Технологическая инструкция по работе с порошковыми красками

Составил: Зав. лаб. ТЛК Центра Эластомеров

при КГТУ им. С.М. Кирова к.х.н. Наумов В.Н.

1998 г.

1. Выбор типа порошковой краски

Порошковые краски (ПК) делятся на 2 основные группы: термореактивные и термопластичные.

Во время нагревания термореактивных ПК происходит химическая реакция (образуются химически сшитые покрытия), которая придает покрытию высокие эксплуатационные свойства – высокую твердость, термостойкость, адгезию к подложке, защитные и декоративные свойства. При формировании термопластичных покрытий происходят только физические процессы – плавления ПК и затвердевания. Покрытия из термопластичных ПК более мягкие, пластичные (пример – покрытия из полиэтилена, полиамидов), обладают, как правило, низкой адгезией и не могут быть использованы при повышенных температурах (более 100-1200С). В настоящее время для получения защитных и декоративных покрытий используются в основном термореактивные ПК.

Термореактивные ПК по типу пленкообразующей основы делятся на эпоксидные, эпоксиполиэфирные, полиэфирные, полиуретановые, полиакрилатные и т.д.

Пленкообразующая основа оказывает решающее влияние на свойства покрытия.

Эпоксидные ПК. Широко используются для получения защитных и декоративных покрытий. Им свойственны – механическая прочность, хорошая адгезия, стойкость к растворителям. Однако при перегреве эпоксидные ПК желтеют. Эта способность очень важна в плане подхода к более тщательной термической обработке этого типа красок. Необходимо строго выдерживать указанный в паспорте на краску температурный режим отверждения. В противном случае возможно изменение цвета, ухудшение адгезионных свойств, а в конечном итоге эксплуатационных характеристик. При воздействии ультрафиолетового излучения (солнечный свет) верхний слой разрушается «мелит» (становится мелоподобным). Этот эффект, как правило, не влияет на защитные свойства покрытия, а вызывает только ухудшение эстетического вида изделия.

Эпоксидно-полиэфирные ПК. В состав эпоксиполиэфирных ПК входят эпоксидные и полиэфирные пленкообразователи, реагирующие друг с другом при нагревании. Эпоксиполиэфирные ПК на сегодняшний день являются преобладающим видом ПК. Этот вид ПК имеет меньшую тенденцию к пожелтению и более устойчив к перегреву в печи (передержке изделия в сушильной камере).

Полиэфирные ПК. Эти краски предназначены прежде всего для изделий, эксплуатирующихся вне помещения и в тех случаях, когда пожелтение покрытий при перегреве не допускается. Полиэфирные ПК не «мелят» на открытом воздухе, поэтому широко используются для покрытия фасадных элементов, алюминиевых профилей для окон и т.д. Отличие от других ПК – несколько меньшая их устойчивость к растворителям.

Полиуретановые ПК. Относительно других красок более дорогостоящие. Обладают исключительной атмосферостойкостью, большей стойкостью к истиранию. По сравнению с другими красками используются относительно редко.

Акрилатные ПК. Применяются прежде всего для покрытия изделий подвергающихся внешнему воздействию. Стоимость акрилатных ПК высока. Полиэфирные ПК имеют близкие эксплуатационные свойства, но более экономически выгодные.

По внешнему виду ПК могут быть глянцевыми, высокоглянцевыми, матовыми, полуматовыми.

По декоративному эффекту ПК различаются: существуют молотковые краски; краски, обеспечивающие текстурированную структуру – от эффекта апельсиновой корки до эффекта шероховатой наждачной бумаги; краски типа металлик; антифрикционные краски, для покрытий с требованием малого трения; непигментированные лаки для защиты неокрашенных металлических поверхностей, а также придания окрашенным поверхностям «глубинного» эффекта и для нанесения верхнего слоя на некоторые виды покрытий типа «металлик»; краски с повышенным содержанием цинка – порошковый праймер для антикоррозийной защиты стали; термостойкие ПК – особые полиэфирные ПК; краски для пористых поверхностей (например, для изделий из алюминиевых сплавов, горячеоцинкованных материалов или пористых сварочных швов), предотвращают образование пузырей и вздутий; многоцветные ПК, особый вид ПК, смесей ПК, создающих эффект «глубины» и сходство с натуральным материалом.

Конкретный тип ПК выбирается из вышеперечисленного перечня в зависимости от: 1. Условий будущей эксплуатации изделия (эксплуатация в помещении, в атмосфере, в воде, в почве, в агрессивных средах); 2. Типа металла (сталь, алюминий, цинк и т.д.); 3. Типа поверхности (сплошная, пористая, сварная и т.д.); 4. Необходимого декоративного или защитного эффекта.

Большой выбор красок для конкретных условий эксплуатации покрытий, гарантирующих высочайшее качество с учетом вышеперечисленных пунктов 1-4, например, предоставляет предприятие «Herberts Powder Coatings» входящее в немецкий химический концернHoechst AG.

 

 

 

2. Подготовка поверхности изделий под покраску

 

Перед нанесением защитного порошкового покрытия металлическая поверхность должна быть очищена от ржавчины и загрязнений.

Подготовка поверхности изделий под окраску включает механическую очистку, обработку щетками, абразивами, химическую очистку (травление), пескоструйную (дробеструйную) очистку.

Выбор метода механической очистки определяется назначением детали, условиями работы покрытия, необходимой степенью чистоты поверхности.

Наиболее высокие защитные свойства покрытия достигаются при пескоструйной (дробеструйной) обработке деталей, когда создается развитая активная поверхность. Пескоструйной обработке подвергаются детали, которые после окраски эксплуатируются в условиях неблагоприятного воздействия атмосферных факторов и агрессивных сред.

Обработка деталей щетками и абразивами производится при относительно небольших коррозионных явлениях. Ржавчина и окалина в этом случае снимается до чистого металла.

В случае, если механические виды очистки малоэффективны, например, в узких щелях и зазорах применяется травление. Травление чаще всего используют для удаления окалины и ржавчины образовавшейся при термической обработке или сварке.

Могут быть использованы следующие растворы: 10% H2SO4 , 0,5% тиокарбамид или 1% формальдегид, температура 200С; 20% HCl, 0,5% уротропина, 20-250С; 55% H3PO4 (плотность 1,4-1,6), 25% этанол, 20% Н2О при температуре 18-250С. После травления следует промывка водой и сушка.

После того как деталь очищена от продуктов коррозии, она подвергается обезжириванию (в случае значительного загрязнения детали маслом, въевшимся в ржавчину, обезжиривание предшествует химической обработке – травлению).

Обезжиривание может осуществляться с помощью органических растворителей, либо с помощью щелочных водных растворов.

Наиболее применимы для обезжиривания металлов денатурат, изопропанол и ацетон. Может использоваться дешевый растворитель 646, но токсичность его выше, чем у спиртов и ацетона. Приемлем скипидар. Бензин, уайт-спирит обладает меньшей растворяющей способностью, и имеют недостаток – низкую температуру воспламенения. Все работы с органическими растворителями проводятся с учетом мер пожарной безопасности, при работающей вытяжке. Из хлорированных углеводородов подходит только хлористый метилен (ПДК -50 мг/м3). Хлорированные углеводороды обладают очень хорошими обезжиривающими способностями.

Обезжиривание можно произвести растворами щелочей. Для сплавов железа, титана, никеля.

Состав раствора, г/л: NaOH 10-20, карбонат натрия 25-50, жидкое стекло 3-5, температура 60-800С, длительность 10-45 мин (метод окунания).

При струйном обезжиривании состав этих же компонентов находится в соотношении (частях) 15:15:3 на 1 л воды.

Температура 70-800С, время 0,75-1 мин.

Для обезжиривания алюминия применяется состав, % (масс):

бутиловый спирт 40, изопропиловый спирт 30, ортофосфорная кислота 10, вода 20. Спирты можно заменить бутилцелозольвом с добавлением 1-2% (масс) анионактивного ПАВ (например, сульфонола).

После щелочного обезжиривания деталь промывается большим количеством теплой воды и сушится. Далее деталь сразу же поступает на окраску. В случае необходимости хранения обезжиренных деталей производится пассивирование деталей.

Для обезжиривания и пассивации деталей из черных металлов с незначительными загрязнениями в моечных машинах или другими методами пользуются следующими составом (в г/л):

Сода кальцинированная 8-10;

ПАВ (ОП-7, ОП-10, синтанол АЛМ) 1;

Нитрит натрия 2-3, температура раствора 60-700С

Продолжительность 3-5 минут.

Обезжиривание и расконсервацию сильно загрязненных деталей из черных металлов осуществляют в моечных машинах (струйным методом) при 70-900С в течение 5-15 мин. Следующим составом (в г/л):

Сода кальцинированная 50;

Сульфонол 50

Для одновременного обезжиривания и травления деталей из черных металлов применим, например такой состав (в г/л):

Фосфорная кислота (плотность 1,8) 100-200;

Синтанол ДС 10 3,7;

Тринатрий фосфат 20-50

Длительность процесса в зависимости от величины жировых загрязнений и наличия ржавчины составляет 3-30 мин. После удаления загрязнений детали промывают водой, пассивируют при 60-700С раствором, содержащим 2-3 г/л нитрита натрия и 2-3 г/л кальцинированной соды.

Для удаления защитной пленки эмульсола с деталей из черных металлов рекомендуется следующий состав, г/л:

Тринатрий фосфат 8-10;

Жидкое стекло 2-4;

Едкий натр 3-5;

Нитрит натрия 6-8

Все вышеописанные растворы кислотного травления и щелочного обезжиривания представляют определенную опасность для персонала. Поэтому работа с составами производится в отдельном оборудованном помещении при помощи моечных машин или аппаратов струйного облива с соблюдением правил техники безопасности. Отработанные растворы кислот, щелочей, промывной воды должны быть подвергнуты утилизации. Слив в канализацию возможен только с соблюдением установленных санитарных норм.

Для того, чтобы уменьшить экологический вред и уложиться в нормы санитарного контроля предлагается проводить обезжиривание с помощью синтетических моющих средств (СМС) (стирального порошка, пасты). Для обезжиривания подходят бракованные партии СМС, которые достаточно дешево можно купить на заводе производителе. Обезжиривание производится горячими растворами СМС 1-5% концентрации в присутствии пеногасителей при температуре 70-800С в течение 10-20 минут, или струйным способом в течение 1-2 минут. При отсутствии таковых условий допускается обработка деталей ветошью, смоченных в теплых растворах СМС, с последующей обработкой горячей водой, сушкой и дополнительным обезжириванием имеющимся растворителем.

 

Контроль качества обезжиривания поверхности изделия

 

Для контроля качества обезжиривания поверхности с применением растворителей, на испытуемую поверхность наносят 2-3 капли бензина и выдерживают не менее 15 сек. Затем к испытуемой поверхности прижимают куски фильтровальной бумаги и держат до полного впитывания растворителя в бумагу.

На второй лист фильтровальной бумаги наносят 2-3 капли бензина и выдерживают до испарения растворителя. При дневном освещении визуально сравнивают внешний вид обоих кусков фильтровальной бумаги. Если масляное пятно на первом листе бумаги отсутствует, то качество обезжиривания считают удовлетворительным.

При последующей эксплуатации деталей, подлежащих окраске, внутри помещения достаточно качественного обезжиривания поверхности металла. Если окрашиваемая деталь предназначена для эксплуатации в атмосферных условиях, то необходимо произвести химическую обработку – фосфатирование для железных и цинковых поверхностей и хроматирование для алюминиевых деталей.

Фосфатирование осуществляется 15-20% растворами фосфорной кислоты с добавкой 1-3% танина.

В качестве танина используют дубовый или ивовый экстракты в виде водных растворов. Растворы наносят на поверхность кистью, или безвоздушным распылением.

Хроматирование осуществляют следующим составом (в г/л):

Фосфорная кислота 100;

Хромовый ангидрид 20;

Фторид натрия 5

Чтобы обеспечить качественную хроматную пленку, поверхность обрабатывают не менее 3 раз при температуре 20-250С. Все работы с кислыми составами производятся с соблюдением правил техники безопасности и производственной санитарии.

 

3. Технологический процесс нанесения и формирования покрытия

 

Техпроцесс нанесения и формирования покрытия включает следующие стадии:

  1. Подготовка ПК к работе;
  2. Подготовка изделия к окраске;
  3. Нанесение ПК;
  4. Формирование покрытия.

 

Подготовка ПК к работе

 

В условиях повышенной влажности в помещении (например, работа с ПК в летнее время) порошок подвергается комкованию, что приводит к «запиранию» распылителя (когда ПК не подается на сопло), либо к периодическому выбросу ПК (распылитель «плюется»). Возникают дефекты нанесения. В этом случае ПК необходимо просушить и просеять. ПК сушатся в термошкафу при температуре 40-500С в течение 1-2 часов. Краска рассыпается равномерным слоем на поддон и периодически перемешивается. После остывания краски до комнатной температуры ПК просеивается через сито 0,12-0,16. Готовая краска подается на стадию нанесения.

Нанесение ПК осуществляется при помощи пистолета электростатического нанесения или трибостатическим распылителем. Трибостатический распылитель в отличие от электростатического не имеет внешнего источника напряжения, а порошок заряжается трением о поверхность специального диэлектрического материала.

Трибостатические пистолеты более безопасны в плане возможного поражения током, электрическим разрядом, а также обеспечивают полную пожаробезопасность при нанесении.

Для трибостатического пистолета характерно отсутствие эффекта «клетки Фарадея» и эффекта «обратной короны», когда частицы краски плохо проникают в углы или замкнутые пространства, также подвергаются перезарядке и отталкиваются от поверхности изделия, что приводит к ухудшению внешнего вида изделия.

Пистолеты электростатического нанесения, как правило, имеют большую производительность и заряжают все виды порошков. Пистолет «Старт», использующийся на участке ПК имеет следующие характеристики:

Напряжение питания 220 В;

Напряжение на коронирующих электродах до 50 кВ;

Избыточное давление воздуха необходимое для нанесения ПК составляет 0,2-0,4 атм.

Сжатый воздух, который подается на распылитель в обязательном порядке, должен пройти через блок подготовки воздуха, включающий водомаслоотделитель и осушитель (емкость с силикагелем). Избыточное давление воздуха регулируется вентилем с манометром и поддерживается в диапазоне 0,2-0,4÷0,5 атм. в зависимости от необходимой производительности. ПК заполняется в бункер распылителя. Бункер во время работы распылителя закрывается крышкой. В зависимости от типа изделия осуществляется регулировка подачи воздуха и порошка из бункера соответствующими винтами на рукоятке распылителя.

Для изделий большой площади применяются соответствующие насадки. Для длинных и узких изделий насадки обычно не используются. При «запирании» краски пистолет встряхивается. Изделия, подвергающиеся окраске должны быть надежно заземлены. От надежности заземления зависит качество окраски. Слой краски должен быть однородным, ровным. Следует избегать разнотонности, которая свидетельствует о возможном ухудшении декоративного вида изделия после отверждения краски. Сопло распылителя при нанесении ПК, необходимо держать на одном постоянном расстоянии от поверхности изделия. Оптимальное расстояние 15-25 см. Электронная система распылителя действует таким образом, что эффективный заряд уменьшается при приближении электродов (встроенных в ствол) к поверхности изделия до полного его отсутствия, либо увеличивается до максимального (напряжение на коронирующем электроде 50 кВ) при удалении электродов.

После нанесения ПК изделие помещается в сушильную печь и выдерживается время, указанное в паспорте на краску. Оптимальный режим – загрузка окрашенных изделий в предварительно прогретую печь. Температуру, также указанную в паспорте необходимо поддерживать с точностью ±50С. Перед окраской, следует убедиться в том, что необходимый градиент температуры постоянен в различных частях сушильной камеры и не слишком различается по высоте.

В случае разбега температур по высоте сушильной камеры следует произвести корректировку по времени нахождения изделия в печи. Время следует отсчитывать с момента полного оплавления ПК при условии необходимого набора температуры. Для различных изделий отличающихся массивностью, время сушки различается. Время сушки больших, массивных изделий зависит от конструкционных особенностей сушильной камеры и подбирается экспериментально.

Данное время может составлять от 10 до 30 мин дополнительно к времени сушки ПК, указанному в паспорте.

4. Возможные дефекты и способы их устранения

 

Дефекты нанесения ПК.

Дефекты нанесения ПК определяются визуально. Разнотонность на поверхности изделия, укрытого порошком может свидетельствовать о появлении брака после отверждения ПК. Непрокрасы закрашиваются повторно. Недостаточное нанесение краски, которое определяется по разнотонности, устраняется повторным проходом работающего распылителя ПК. Налипающие инородные частицы следует сдуть, но не смахивать с краской, так как даже после повторного нанесения ПК внешний вид будет испорчен. В случае явных непрокрасов и дефектов нанесения, неотвержденную краску следует смыть водой, высушить изделие и нанести заново.

Дефекты, возникающие после отверждения ПК, устраняются сложнее. Непрокрашенные участки можно закрасить, распыляя порошок на горячую поверхность (сразу после выемки изделия из горячей сушильной камеры) с повторной выдержкой при заданной температуре. Точечные непрокасы можно устранить с помощью эмали НЦ соответствующего оттенка. Нужный цвет подбирать, растворяя в подходящем растворителе (ацетоне, растворителе 646, 648) ПК совпадающей цветовой гаммы. Краска наносится кисточкой и изделие после сушки при комнатной температуре прогревается в сушильной камере необходимое время.

При появлении брака, выражающегося в неудовлетворительном внешнем виде изделия, либо если по каким-то причинам не удовлетворяет цвет окрашенного изделия, изделие перекрашивается целиком. Для этих целей используется жидкость «Электро», которая создает электропроводящий слой на поверхности окрашенной подложки. Окрашенное изделие протирается ветошью смоченной «Электро», выдерживается на воздухе 2-3 мин, заземляется и на него наносится порошковый состав. Отверждение краски осуществляется по режимам указанным в паспорте.

 

  1. Испытание физико-механических свойств покрытия

Физико-механические свойства покрытия должны соответствовать указанным в ТУ на ПК для отечественных ПК или данным паспорта (Проспекта) для импортных ПК. Фирма изготовитель гарантирует указанные физико-химические свойства при соблюдении режимов отверждения ПК. В определенных случаях (ПК с истекшим сроком годности, некачественной обработки поверхности подложки и т.д.) может возникнуть необходимость определения адгезии покрытия и гибкости пленки отвержденной краски.

Адгезия покрытия осуществляется по существующему стандарту (ГОСТ 15140-78. Материалы лакокрасочные, методы определения адгезии). Метод определения адгезии проводится визуально и оценивается по четырехбальной системе или по числу квадратов пленки, отслаивающихся от подложки. Решетчатые надрезы наносятся приспособлением, рабочей частью которого является лезвие. По линейке на расстоянии 1 мм друг от друга делается не менее 5 параллельных и 5 перпендикулярных надрезов до подложки. При этом образуется решетка из квадратов одинакового размера: 1х1 мм.

После нанесения решетки поверхность очищают кистью от отслаивающихся кусочков пленки и оценивают адгезию по 4-х бальной шкале.

Высшая оценка 1 балл при гладких краях надрезов и отсутствии отслаивающихся кусочков покрытия; 2,3 и 4 балла при отслаивании покрытия соответственно до 5, 35 и свыше 35% поверхности с каждой решетки.

Второй метод определения адгезии является модификацией первого. После нанесения 5 параллельных надрезов, перпендикулярно надрезам накладывают полоску липкой ленты размером 10х100 мм один конец, которой оставляют неприклеенным. Быстро отрывают ленту от покрытия и оценивают адгезию: балл 1, если края надрезов гладкие, баллом 2 при незначительном отслаивании покрытия (не более 0,5 мм) и баллом 3 – при отслаивании покрытия целыми полосами.

Гибкость покрытия определяется в соответствии с ГОСТ 6806-73 (с изменениями № 1 от 01.05.1998 г.).

Испытуемая ПК наносится на пластинки из черной полированной жести толщиной 0,25-0,31, шириной 20-50 и длиной 100-150 мм, после отверждения при заданной температуре и выдержке при комнатной температуре не менее 2 часов, пластинку подвергают изгибу на стержне определенного диаметра (1,2,3,4,5,6,8,10,12 мм), начиная от меньшего к большому. За величину изгиба покрытия принимают значение минимального диаметра стержня (в мм), на котором лакокрасочное покрытие остается неповрежденным (отсутствуют трещины).

 

  1. Техника безопасности при работе с порошковыми красками

 

ПК по классу опасности относятся к слаботоксичным полимерным материалам. Токсичность краски определяется структурой входящих в ее состав веществ. LD (острая оральная интоксикация) для порошковых красок находится в пределах 1350-1390 мг/кг.

ПК могут вызывать раздражение кожи, а долговременный контакт с ПК незащищенных участков кожи может привести к аллергическим явлениям и экземе. При работе ПК необходимо избегать вдыхания пыли и попадания ПК на слизистые оболочки. В случае попадания ПК в глаза, промыть большим количеством воды. Предельно допустимая концентрация пыли в воздухе рабочего помещения составит 3 мг/м3.

Все работы связанные с применением ПК должны проводиться в помещении, снабженном принудительной вентиляцией (местной и общей приточно-вытяжной по ГОСТ 12.4.021-75), обеспечивающей состояние воздушной среды в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88.

Пожароопасные характеристики ПК.

Нижний предел воспламенения 4000С.

Нижняя энергия возгорания 5 мДж.

Нижний концентрационный предел взрываемости воздушной смеси 30 г/м3.

Пол в помещении должен быть хорошо заземлен. Необходимо пользоваться взрывобезопасным оборудованием. При смешении порошковых красок может образоваться статическое электричество. Поэтому при передаче ПК из одной емкости в другую следует обеспечить заземление. Персонал должен пользоваться обработанной антистатически обувью и одеждой. Хранить краски следует хорошо закрытыми, вдали от открытого огня, тепла, искр. Курение и принятие пищи на рабочем месте запрещено. Необходимо следить за тем, чтобы уровень пыли держался ниже значения предела взрыва и ПДК, предписанной санитарными нормами.

Рабочее помещение оборудуется противопожарными средствами в соответствии с ГОСТ 12.3.005-75 и ГОСТ 12.3.002-75.

В помещении, где используется краска необходимо проводить влажную уборку, не допуская пыления краски. Просыпавшуюся краску рекомендуется убирать с помощью пылесоса работающего на сжатом воздухе. Не допускать скапливания просыпавшейся краски в зоне рабочего помещения!

К окрасочным работам допускаются лица, изучившие рабочие инструкции, прошедшие медицинский осмотр, обучение работе с ПК и проверку знаний по правилам техники безопасности и пожарной безопасности.

Работники обеспечиваются средствами индивидуальной защиты, отвечающие требованиям ГОСТ 12.4.011-87, ГОСТ 12.4.068-79 и ГОСТ 12.4.202-83.

Работникам, осуществляющим непосредственные действия с ПК рекомендуется защита для глаз при опасности попадания в глаза – очки. При долговременном и часто повторяющимся контакте с ПК – защитные перчатки. При недостаточной вентиляции – защита для лица: маска или полумаска с противопылевым фильтром, респираторы РПП-57, ШБ-1 по ГОСТ 12.4.028-76.

Комментарии запрещены.