ............................................................42 4.3. Окрашивание струйным обливом ..............................................45 4.4. Окрашивание валками.................................................................47 4.5. Окрашивание наливом ................................................................48 4.6. Окрашивание в барабане.............................................................49 4.7. Окрашивание электроосаждением.............................................50 4.7.1. Общие сведения....................................................................50 4.7.2. Толщина покрытия ...............................................................50 4.7.3. Преимущества и недостатки................................................51 4.7.4. Оборудование........................................................................52 4.8. Порошковое окрашивание..........................................................54 4.8.1. Общие сведения....................................................................54 4.8.2. Преимущества и недостатки................................................54 4.8.3. Оборудование........................................................................55 5. Методы сушки ....................................................................................60 5.1. Общие сведения...........................................................................60 5.2. Оборудование...............................................................................60 5.2.1. Печи периодического действия...........................................60 5.2.2. Печи непрерывного действия..............................................62 5.2.3. Высокоскоростные печи ......................................................64 5.3. Утилизация дымовых газов ........................................................64 5.4. Влияние температуры и продолжительности на эффективность горячей сушки в конвективных печах ..............64 5.5. Предварительное испарение растворителя ...............................65 5.6. Радиационно-химическая и фотохимическая сушки ...............66 Библиографический список...................................................................67
ВВЕДЕНИЕ Окрашивание (painting) – общий термин, используемый для описания процесса нанесения тонкого органического покрытия на поверхность материала. Согласно ГОСТ 9.072–77 окрашивание представляет собой нанесение лакокрасочного материала на окрашиваемую поверхность. Согласно ГОСТ 28246–2006: лакокрасочный материал (paint material) – жидкий, пастообразный или порошковый материал, образующий при нанесении на окрашиваемую поверхность лакокрасочное покрытие (далее – ЛКП), обладающее защитными, декоративными или специальными техническими свойствами; лакокрасочное покрытие (film1) – сплошное покрытие, полученное в результате нанесения одного или нескольких слоев лакокрасочного материала на окрашиваемую поверхность. Целью окрашивания может быть получение защитного, защитнодекоративного или функционального лакокрасочного покрытия. Согласно ГОСТ 9.072–77: защитное ЛКП (protective organic coating) – покрытие, предназначенное для защиты окрашиваемой поверхности от воздействия факторов внешней среды; защитно-декоративное ЛКП (decorative organic coating) – лакокрасочное покрытие, предназначенное для защиты окрашиваемой поверхности от воздействия факторов внешней среды и придания ей декоративного вида. К функциональным (functional organic coating) можно отнести следующие виды ЛКП: консервационное, электроизоляционное, электропроводное, специальное, атмосферостойкое, бензостойкое, водостойкое, маслостойкое, термостойкое, химическистойкое. Окрашивание обладает следующими преимуществами перед другими процессами, используемыми для получения защитных и защитно-декоративных покрытий на поверхности металлических изделий: 1) оборудование для нанесения ЛКП обычно менее дорогостоящее, легче в эксплуатации и требует меньшего контроля; ––––––––– 1 Термин film применяется в зарубежной научно-технической литературе в гораздо более широком смысле – тонкий слой (пленка) чего-либо, не обязательно краски.
2) материальные и трудовые затраты на получение единицы окрашенной поверхности значительно меньше; 3) ЛКП доступны в широком спектре пигментов и лакокрасочных сред (согласно ГОСТ 28246–2006 лакокрасочная среда (medium, vehicle) – это совокупность компонентов жидкой фазы лакокрасочного материала), что позволяет удовлетворить практически любые требования по цвету, блеску и текстуре поверхности; 4) разработаны ЛКП, которые могут эксплуатироваться в наиболее агрессивных с коррозионной точки зрения условиях. В отличие от большинства защитных металлических покрытий, ЛКП могут защищать материал от одновременного воздействия нескольких коррозионных факторов, таких как сочетание морской атмосферы и паров кислот; 5) применяемые обычно ЛКП являются диэлектриками, что позволяет использовать их для устранения гальванической (контактной) коррозии. В свою очередь, ЛКП с пигментами, обеспечивающими электропроводность покрытия, могут применяться для заземления или снятия статического электричества с металлической конструкции; 6) разработаны ЛКП, удовлетворяющие требованиям новейших экологических стандартов. Большинство ЛКП состоят из пленкообразующего вещества, растворенного или диспергированного в растворителе (органическом растворителе или воде). Согласно ГОСТ 28246–2006: пленкообразующее вещество (лакокрасочного материала) (binder1) – нелетучая часть лакокрасочной среды, образующая лакокрасочное покрытие; растворитель лакокрасочного материала (solvent2) – одно- или многокомпонентная жидкость, испаряющаяся при определенных условиях сушки и полностью растворяющая пленкообразующее вещество лакокрасочного материала. В лакокрасочную среду добавляются пигменты, а также другие вещества для придания ЛКП специальных свойств. Согласно ГОСТ 28246–2006: ––––––––– 1 В зарубежной научно-технической литературе применяются также термины film-forming material, film former. 2 В зарубежной научно-технической литературе термин solvent обозначает только органический растворитель.
пигмент для лакокрасочного материала (pigment) – вещество в виде мелкодисперсных частиц, практически нерастворимое в лакокрасочной среде и используемое благодаря своим оптическим, защитным или декоративным свойствам; краситель для лакокрасочного материала (dyestuff) – природное или синтетическое вещество, придающее желаемый цвет лакокрасочному материалу, в котором оно растворено; наполнитель для лакокрасочного материала (extender) – вещество в гранулированной или порошкообразной форме, практически нерастворимое в лакокрасочной среде, используемое в качестве компонента пигментированных лакокрасочных материалов для направленного влияния на определенные физические свойства; сиккатив (drier) – металлоорганическое соединение, добавляемое к лакокрасочным материалам окислительного отверждения для ускорения процесса сушки; ускоритель для лакокрасочного материала (accelerator) – вещество, которое при введении в лакокрасочный материал ускоряет процесс образования поперечных связей между молекулами; отвердитель для лакокрасочного материала (hardener) – вещество, вводимое в лакокрасочный материал для сшивания макромолекул пленкообразующего вещества и образования трехмерной структуры; добавка для лакокрасочного материала (additive) – вещество, добавляемое в лакокрасочный материал для улучшения или изменения одного или нескольких свойств; пластификатор для лакокрасочного материала (plasticizer) – вещество, добавляемое в лакокрасочный материал для придания высохшему лакокрасочному покрытию большей эластичности. Кроме того, ЛКП может содержать стабилизаторы (stabilizers), которые уменьшают вредное воздействие тепла и солнечного света на покрытие. В настоящее время применяется широкий спектр пленкообразующих веществ: масла, лаки, синтетические смолы (полимерные материалы). Основные свойства ЛКП определяются, прежде всего, видом используемого пленкообразующего вещества. Согласно ГОСТ 28246–2006: смола (resin) – твердый, полутвердый или псевдотвердый органический материал, который имеет неопределенную относительно высокую молекулярную массу и под воздействием тепла размягчается или плавится в определенном диапазоне температур;
природная смола (natural resin) – смола растительного или животного происхождения; модифицированная смола (modified natural resin) – смола, химическая структура которой включает в себя природный материал, частично видоизмененный в результате соответствующих химических реакций; синтетическая смола (synthetic resin) – смола, получаемая в результате контролируемых химических реакций полимеризации, полиприсоединения или поликонденсации между реагентами, которые сами по себе не обладают характеристиками смол; акриловая смола (acrylic resin) – синтетическая смола, полученная полимеризацией или сополимеризацией различных акриловых и/или метакриловых мономеров. Возможна сополимеризация акриловых и метакриловых мономеров с другими мономерами; фенольная смола (phenolic resin) – синтетическая смола, полученная поликонденсацией фенолов, их гомологов и/или производных с различными альдегидами, в частности формальдегидом; алкидная смола (alkyd resin) – синтетическая смола, полученная поликонденсацией многоосновных кислот, жирных кислот или масел с многоатомными спиртами; аминная смола (amino resin) – синтетическая смола, полученная поликонденсацией аминов или амидов с альдегидами и этерифицированная спиртами; хлорированный каучук (chlorinated rubber resin) – смола, полученная хлорированием природного или синтетического каучука; полиэфирная смола (polyester resin) – синтетическая смола, полученная поликонденсацией многоосновных кислот и многоатомных спиртов; ненасыщенная полиэфирная смола (unsaturated polyester resin) – полиэфирная смола, характеризующаяся наличием в полимерной цепи двойных углерод-углеродных связей, способных к дальнейшей сшивке; изоцианатная смола (isocyanate resin) – синтетическая смола на основе ароматических, алифатических или циклоалифатических изоцианатов, содержащая свободные или блокированные изоцианатные группы; полиуретановая смола (polyurethane resin) – синтетическая смола, полученная в результате взаимодействия полифункциональных изоцианатов с соединениями, содержащими гидроксильные группы;
кремнийорганическая (силиконовая) смола (silicone resin) – синтетическая смола, содержащая силоксановые группы; стирольная смола (styrene resin) – синтетическая смола, полученная полимеризацией стирола или его сополимеризацией с другими мономерами; виниловая смола (vinyl resin) – синтетическая смола, полученная полимеризацией и/или сополимеризацией мономеров, содержащих винильные группы; эпоксидная смола (epoxy resin) – синтетическая смола, содержащая эпоксидные группы.
1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ЛАКОКРАСОЧНОГО ПОКРЫТИЯ 1.1. Эмали, краски Общие термины «краска, эмаль» (paint) и «лакокрасочное покрытие» (organic coating) в принципе являются взаимозаменяемыми и используются для обозначения покрытий, имеющих органическую основу. Термин paint традиционно использовался для описания пигментированных материалов с целью отличить их от прозрачных пленок, которые более правильно называть лаками (lacquers или varnishes). Согласно ГОСТ 28246–2006: краска (paint) – жидкий или пастообразный пигментированный лакокрасочный материал, имеющий в качестве пленкообразующего вещества олифу различных марок или водную дисперсию синтетических полимеров и образующий при нанесении на окрашиваемую поверхность непрозрачное лакокрасочное покрытие; эмаль (paint) – жидкий или пастообразный пигментированный лакокрасочный материал, имеющий лакокрасочную среду в виде раствора пленкообразующего вещества в органических растворителях и образующий при нанесении на окрашиваемую поверхность непрозрачное лакокрасочное покрытие; масляная краска (oil paint) – жидкий или пастообразный пигментированный лакокрасочный материал, имеющий в качестве пленкообразующего вещества олифу различных марок и образующий при нанесении на окрашиваемую поверхность непрозрачное лакокрасочное покрытие. Вследствие того, что эмали могут образовывать гладкую блестящую поверхность (существуют также матовые эмали), их применяют в основном в качестве внешнего слоя покрытия (finishing coat, topcoat). Эмаль подвергается естественной (air dry) или горячей (stoving, baking) сушке1. Естественная сушка, т.е. сушка на воздухе в нормальных условиях, осуществляется в основном путем сочетания испарения растворителя и окислительного отверждения. Эмали, которые подвергаются горячей сушке, содержат в своем составе ускоритель и отвердитель. ––––––––– 1 Согласно ГОСТ 9.072–77 сушка ЛКП – это формирование лакокрасочного покрытия.
1.2. Лаки Согласно ГОСТ 28246–2006 лак (clear paint material1) – лакокрасочный материал, образующий при нанесении на окрашиваемую поверхность прозрачное лакокрасочное покрытие. Лаки представляют собой композиции на основе натуральных или синтетических термопластичных пленкообразующих веществ, растворенных в органическом растворителе. При проведении сушки органический растворитель испаряется. В основном для лаков характерна достаточно высокая скорость высыхания. Типичные пленкообразующие вещества лаков – нитроцеллюлоза или другие производные целлюлозы, а также акриловые и виниловые смолы. В качестве природной смолы применяется шеллак (shellac) – продукт секреции лаковых жуков (Kerria lacca). 1.3. Водно-дисперсионные краски Согласно ГОСТ 28246–2006 водно-дисперсионная краска (emulsion paint; latex paint2) – жидкий или пастообразный пигментированный лакокрасочный материал, имеющий лакокрасочную среду в виде дисперсии органического пленкообразующего вещества в воде и образующий при нанесении на окрашиваемую поверхность непрозрачное лакокрасочное покрытие. Водно-дисперсионные краски разбавляются водой. Существует три основных типа водно-дисперсионных красок: 1) растворы (solutions); 2) суспензии (colloidal dispersions); 3) эмульсии (emulsions или latexes). Для приготовления растворов водно-дисперсионных красок применяют водорастворимые пленкообразующие вещества. Широко используемые в промышленности пленкообразующие вещества (алкидные, акриловые и эпоксидные смолы) могут быть растворены в воде после химического присоединения к ним сильно гидрофильных полярных групп, например, карбоксильных, гидроксильных или амидных. Обычно для увеличения растворимости также требуется применение углеводородных растворителей (до 20 %). Суспензия водно-дисперсионной краски представляют собой дисперсию твердых частиц пленкообразующего вещества размером ме––––––––– 1 В зарубежной научно-технической литературе для обозначения лаков употребляются термины lacquers или varnishes. 2 В зарубежной научно-технической литературе применяется также термин water-borne paints.
нее 0,1 мкм в воде. Обычно с целью частичного растворения смолы дисперсионные частицы имеют полярные группы. Эмульсии или латекс – дисперсия жидких капель пленкообразующего вещества в воде. Эмульсии отличаются от суспензии бóльшим размером дисперсной фазы. Пигменты должны быть совместимы с водой. Например, металлические частицы могут взаимодействовать с водой с выделением газа. Водно-дисперсионные краски имеют низкое содержание летучих органических соединений и соответствуют большинству экологических стандартов. Согласно ГОСТ 28246–2006 летучее органическое соединение в лакокрасочном материале (ЛОС) (volatile organic compound, VOC) – любая органическая жидкость или любое твердое органическое вещество, присутствующее в лакокрасочном материале, самопроизвольно испаряющееся при определенных значениях температуры и давления атмосферы. Преимущества водно-дисперсионных красок следующие: – низкая пожароопасность; – пониженная токсичность и отсутствие запаха; – высокая способность к мытью ЛКП водой; – сплошность покрытия аналогична традиционным краскам с органическим растворителем; – высокая стойкость к коагуляции: могут быть использованы все типы оборудования, применяемого для перекачивания традиционных красок с органическим растворителем; – возможность применения для нанесения ЛКП различных методов: пневматическое распыление, окунание, струйный облив, электроосаждение, окрашивание валками. К недостаткам водно-дисперсионных красок относят следующие: – использование электростатического распыления требует применения полной электрической изоляции вследствие электропроводности воды; – требуется применение более длинного туннеля для сушки покрытия; – для испарения воды температуру необходимо увеличивать с достаточно небольшой скоростью для предотвращения вздутия1 ЛКП; ––––––––– 1 Согласно ГОСТ 28246–2006 вздутие лакокрасочного покрытия (blistering) – это выпуклая деформация лакокрасочного покрытия, обусловленная локальным отделением одного или нескольких составляющих его слоев.
Доступ онлайн
В корзину