19. Нанесение жидких лкм методом электроосаждения. Анодное, катодное э/о. Автофорез. Основы способа.

Основы способа:

Процесс ЭО водоразбавляемых ЛКМ имеет ряд особенностей: он протекает в водных средах, не связан с Эл/хим разрядом (в отличие от гальванических процессов), сопровождается хим превращениями пленкообразователя на электроде или приэлектродном пространстве. Для нанесения пригодны п/о вещества, спосбные в водной среде диссоциировать с образованием полианионов: , - или поликатионов:

Основными процессами, протекающими при анодном осаждении являются:

электролиз воды: Н₂О→0,5 О₂+2Н⁺+2е, и анодное растворение Ме: Ме→Ме^а++ае.

В прианодном пространстве в результате электролиза воды рН раствора резко понижается. Благодаря накоплению ионов водорода и Ме создаются благоприятные условия для образования кислотной и солевой форм п/о вещества:

R(COO^-)_n+nH⁺→R(COOH)_n↓;R(COO^-)_n+n/aMe^a+→R(COO)_nMe_n/a↓

О,разование кислотной и солевой форм определяется многими факторами, важнейшими из которых являются природа покрываемого Ме и характер его поверхности. Различают три группы Ме в зависимости от того, по какому механизму происходит на них осаждение п/о.

К первой группе относят нерастворимые и пассивирующиеся в процессе электроосаждения Ме (Pt, Al, пассивированное Fe). Главным процессом в этом случае является электролих воды; осадок формируется из кислотной формы п/о в-ва. Во вторую группу входят металлы, характеризующиеся повышенной склонностью к анодному растворению при используемых потенциалах (Zn, Ni, Ag, Fe). В этом случае кроме разложения воды электричество расходуется на растворение Ме, но концентраци образующихся ионов недостаточно велика, поэтому осаждение п/о осществляется в кислотной и солевой формах с преобладанием кислотной. Третью группу составляют медь и её сплавы. Для них характерно сильное анодное растворение, отсутствие пассивации и образование осадка в виде средних и основных солей.

Выход осадка зависит от продолжительности электроосаждения и от количества поглощенного элекричества (см. рис.) и лимитируется электрическим сопротивлением полученного слоя. При анодном осаждении покрытия, сформированные из кислотной формы п/о, имеют более высокие механические и защитные свойства, чем покрытия, полученные из солевой формы

.

При катодном ЭО используются водорастворимые п/о, образующие при диссоциацииполикатионы. В процессе осаждения протекают следующие реакции в прикатодном пространстве:

H₂O+e→0,5H+OH^-; >CH-N⁺HR₂+OH^-→ >CH-NR₂+H₂O.

Последняя реакция связана с превращением п/о, обусловлена повышением содержания ионов ОН^- в прикатодном пространстве (рН=9-10). Образущиеся при этом олигомерные основания нерастворимы в воде и отлагаются на катоде в виде осадка.

Наряду с указанными процессами возможно катодное восстановление оксидов Ме за счет присутствующих в растворе ионов гидроксония: МеО+2Н₃О⁺+2е↔Ме+3Н₂О.

Таким образом, в отличие от анодного процесса при катодном не происходит растворения Ме и его фостфатов (если проведено фосфатирование); также исключается окисление п/о.

ЛКМ:

Анодное осаждение(грунтовки и эмали различных цветов): масляно-фенольные (В-ФЛ-093, В-ФЛ-149Э, В-ФЛ-1199Э), масляно-стирольные (В-МС-278, В-МА-5194), меламино-алкидные (МЛ-28), эпоксидные (В-ЭП-0117, В-ЭП-2100), полиакрилатные (В-АС-1162) и др. Эти материалывыпускаются в виде нейтрализованных концентратов и кислых водонерастворимых паст с содержанием сухого остатка (до стадии разведения) 40-75%. Нейтрализующими агентами для них служат алифатические амины (триэтиламин, триэтаноламин и др.), а также аммиак.

Катодное осаждение: эпоксидные, полиэфирные, полиакрилатные, полиуретановые, содержащие четвертичные аммониевые группы или аминогруппы. Их нейтрализуют кислотами – соляной, фосфорной, муравьиной, уксусной.

Введение в олигомеры полимерных модификаторов – фторопластов, полиамидов, полистирола и др. – приводит к повышению рассеивающей способности и направленному изменению многих свойств покрытий.

Технология:

Подлежащее окрашиванию изделие тщательно обезжиривают и при необходимости фосфатируют. Для промывки изделий при подготовительных операциях применяют умягченную воду; при окончательной промывке используется обессоленная вода из расчета 2-10 л на 1 м² обрабатываемой поверхности.

Нанесение покрытий осуществляется на установках периодического и непрерывного действия. Схема установки непрерывного действия для окрашивания изделий анодным осаждением показана на рис. Ванна соединена с отрицательным полюсом источника постоянного тока и является катодом; окрашиваемое изделие служит анодом, электрический ток подводится к нему через токосъемную шину, расположенную под ванной электроосаждения. Ванну обычно изготовляют из нерж стали. Перемешивание ЛКМ в ванне осуществляется циркуляционным насосом; если объмы большие, доп устанавливают мешалки. Изделия поступают в ванну на токопроводящих покрытых гидрофобной смазкой подвесках. Расстояние отповерхности изделий до стенок, днища и верхнего уровня краски в крупногабаритных ваннам не менее 300 мм, в ваннах объемом 1,5 м³ – 150-200 мм.

Промывка осуществляется в промывочных туннелях или специальных зонах промывки, оборудованных контурами с форсунками и насосом. Завершающая стадия процесса – обдувка изделий горячим воздухом, которая осуществляется в зоне обдувки, снабженной специальным контуром, под небольшим давлением при 100-130°С; продолжительность 30-90 с.

Автофорез или хемоосаждение. Относительно новый способ нанесения ЛКМ, при котором осаждение ПО на поверхности изделия идет без применения эл/тока. Автофорез основан на пристенной коагуляции водной дисперсии (латекс) ПО, стабилизированных ионогенными ПАВ путем создания градиента концентрации электролита на границе поверхность-среда.

Принцип действия: 1) В водную дисперсию полимера вводят минеральную кислоту (H3PO4, HCl), такое кол-во, чтобы она не нарушала стабильность латекса. 2) В эту среду помещается стальные, Ме изделия. 3) Кислота взаимодействует с Ме, происходит растворение Ме и в пристенной зоне образуется высокая концентрация гидратированных ионов (H3O⁺). 4) Гидратированные ионы вызывают разрушение адсорбционно-гидратных слоев частиц латекса (только тех, которые находятся в пристенной зоне). Латекс разрушается и ПО оседает на поверхности Ме. Д/получения покрытий таким способом применяют латексы различных ПО.

Электролитами (кислотами) служат орг. и неорг. кислоты (H3F, H3PO4, винная кислота, щавелевая).

Скорость растворения Ме и стабильность дисперсий регулируют введением ПАВ, окислителей, подготовителей поверхности.

Разработана специальная грунтовка (ВД-КЧ-0178) и некоторые виды красок, предназначенный д/автофореза. Их наносят на предварительно обезжиренную и фосфатированную поверхность стали при режимах: рН среды (2), Т осаждения (20С), продолжительность осаждения (0,5-1 минута), Т отверждения (130С), продолжительность отверждения (30 мин), толщина покрытий (30-35 мкм).

+: образуется ровное по толщине бездефектное покрытие, высокая сплошность покрытия, отсутствуют затраты электроэнергии, возможно окрашивание изделий любой степени сложности.

20. Конвективный способ отверждения ЛКМ. Достоинства и недостатки.

Нагревание слоя ЛКМ и изделия осуществляется при данном способе за счет передачи тепла окр. воздуха или топочных газов.

Теплота передается пов-ти и постепенно распределяется внутрь пленки.

Верхние слои отверждаются в первую очередь. Поэтому такой способ отверждения не является оптимальным. Нельзя отверждать толстослойные покрытия. На пов-ти образуется пленка более высохшего материала, а глубинные слои содержат еще много растворителя, => после сушки микрокапилляры, микротрещины. В случае порошковых ЛКМ оплавленный на пов-ти полимер мешает выходу воздуха, кот. находится между частицами, из остальной части пленки.

Для улучшения теплопередачи применяют в таких климатич. камерах перемешивание нагретых газов, => повышенные энергозатраты.

Недостатки: малоэффективен – теплоемкость газа низкая; достаточно энергоемок; нерационален.

Достоинства: универсальность; мягкость и равномерность нагрева – можно сушить ЛКМ на изделиях различной сложности; простота конструкции; легкостьэксплуатации.

Процесс отверждения в конвективной сушилке можно разделить на 3 стадии:

І – разогрев, ↑ темп-ры;

ІІ – собственно сушка;

ІІІ – охлаждение покрытия.

I стадия – всегда будет иметь место существенный градиент температур в пленке. Этот градиент тем больше, чем выше Тв сушилке, и чем выше Т изделия. Т.е. чем резче мы нагреваем. Большой градиент приводит к неравномерному протеканию процесса. Верхние слои пленки могут начать деструктировать, т.к. мы их перегрели. А глубинные слои еще находятся в жидком состоянии. Продолжительность I стадии зависит: от массы изделия, от теплофиз. параметров материала (теплоемкости, теплопроводности), от скорости подвода тепла к изделию.

II стадия – продолжительность зависит от скорости протекания процесса в пленке и явл-ся функцией от темп-ры. Невозможно отверждать толстослойные покрытия.

III стадия – может быть проведена как в пределах самой сушильной камеры, так и вне ее, т.е. в камерах охлаждения.