3. Порошковые лакокрасочные материалы. Свойства. Способы получения покрытий. Достоинства и недостатки.

Порошковые краски – многокомпонентные дисперсные системы, которые состоят из твердой основы (ПО, ПГ, НП, различные добавки) и разделяющей их воздушной среды. (Порошковые ЛКМ – грубые дисперсии, имеют очень большую поверхностную энэргию 20 – 50 мДж/м²)

Достоинства:

1. отсутствие растворителей

2. практически безотходные технологии

3. простота технологии получения ЛКП

4. экономичность

5. хорошие защитные свойства

Все порошковые ЛКМ делят на:

1. термопластичные (ТП)

2. термореактивные (ТР)

ТП формируют покрытия без химических превращений. Плёнка формируется за счёт сплавления частиц с последующим охлаждением расплава. Получаемые из них плёнки обратимые. Применяются в бытц.

ТР формируют покрытия не только сплавлением частиц, но и в результате последующего химич.превращения. Покрытия неплавкие, необратимые, нерастворимые.

Размер частиц у ТР ЛКМ 80-100 мкм

у ТП ЛКМ 200-300 мкм.

Порошковые ЛКМ состоят из:

1. ПО; 2) ПГ; 3) Наполнитель; 4) пластификатор; 5) модификатор;

6. агенты розлива.

Требования к порошковым ЛКМ:

1. Стабильность при хранении и транспортировке, т.е. оставаться сыпучими и подвижными порошками. Т хранения меньше или равна 25 градусам.

2. Не допускать химич.старения ТР порошковых ЛКМ.

3. Порошковые ЛКМ должны иметь способность к сплавлению при нагревании. ТР должны иметь способность к химич.отверждению.

4. Полиуретаны, полиэфиры, полиакрилаты, эпоксиды – ТР порошки

Полиэтилен, полипропилен, фторопласты – ТП порошки

Порошковые ЛКМ используются для окраски бытовой техники, транспорта.

Свойства порошковых ЛКМ (ПЛКМ):

1. Дисперсионный состав – разброс частиц по размеру

2. Сыпучесть

3. Насыпная плотность ПЛКМ

4. Способность к псевдоожижению (частицы порошка налипают на поверхность, потом материал нагревают, порошок плавится)

5. Электризация (порошки распыляют)

6. Время гелеобразования (твёрдые частицы нанесли на поверхность, нагрели и они перешли в текучее состояние.)

7. Растекаемость

8. Время формирования покрытия (время прохождения хим.реакции между реакционно способными группами, чтобы образовалась сетчатая структура)

1) Дисперсионный состав – разброс частиц по размеру.

Дисперсность 5-350 мкм. Высокодисперсные: от 5 мкм, грубодисперсные: 350 мкм.

Полидисперсность – ширина разброса. Дисперсность – размер. Порошки с размером частиц меньше 100 мкм наносят методом электростатического распыления, более 100 мкм – методом псевдокипящего слоя.

Грубодисперсные ПЛКМ образуют более толстые покрытия. Для них характерен большой расход ПЛКМ.

Рисунок

Полидисперсные порошки склонны к сепарации (разделению) и к пылению.

2) Сыпучесть оценивается по коэффициенту внутреннего трения:

μ = tg α

α – угол естественного откоса свободно насыпанного порошка.

Чем выше сыпучесть, тем лучше.

Сыпучесть зависит от:

а) от температуры стеклования ПО. Чем она выше, тем лучше сыпучесть.

б) от дисперсности порошков

в) от степени изометричности частиц

г) от влажности (пример с солью)

д) от температуры. Чем она выше, слипание за счёт перегрева, сыпучесть уменьшается.

Улучшить сыпучесть ПЛКМ:

В них дополнительно вводят спец.добавки – аэросил (чтобы частички отталкивались друг от друга). Чем выше сыпучесть, тем лучше декоративные свойства отверждённого покрытия (покрытие однородное по толщине).

3) Насыпная плотность.

Для большинства ПЛКМ она в диапазоне от 200 до 800 кг/м³

Введение в порошковый материал ПГ увеличивает насыпную плотность.

Рыхлые порошки с малым значением насыпной плотности нетехнологичны (трудно наносить, т.к. они рыхлые).

4) Время гелеобразования.

Характеризует реакционную способность термореактивных красок. Время гелеобразования – время, за которое материал при заданной температуре переходит в состояние геля.

5) Способность к псевдоожижению.

Частицы переходят во взвешенное состояние, но не улетают. «Кипящий слой».

Переход во взвешенное состояние зависит от:

1. от формы и размера частиц

2. от влажности порошкового материала (из-за воды будет образовываться водородные связи, сыпучесть снизится)

3. от давления подаваемого воздуха

4. от формы ванной

6) Электризация.

Способность порошков заряжаться зависит от:

1. от электрических свойств самих частиц

2. удельного объёмного сопротивления

ρ_v = (R*S*φ)/h

φ – насыпная плотность

h – высота

3) диэлектрической проницаемости

4) технологических параметров (от аппаратуры)

5) способа зарядки частиц

6) качества заземления

Способность ПЛКМ к псевдоожижению определяется визуально по коэф.псевдоожижения – высота, на которую поднялся слой после продува воздуха по сравнению с первоначальным.

Больше 1,3, чтобы материал можно было наносить на поверхность.

Мерой электризации ПЛКМ служит средний удельный массовый заряд частицы:

ϥ = ϥ/m

ϥ – заряд частицы

m – масса

При электростатическом распылении ПЛКМ электризацию порошков характеризуют либо коэффициентом электроосаждения:

К_эо = (m/M)*τ*100

m – масса осевшего на изделии порошка

τ – время

M – масса распылённого порошка

… либо предельной степенью осаждения, т.е. количество порошка, которое может удерживаться единицей поверхности:

К = m/F

F – площадь окрашенной поверхности

m – масса порошка

ПО-е из порошков происходит через 2 стадии:

1. Деформация частиц за счёт нагрева либо поднабухание (подрастворение)

2. Слияние частиц

Порошковые ПО переводят в вязко-текучее состояние на поверхности подложки за счёт нагрева и дизорирования (введения растворителя) (Достаточно паров растворителя). В качестве растворителя может выступать мономер. Для каждого полимера имеется минимальная температура ПО. Обычно ПО с участием растворителей происходит при 20-25 градусах с небольшим подогревом.

Время слиянии частиц подчиняется уравнению Френкеля:

τ = (К* ƞ *Т)/σ,

где τ – время

К – коэф.пропорциональности

σ – поверхностное натяжение

ƞ – вязкость ЛКМ

G_пов = σ(1/x – 1/R),

где x – радиус поверхности контакта частиц

R – радиус частиц

За процессом ПО следят по изменению таких параметров, как x к R.

Смотрят за изменением удельного объёма. Оптическая плотность будет нарастать. Измен-ся тепло- и электропроводность.

Скорость слипания частиц регулируется:

1. Изменением размера частиц. Мелкие частицы быстрее слипаются.

2. Изменением вязкости. Надо уменьшить вязкость за счёт введения растворителя.

3. Изменением поверхностного натяжения расплава. Надо модифицировать поверхность ПАВами, которые уменьшают пов.энэргию, а значит частицы будут лучше слипаться.

Высокодисперсные порошки быстрее прогреваются, чем грубые.

Уменьшить вязкость в порошкообразной системе можно:

1) За счёт использования ПО с меньшей молекулярной массой

2) внедрением пластификатора (за счёт высокой температуры)

3) за счёт использования более активных растворителей, которые лучше вызывают набухание частиц полимера.

ПГ и НП (наполнители) негативно влияют на растекание ЛКМ, слипание частиц.

Из порошковых ЛКМ получают покрытия обратимого и необратимого типа. Реакции сшивания должны протекать лишь после завершения слияния частиц! В противном случае не удаётся получить качественных покрытий.

Общее время ПО определяется как суммарное:

τ_по – τ_с + τ_тр

τ_с – время слияния

τ_тр – образование пространственной трёхмерной структуры

τ – время ПО

Влияние скорости охлаждения влияет на качество получаемого покрытия. Чем медленнее проводят охлаждение, тем лучше получается покрытие.

Если на поверхность изделия нанести слой порошка (эпоксиолигомера), а затем образец поместить в камеру с парами растворителя (с ацетоном, например), а не в сушильный, то через несколько минут в результате сорбции паров образуется гелеобразная плёнка. В этом случае суммарное время ПО-я:

τ_{по =} τ_{набух.частиц} + τ_{слияния частиц} + τ_{испар.р-ля}