Глава 9. Способы отверждения покрытий

Необходимой операцией после нанесения лакокрасочных материалов на поверхность является их отверждение.

На практике эту операцию обычно называют сушкой. Однако термин «сушка» не вполне отражает физико-химическую сущность происходящих при этом процессов, т.к. формирование покрытий может быть результатом не только испарения растворителей (высыхание), но и протекания других процессов. Мы будем рассматривать отверждение с технологической точки зрения.

Формирование покрытий из лакокрасочных систем может быть проведено:

1) в естественных условиях (на открытой площадке или в помещении) при температуре окружающего воздуха;

2) в искусственно созданных условиях  при энергетическом воздействии на материал (тепловом, световом, радиационном и т.д.).

Первый вид отверждения, применяемый ко многим жидким лакокрасочным материалам (воднодисперсионным, перхлорвиниловым, эфироцеллюлозным и др.), не связан с использованием какого-либо оборудования и затратой энергии. Однако, он длителен, неприемлем при поточных способах и приводит к получению покрытий недостаточно высокого качества.

Искусственное отверждение применимо к любым жидким и порошковым лакокрасочным материалам. Оно позволяет существенно ускорить технологический процесс и улучшить качество покрытий, однако требует специального оборудования и затраты энергии. Из-за выигрыша во времени и в качестве покрытий искусственное отверждение получило исключительно большое распространение в промышленности.

С расширением объема применения искусственных способов отверждения сильно возросли энергозатраты на производство покрытий. В настоящее время отверждение покрытий  наиболее энергоемкая стадия всего технологического процесса формирования покрытий.

Отверждение пока остается и лимитирующей стадией производственного цикла, несмотря на то, что продолжительность формирования покрытий в промышленности уменьшилась более чем в 2 раза за последние годы.

В зависимости от способа энергетического воздействия на лакокрасочный материал различают: тепловое отверждение под действием УФ-излучения и радиационное отверждение.

При выборе способа и режима отверждения (сушки) покрытий учитывают многие факторы: вид лакокрасочного материала, характер подложки, размеры и степень сложности покрываемого изделия, поточность производства и др. Предпочтение отдают тем способам, которые более экономически выгодны, высокопроизводительны, менее трудо- и энергоемки и обеспечивают лучшее качество покрытий.

9.1. Тепловое отверждение покрытий

Нагревание широко применяется на практике для ускорения формирования покрытий как непревращаемого, так и особенно превращаемого типов. По способу подвода теплоты к покрытию различают следующие способы теплового отверждения: конвективный, терморадиационный, индукционный. Наибольшее применение получили первые два. Они хорошо разработаны технологически и аппаратурно.

9.1.1. Конвективный способ

Основы способа. При конвективном способе нагревание слоя лакокрасочного материала и изделия осуществляется за счет передачи теплоты от окружающего воздуха или топочных газов. Теплота передается поверхности, постепенно распространяясь вглубь пленки, поэтому затвердевание покрытия происходит также с поверхности раздела пленка - газовая среда.

Такой способ отверждения не является оптимальным. При использовании жидких красок образующийся на поверхности слой более высохшего материала замедляет диффузию и отвод растворителя из глубинных слоев пленки; в случае порошковых красок оплавленный с поверхности слой полимера затрудняет выход воздуха из остальной части покрытия.

Из-за низкой теплопроводности газов (для воздуха при 100ºС λ ≈ 0.028 Вт/м·С, т.е. в тысячи раз меньше, чем у металлов) в конвективной передаче теплоты покрытию принимают участие только слои, непосредственно контактирующие с изделием.

Для улучшения теплопередачи используют перемешивание нагретых газов. Это вызывает дополнительную затрату энергии, т.е. конвективный способ отверждения малоэффективен и достаточно энергоемок. Однако его широко применение объясняется рядом достоинств: универсальностью (пригоден для отверждения любых лакокрасочных материалов, нанесенных на различные подложки), мягкостью и равномерностью нагрева (можно нагревать изделия разной степени сложности), простотой конструкции и легкостью эксплуатации сушильных установок.

С теплотехнической точки зрения в процессе отверждения (сушки) можно выделить три стадии (рис. 9.1).

Рис. 9.1. Температурно-временная характеристика конвективной сушки покрытий: