Порошковые полимерные покрытия

Порошковые полимерные покрытия — это защитно-декоративные покрытия, формируемые на поверхности изделий из металла, стекла, керамики и некоторых других материалов путём нанесения сухой полимерной композиции (порошка) с последующим её оплавлением, отверждением и образованием сплошной плёнки. Относятся к классу лакокрасочных материалов, но отличаются от традиционных жидких красок отсутствием растворителей, высокой экологичностью и технологичностью процесса.

История

Первые патенты на использование сухих полимерных порошков для покрытий были получены в 1940-х годах в США и Европе. Однако промышленное развитие технологии началось в 1960-х годах, когда были разработаны методы электростатического напыления, позволившие равномерно наносить порошок на сложные поверхности. В СССР первые промышленные линии по порошковой окраске появились в 1970-х годах на предприятиях машиностроения и приборостроения. Массовое распространение технологии в России пришлось на 1990-е — 2000-е годы, когда на рынок вышли зарубежные производители оборудования и материалов, а также начался выпуск отечественных порошковых красок.

Классификация

Порошковые полимерные покрытия классифицируются по нескольким признакам.

По типу полимерной основы

• Термопластичные: образуют плёнку за счёт плавления частиц без химической реакции. При повторном нагреве могут размягчаться. Примеры: полиэтилен, поливинилхлорид, полиамиды.
• Термореактивные: образуют плёнку за счёт химической реакции отверждения (сшивки) при нагреве. После отверждения не плавятся. Основные типы: эпоксидные, полиэфирные, эпоксидно-полиэфирные (гибридные), полиуретановые, акриловые.

По назначению и условиям эксплуатации

• Для внутренних работ: атмосферостойкие (для улицы), химически стойкие, термостойкие, электроизоляционные, антифрикционные, декоративные.
• Для наружных работ: с повышенной стойкостью к ультрафиолету, влаге и перепадам температур.

По типу поверхности

• Гладкие (глянцевые, полуглянцевые, матовые).
• Структурные (с эффектом «шагрень», «антик», «муар», «металлик»).
• Специальные (противоскользящие, антивандальные, с низким коэффициентом трения).

Технология нанесения

Процесс получения порошкового покрытия состоит из нескольких этапов.

Подготовка поверхности

Качество покрытия напрямую зависит от подготовки основы. Для металлов она включает:

• Обезжиривание (щелочными или кислотными составами).
• Фосфатирование (для стали) или хроматирование (для алюминия) — создание конверсионного слоя для улучшения адгезии и коррозионной стойкости.
• Сушка.

Для неметаллических материалов (стекло, керамика) подготовка может включать нанесение грунтовочного слоя.

Нанесение порошка

Основной метод — электростатическое напыление. Порошок подаётся из питателя (бункера) сжатым воздухом в распылительный пистолет, где частицы заряжаются положительным зарядом от высоковольтного электрода (напряжение 60–100 кВ). Заряженные частицы притягиваются к заземлённому изделию, образуя равномерный слой. Возможны также трибостатический (зарядка трением) и псевдоожиженный (окунание в кипящий слой) методы.

Отверждение

Изделие с нанесённым порошком помещается в печь полимеризации (камеру отверждения). Температура и время выдержки зависят от типа полимера (обычно 160–220 °C, 10–30 минут). В печи происходит плавление частиц, растекание плёнки и (для термореактивных материалов) химическая реакция отверждения. После охлаждения покрытие готово к эксплуатации.

Охлаждение и контроль

Изделие извлекается из печи и охлаждается на воздухе или в специальной камере. Затем проводится контроль толщины, адгезии, внешнего вида и других параметров.

Характеристики и свойства

Порошковые покрытия обладают рядом преимуществ перед жидкими красками:

• Высокая механическая прочность: стойкость к ударам, истиранию, царапинам.
• Отличная адгезия: прочное сцепление с подготовленной поверхностью.
• Коррозионная стойкость: защита металла от ржавчины, особенно при наличии фосфатного слоя.
• Химическая стойкость: устойчивость к действию многих кислот, щелочей, растворителей.
• Экологичность: отсутствие летучих органических растворителей, безотходность (неиспользованный порошок собирается и повторно используется).
• Экономичность: высокая производительность, низкие потери материала, возможность автоматизации.
• Декоративность: широкая цветовая гамма, возможность создания различных текстур и эффектов.

Недостатки:

• Необходимость высокотемпературной обработки: неприменимо для термочувствительных материалов (пластики, дерево, некоторые композиты).
• Сложность нанесения на крупногабаритные изделия: требуются большие печи.
• Трудность ремонта: локальное повреждение сложно исправить без перекраски всего изделия.
• Ограниченная толщина слоя: обычно 50–300 мкм, более толстые слои могут растрескиваться.

Применение

Порошковые полимерные покрытия широко используются в различных отраслях промышленности и быту.

Машиностроение и металлообработка

• Кузова автомобилей, мотоциклов, велосипедов.
• Детали двигателей, подвески, тормозные системы.
• Корпуса станков, промышленного оборудования.

Строительство и архитектура

• Алюминиевые и стальные оконные и дверные профили.
• Фасадные панели, сайдинг, кровельные материалы.
• Ограждения, перила, ворота, заборы.
• Металлические конструкции (мосты, опоры ЛЭП).

Бытовая техника и электроника

• Корпуса холодильников, стиральных машин, микроволновых печей.
• Панели управления, радиаторы отопления.
• Корпуса светильников, розетки, выключатели.

Мебель и интерьер

• Металлические каркасы столов, стульев, кроватей.
• Полки, стеллажи, вешалки.
• Декоративные элементы (решетки, кованые изделия).

Специальные области

• Антикоррозионная защита трубопроводов, нефтегазового оборудования.
• Электроизоляция электрических машин и аппаратов.
• Антифрикционные покрытия для подшипников, направляющих.
• Медицинское оборудование (стойки, инструменты).

Интересные факты

• Первые порошковые краски были на основе эпоксидных смол и использовались для изоляции электрических кабелей.
• В России крупнейшими производителями порошковых красок являются компании «Акзо Нобель» (AkzoNobel), «Тиккурила» (Tikkurila), «Полимер-Краска», «Эко-Покрытия».
• Технология позволяет получать покрытия с эффектом «хамелеон» (меняющие цвет в зависимости от угла зрения), «металлик» (с алюминиевой пудрой), «антик» (состаренная поверхность).
• Порошковое покрытие может быть нанесено на стекло и керамику, но требует специальных грунтовок и режимов отверждения.
• Время полного отверждения термореактивных покрытий может составлять от 10 до 30 минут, в зависимости от толщины слоя и температуры печи.

Критика и ограничения

Основным ограничением является невозможность применения на термочувствительных материалах. Также отмечается, что при повреждении покрытия (скол, царапина) его трудно восстановить локально без заметного перехода, так как для ремонта требуется повторная термообработка. В некоторых случаях (например, при окраске сложных профилей) возможно образование непрокрасов в труднодоступных местах. Кроме того, стоимость оборудования для порошковой окраски (камеры напыления, печи, системы рекуперации) относительно высока, что делает технологию экономически оправданной в основном для серийного и массового производства.

Источники

• ГОСТ 9.410-88 «Покрытия порошковые полимерные. Типовые технологические процессы».
• Коваленко В.П., Ильин А.А. «Порошковые полимерные покрытия». — М.: Химия, 1989.
• Шестаков А.С. «Технология нанесения порошковых красок». — СПб.: Профессия, 2005.
• Материалы компаний-производителей порошковых красок (AkzoNobel, Tikkurila, Pulver).