CC BY
97
УДК 667.6
В. В. Пискарев, Е. А. Викторова, А. И. Вильданова
ПОЛИМЕРНО-ПОРОШКОВАЯ КРАСКА, ЕЕ ОСОБЕННОСТИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ОБЪЕКТАХ ДИЗАЙНА
Ключевые слова: латкрасочные материoлы, пoлимерно-порoшковая ^aom, дизaйн.
На сегодняшний день порошковая окраска используется во многих сферах быта человечества. Большое разнообразие цветов и фактур является не только практичным, но и дизайнерским средством.
Key words: coating materials,polymer-powderpaint, design.
Today powder coating is used in many fields of human life. A wide variety of colors and textures is not only practical, but also a design tool.
Изобретение порошковых красок стало одним из важнейших открытий прошлого века в лакокрасочной индустрии (анный метод окраски был разработан в 1950-х гг.). Порошковая окраска -метод получения полимерных покрытий с высокими защитными и декоративными свойствами. Способ порошкового окрашивания является популярной альтернативой нанесению жидких лакокрасочных материалов для деталей, допускающих термообработку [1].
Наглядным примером являются изделия с данным покрытием : например автомобильные диски, на которые нанесена порошковая краска под хром, кованые ограды и заборные решетки, обработанные красителями данного типа, спортивный инвентарь (велосипеды, мотоциклы и снегоходы); медицинская техника (кровати, стулья, столы); кровельные материалы (металлические кровли, водостоки), предметы мебели; неметаллические изделия (предметы из гипса, керамики).
В настоящее время порошковые краски используются в самых разных отраслях промышленности, круг которых постоянно расширяется.
Порошковая краска - это многокомпонентная система, которая является твердой и дисперсной [2]. Основные компоненты порошковых красок - вещества, которые являются плёнкообразующими, содержащие в себе стабилизаторы, отвердители, пластификаторы, поверхностно-активные вещества и др.
Плёнкообразователями для порошковых красок могут служить такие полимеры, как поливинил-бутираль, поливинилхлорид, полиакрилаты, полиамиды, полиэтилен, фторопласты, пентапласт, эфи-ры целлюлозы, полиуретаны [3,4].
Процесс получения порошковых красок включает в себя несколько стадий. Полимеры и оли-гомеры предварительно измельчают. Все исходные компоненты дозируются и предварительно смешиваются в высокоскоростных смесителях; затем происходит их гомогенизация в расплаве. Полученный материал охлаждается в специальных устройствах барабанного или ленточного типа, проходит грубое и тонкое измельчение. Готовую порошковую композицию классифицируют по размерам частиц (допустимый размер частиц находится в пределах 5-350 мкм) и фасуют.
Полимерно-порошковые краски подразделяют на две группы в зависимости от типа пленкообразо-вания: термопластичные и термореактивные.
Термопластичные краски формируют покрытия без химических превращений, за счет сплавления частиц и охлаждения расплавов. Пленки, которые из них получаются, термопластичны и хорошо растворимы. Состав этих красок соответствует составу исходного материала, на основе поливинил-
бутираля:
— СН3—СН—СНг — СИ—
о — сн—-о 1
! С3Н7 п
полиэтилена: [—СН2—СН2—СН2—СН2—]п, поливинилхлорида: [—СН2—СНС1—]п, полиамидов: [—СО—(СН2)п—КН—]п и др.
Термопластичные порошковые краски применяют для получения покрытий, к декоративным свойствам которых не предъявляются высокие требования. Они преимущественно рекомендуются как материалы функционального назначения для получения химстойких, антифрикционных и других покрытий. Термопластический порошок плавится под воздействием сжатого воздуха и попадает в специальный пистолет, где проходит через горящий пропан. Расплавленные частицы краски наносятся на окрашиваемую поверхность, формируя прочный слой. Поскольку этот способ не требует прямого нагревания, он подходит для большинства материалов. С помощью данной технологии можно окрашивать поверхности из металла, древесины, каучука и камня.
Термореактивные покрытия образуются в результате сплавления частиц и последующих химических реакций. По сравнению с термопластичными порошковыми покрытиями это более сложные системы на основе олигомерных пленкообразователей. Время формирования из них покрытий определяется скоростью протекания химических реакций отверждения, качество же получаемых покрытий зависит от глубины протекания реакций, степени их завершенности. Термореактивные покрытия не плавки и не растворимы. Основными факторами, определяющими их доминирующее развитие (по сравнению с красками на термопластах), являются мень-
шая толщина эксплуатационно-способных покрытий (соответственно меньший удельный расход материалов на их изготовление) и лучшее качество покрытий, в первую очередь в отношении адгезии, теплостойкости, декоративных свойств. К ним относятся порошковые краски на основе: акрилатов: [—CH2=CHCOO—]n, полиуретана: [—N(R)—C(O)O—]n, где R =Н, алки-лы, арилилиацил , эпоксидных :
м н; н,с—с-с " сf
и полиэфирных смол:
Например, порошковые эпоксидно-полиэфирные (гибридные) краски получают путем комбинирования эпоксидного и полиэфирного оли-гомеров. Определяющим являются низкая вязкость и высокая реакционная способность как эпоксидного пленкообразующего, так и отвердителя. Для этого используют низкомолекулярные диановые эпоксидные олигомеры с низкой вязкостью, с содержанием эпоксидных групп 3-7% (температура плавления 85-115°С) и твердые насыщенные полиэфиры с концевыми карбоксильными группами (кислотное число 80-120). Берут эквивалентное соотношение компонентов по числу карбоксильных и эпоксидных групп. Полифункциональность олигомеров предопределяет протекание реакций с образованием нерастворимых трехмерных полимеров:
О
\
ОН
+ сн2—сн-
0 II
-с—О-СНо—СИ-
ОН
о
-с;
+ -СН--V-C-0-CH-
ОН I
ОН ОН
Требование ко всем порошковым краскам -хорошая сыпучесть. При недостаточности сыпучести затрудняется нанесение красок. При нормальной сыпучести угол естественного откоса обычно колеблется от 36 до 45 °С.
Необходимое свойство порошковых красок -способность к влагопоглощению, т.е. гидроскопич-ность. В результате снижается сыпучесть порошков, могут изменяться электрические свойства красок, а также это сказывается на качестве пленкообразования.
Одна из важных характеристик порошковых красок - насыпная плотность, характеризующаяся массой свободно насыпанного порошка в единице объема и выражаемая в кг/кв.м. Нормой для промышленных порошковых красок является насыпная плотность от 200 до 800 кг/кв.м.
Порошковые краски могут наноситься различными методами: в кипящем слое, в электрическом поле высокого напряжения, сочетанием этих двух методов, газопламенным и плазменным напылением с помощью ручных и автоматических установок, на холодное или предварительно разогретое изделие.
Полимерно-порошковая покраска - завершающий этап производства и обработки изделия, который имеет ряд преимуществ над покраской жидкими веществами:
экономичность - электростатическое распыление позволяет использовать краску почти на 100% (что попросту невозможно при других способах покраски, где потери лакокрасочных материалов могут достигать ~ 40%.) равномерно по всей площади изделий, без подтеков. Кроме того, себестоимость окрашивания достаточно низкая, ведь растворители в этой технологии выполняют лишь роль носителей пленочного покрытия. Благодаря тому, что покрытие затвердевает при полимерной окраске достаточно быстро, общие затраты времени на все работы невелики. Например, однослойное порошковое покрытие нужно сушить всего один раз, а традиционные лакокрасочные - многократно.
износостойкость - на окрашенном порошковой краской изделии формируется эластичный слой полимера с высокой адгезией (сцепления частиц с окрашенной поверхностью) и создается антикоррозийное и электроизоляционное покрытие, которое стойко к растворам кислот, щелочей и органических растворителей, химикатов и солей, ультрафиолетовому излучению, истиранию. Кроме того, такой вид краски устойчив к перепадам температур в диапазоне от -60°С до +150°С .
прочность - полимерное покрытие обладает особенно высокими физико-механическими показателями: ударная прочность - 500 нм, прочность на изгиб - 1 мм. С окрашенными изделиями можно производить операции формовки, сгибания и сборки без ущерба для покрытия. Толщина самого покрытия может варьировать от 30 до 500 мкм.
эстетичность - данный вид покраски имеет широкую цветовую гамму, равномерное распределение, насыщенного, не тускнеющего со временем полимерно-порошкового красочного слоя. Кроме того, с помощью метода полимерно-порошковой окраски металла, можно получить матовую или глянцевую текстуру изделия, а также рельефную фактуру.
экологичность - в полимерно-порошковой краске отсутствуют опасные токсичные вещества, поэтому изделия безопасны как для специалистов, оказывающих данную услугу, так и для потребителей. Применение инновационных методов в сфере разработки порошковых красок позволило создать
отдельные их разновидности, подходящие для окрашивания посуды, детских игрушек и т.д.
универсальность - полимерную краску можно даже наносить на стекло и обратную сторону зеркала.
пожаробезопасность - полимерно порошковые краски обладают способностью к горению, однако они неогнеопасны, так как температура их самовозгорания в диапазоне от 320 до 550°С. Область применения полимерно-порошкового покрытия имеет довольно широкий спектр.
Наиболее актуальна данная технология нанесения полимерно-порошкового покрытия в машиностроении и особенно автомобилестроении. Не менее востребованы полимерно-порошковые краски в следующих сферах производства:
• Сельхозоборудование;
• строительство (фасадные элементы, оконные профили, кровельные материалы);
• бытовая техника;
• спортивные тренажеры;
• системы водоотвода;
• производство электрооборудования и инструмента;
• торговое оборудование;
• вентиляционное оборудование;
• медицинская техника;
• офисная и садовая мебель, мебельная фурнитура;
• дорожные знаки и наружная реклама;
• неметаллические изделия (предметы из гипса, керамики, стекла, дерева);
и многих других.
Необходимо заметить, что разнообразие цветов (более 500 разновидностей цветовой гаммы ) и фактур делают данный вид краски не только практичным, но и дизайнерским средством. Чтобы все время соответствовать постоянному спросу, диктуемому современным дизайном и архитектурой, промышленность предлагает широкую гамму порошковых красок со спецэффектами: металлизированные, «под слюду», «под жемчуг», «под мрамор», «под кожу», с морщинистостью, с шелушением, с патиной и т.д. Причем блеск в такой технологии покраски контролировать достаточно легко. Высокое качество декоративного покрытия позволяет скрыть практически любые дефекты поверхности даже при нанесении одного слоя краски, и гарантия на такое покрытие будет больше 10 лет. .Особое положение занимают лаки, так называемые покрывные, которые применяются для защиты цветных металлов (бронза, медь, латунь) и тонкого слоя металла вакуумного напыления от окисления, позволяющие выигрышно представить поверхность. А также лаковые и наполненные композиции для стекла (флаконы для парфюмерии и
косметики и т.д.) разных цветов и различной фактурой поверхности [5].
Полимерно-порошковое покрытие широко используется архитекторами и дизайнерами в архитектуре малых форм и в решении уникального, цве-то - фактурного пространства интерьера объекта.
Примеры утилитарного использования данного покрытия мы постоянно встречаем в быту , транспорте и социальных объектах (отделка, ремонт, бытовая техника, транспорт).
Полученное полимерное покрытие можно обрабатывать любыми механическими способами -сверлением, резкой, полировкой, обработкой кромки и т.д. У всех изделий получатся ровные края рисунка и точное, 100% соответствие цвета по каталогу международной цветовой системы RAL [6].
Обладая очевидными преимуществами, порошковая покраска практически вытеснила жидкие лакокрасочные материалы в металлоиндустрии. В этой сфере при окраске изделий из дерева процесс медленно развивался. Дерево «живёт» и обладает различными свойствами в зависимости от места происхождения, возраста, способа обработки. В последнее время технология порошковой покраски применяется и для окраски МДФ (древесноволокнистая плита). Технология не имеет таких недостатков, как при широко распространённой жидкой покраске, при которой лак наноситься в несколько слоёв с промежуточной шлифовкой, или как проблема стыков на кантах приламинировании.
Таким образом, благодаря своей прочности, хорошим декоративным свойствам и невысокой себестоимости производства, порошковые краски занимают все более прочные позиции в современном дизайне. Равномерное напыление хорошего качества и широкой цветовой гаммы позволяет надолго сохранить безупречный внешний вид и коррозионную стойкость покрытия.
Литература
1. Белый В.А. Полимерные покрытия.Белый В.А., Довгя-ло В. А., Юркевич О.Р. Минск: Наука и техника, 1976, 416 с.
2. Порошковые краски. Технология покрытий, под редакцией ЗАО "Промкомплект", Санкт-Петербург, 2001. -256 с.
3. Бодо Мюллер. Лакокрасочные материалы и покрытия. Принципы составления рецептур.Бодо Мюллер, Ульрих Пот. - М.: Пэйнт-Медиа, 2007. - 237 с.
4. Яковлев А. Д. Химия и технология лакокрасочных покрытий. - Л.: Химия, 1989. - 384 с.
5. Фомин Г.С. Лакокрасочные материалы и покрытия. Энциклопедия международных стандартов. - М.: Изд. стандартов, 1998г. - 576 с.
6. Европейское руководство по лакокрасочным материалам и покрытиям. Под редакцией У. Цорлля. Пер. с англ. д-р М. Гротэклаус, д-р П. Мишке, Т. Брок. - М.: Пэйнт-Медиа, 2004.- 548 с.
© В. В. Пискарев - доцент каф. «Дизайн» КНИТУ, piskarevv@art-pi.ru; Е. А. Викторова - студент каф. «Дизайн» КНИТУ, piskarevv@art-pi.ru; А. И. Вильданова - старший преподаватель каф. «Дизайн» КНИТУ, dizainkstu@mail.ru.
© V. V. Piskarev- docent, department«Design» of KNRTU, piskarevv@art-pi.ru; E. A. Victorova- studentdepartment«Design» of KNRTU, piskarevv@art-pi.ru; A. I. Vildanova- senior lecturer of the department «Design» of KNRTU, dizainkstu@mail.ru.
