Полиэфир краска. Полиэфирные покрытия. Как проходит полимеризация

Несмотря на широкое применение полиэфиров в производстве лакокрасочных материалов, разработка порошковых полиэфирных красок значительно задерживалась из-за отсутствия промышленного выпуска твердых полиэфиров. Они появились только в середине 60-х годов и в 1975 году составили в мировом производстве около 15-20% выпуска термоотверждаемых порошковых красок.

Полиэфирные порошковые краски обычно делят на несколько групп. Прежде всего, это широко распространенные полиэфиры, отверждаемые триглицидилизоциануратом (ТГИЦ). В течение многих лет велись разработки по улучшению только таких ПК, несмотря повышенную токсичность как летучих веществ, выделяющихся при отверждении, так и самих покрытий, по сравнению с описанными выше эпоксидами и эпокси-полиэфирами.

Однако в последнее время, в связи с особым вниманием к экологии и безвредности применяемых материалов, разработаны и стали производиться полиэфирные порошковые краски, обладающие всеми преимуществами первых при сниженной токсичности. Покрытия на их основе допускаются к контакту с пищевыми продуктами, могут применяться для окраски детских игрушек и мебели, при их отверждении не выделяются особо вредные вещества. При этом стоимость ПК и, соответственно, себестоимость окраски единицы площади возрастает незначительно.

Полиэфирные покрытия отличаются прежде всего атмосферостойкостью, механической прочностью и повышенной стойкостью к истиранию. По атмосферостойкости данные покрытия не уступают никакому другому порошковому материалу. Диэлектрические показатели близки к показателям эпоксидных покрытий. Однако щелочестойкость полиэфирных покрытий низка.

Обычно эксплуатируют покрытия толщиной 60-120мкм. Они обладают высоким глянцем и хорошей адгезией к металлам, в том числе и к легким сплавам.

Полиэфирные покрывные лаки с высокой атмосферостойкостью и высоким глянцем используются в многослойной технологии (например, диски колес) для окончательной отделки изделия.

Назначение полиэфирных покрытий: алюминиевые фасонные профили, архитектурно-строительные конструкции, диски колес и детали машин, сельскохозяйственное оборудование, садовый инвентарь и т.д.

ПОЛИЭФИРНЫЕ ПОРОШКОВЫЕ КРАСКИ

К полиэфирным ПК относят также так называемые “полиуретаны”, отверждаемые блокированным изоцианатом и отличающиеся рядом особенностей.

Основным недостатком первых полиуретанов была проблема летучих соединений, выделяющихся в процессе отверждения покрытия, и как правило приводящих к дефекту покрытия (образование кратеров), а при большой толщине слоя и к пористости. Максимальный предел толщины покрытия составлял 100мкм. Но несмотря на это, потребителей полиуретанов привлекала исключительная твердость, химстойкость, блеск и поверхностная текстура этих покрытий. Разработки последних лет по созданию новых изоцианатов позволили решить не только эту проблему, но добиться того,что современные полиуретаны сопоставимы по атмосферостойкости с полиэфирами, содержащими ТГИЦ.

Полиуретановые покрытия характеризуются устойчивым блеском, обладают водо- и атмосферостойкостью, стойкостью к жидкому топливу, минеральным маслам, растворителям.

Они применяются для защиты изделий, подвергающихся трению, абразивному износу, некоторых видов химического оборудования и емкостей для хранения жидких и газообразных химических веществ. Так же пригодны в качестве грунта при нанесении других порошковых красок (эпоксидных, полиакрилатных и т.д.).

Технология получения покрытия на основе порошковых красок во многом одинакова с технологией получения покрытий из обычных жидких ЛКМ. Отличие заключается в отсутствии в составе ПК жидкой в нормальных условиях фазы, которую необходимо удалять или превращать в твердую, и, конечно, самим физическим состоянием краски: твердое тело в виде тонкоизмельченного порошка, требующее для образования пленки покрытия на поверхности окрашиваемого изделия временного перевода в жидкое состояние.

В соответствии с этим, в технологической цепочке процессов получения покрытия исключается процесс удаления жидкости при включении обязательной стадии термообработки при температуре выше температуры плавления материала ПК, а аппаратура для нанесения ПК приспосабливается к работе с порошком. Остаются почти без изменений процессы подготовки поверхности перед нанесением. Таким образом, технологическая цепочка окраски изделия порошковой краской складывается из следующих стадий и процессов:

Подготовка поверхности: обезжиривание, удаление загрязнений и окислов, при необходимости и возможности - преобразование (конверсия) поверхности для повышения адгезии и защиты от коррозии (фосфатирование, хроматирование).

Нанесение слоя порошковой краски на окрашиваемую поверхность.

Формирование пленки покрытия: оплавление, отверждение, охлаждение.

Полиэфирные покрытия

Полиэфирные покрытия отличаются от всех других прозрачностью, твердостью и зеркальным блеском. Эти свойства, хотя и в меньшей степени, присущи и полиуретановым покрытиям. Отремонтировать их в домашних условиях нельзя. Для того чтобы узнать, каким лаком следует покрыть мебель, рекомендуется сделать пробу. Для этого на незаметный участок поверхности нужно пипеткой нанести каплю 10%ного раствора гидроксида натрия. Если мебель покрыта спиртовым лаком, покрытие через 2-3 мин растворится. В том случае, когда пленка не растворилась, на то же место следует нанести каплю растворителя для нитролаков (ацетон, растворители 646, 647 и т. д.). Если и при этом пленка не растворится, значит покрытие алкидное, полиэфирное или полиуретановое.

При потускнении покрытия блеск можно восстановить с помощью различных полирующих средств, поступающих в розничную торговлю.

При повреждении всего лакового покрытия его следует удалить и нанести новое. Старую лаковую пленку снимают тон

кими шлифовальными шкурками либо с помощью растворителей. Удалять лаковую пленку с поврежденного участка следует очень осторожно, чтобы одновременно не снять с поверхности древесины порозаполняющие составы и красители. Если после снятия старой лаковой пленки не нарушены грунтовка, порозаполнение древесины и ее окрасочный слой, можно приступить к восстановлению лакировки.

Для реставрации нитроцеллюлозных покрытий лучше всего использовать мебельные нитролаки в аэрозольной упаковке. В этом случае участки, которые не требуется лакировать, защищают бумагой или слоем вазелина.

Нитролак наносят в 3-4 слоя. Масляный лак можно наносить тампоном в 2-3 слоя, давая каждому слою лака высохнуть перед нанесением следующего. При ремонте алкидного покрытия чаще всего используют лак ПФ283. Вновь нанесенное лаковое покрытие нужно отполировать.

Кухонную мебель и другие предметы домашнего обихода, имеющие непрозрачное покрытие, можно перекрасить. Перед окраской старое покрытие следует обезжирить: для этого достаточно протереть его уайтспиритом (если покрытие масляное или алкидное) или растворителем 646 (если покрытие нитроцеллюлозное). По старому покрытию обычно красят кистью в 2 слоя. При этом для окраски по масляным и алкидным покрытиям обычно применяют масляные краски и эмали (ПФ223, ПФ115 и др.), а по нитроцеллюлозным покрытиям - эмали НЦ25 и НЦ132.

Порошковые лакокрасочные материалы начали применяться в начале 50-х годов в США, и с тех пор потребность в этих материалах постоянно возрастает. В 2000 г. мировое производство порошковых красок в мире оценивалось в 720 тыс. тонн, в 2003 г. составило 875 тыс. тонн. По прогнозам западных экспертов к 2008 г. оно составит до 1 млн. 220 тыс. тонн. При этом доля порошковых красок достигнет 18% от всего объема производимых ЛКМ.

За 40 лет порошковые краски (ПК ) широко внедрились во все сферы нашей жизни. Ими окрашивают холодильники, посуду, садовый и хирургический инструмент, фурнитуру, мебель (садовая , офисная, медицинская, кухонная), пылесосы, стиральные машины, микроволновые печи, научные приборы, электро и слесарный инструмент, станки, компьютеры, полупроводники, кондиционеры, велосипеды, мотоциклы, автомобили, киоски, витрины магазинов и музеев, сельхозмашины, воздушные и морские суда, буровой инструмент и трубы (водопроводные , газовые, нефтяные диаметром от 10 мм до 2 м), насосы для всех видов жидкостей, включая высокоагрессивные, элементы архитектуры и крыши, электро, радио и бытовые приборы, игрушки, микроэлектродвигатели и космические станции и многое другое.

Широким распространением порошковые краски обязаны прежде всего тому, что они не содержат растворителей и на 100% состоят из веществ, которые при отверждении превращаются в тонкослойное, практически непроницаемое для влаги, кислорода, кислот, солей и других химических веществ высокопрочное и твердое абразивостойкое покрытие со сроком службы, превышающим порой срок службы окрашенного изделия.

Порошковые краски имеют перед традиционными органорастворимыми следующие преимущества:

Готовность к употреблению

Порошковые краски всегда поставляются в виде смеси, готовой к употреблению и не нуждаются в разведении или иной подготовке.

Отсутствие растворителя

Порошковая краска не содержит растворителя или летучих веществ, что позволяет серьезно снизить риск возникновения пожара, устранить проблему утилизации растворителя, и свести к минимуму вредное воздействие на обслуживающий персонал.

Низкий процент отходов

Полнота использования порошковой краски принанесении достигает 98%. Краска, не попавшая на изделие, может быть возвращена и использована повторно при покраске. При использовании жидких красок до 60% ее теряется при нанесении за счет испарения растворителя.

Снижение затрат

Технология получения порошкового покрытия обеспечивает экономию материалов (использование ПК на 93-97%), энергии (используемый объем воздуха обновляется два раза в час вместо 15 раз/ч при традиционных методах окраски), производственных площадей (уменьшение на 30%) и затрат труда (на 40-50%).

Технологичность

Порошковая краска более проста при нанесении и нет необходимости в привлечении высококвалифицированного персонала. Технология окрашивания позволяет получить требуемую толщину пленки от 35 до 250 микрон при нанесении в один слой.

Улучшенные свойства

Порошковые краски позволяют получать покрытия, обладающие высокими физико-механическими, защитными и декоративными свойствами при наличии широкой цветовой гаммы и эффектов ( «металлики » и покрывные лаки различных цветов, структурированные поверхности (мелкая и крупная структура, «эффект кожи», «антики », «муар »), покрытия различной степени блеска (глянцевые , полуглянцевые, полуматовые, матовые).

За счет указанных преимуществ удельная стоимость окраски единицы площади поверхности изделия порошковой краской ниже, чем при использовании обычных красок, несмотря на их более высокую стоимость. При этом получаемое покрытие обладает повышенным комплексом защитных и декоративных свойств.

Что же представляют собой порошковые краски?

Порошковые краски — это твердые дисперсные композиции, в состав которых входят пленкообразователи (смолы ), отвердители, наполнители, пигменты и целевые добавки. Независимо от состава готовая порошковая композиция представляет собой сыпучий дисперсный порошок, который должен обладать однородностью, физической и химической стабильностью и неизменностью состава при хранении и использовании.

Качество приготовления композиции во многом предопределяет внешний вид и свойства покрытий. Технология изготовления ПК состоит из нескольких стадий:

1) Сухое смешение компонентов в смесителе. В
результате получается так называемый премикс,
который далее направляется в экструдер.

2) Экструдирование: смешение компонентов в
расплаве. На выходе получается однородный материал
в виде ленты, который далее дробится до получения
так называемых «чипсов » размером 0,5-1 см.

3) «Чипсы » загружаются в мельницу, где измельчаются
до размера частиц, как правило, от 10 до 100 мкм. При
этом максимальную долю составляет фракция с
размером частиц 40-50 мкм.

Готовую ПК наносят на изделия из стали, алюминия, цветных металлов, стекла, керамики, древесины, пластмассы и силикатных материалов в электростатическом поле (электростатика , трибостатика, в ваннах «кипящего слоя»).

Наибольшее применение нашли ПК на основе
термоотверждаемых пленкообразователей.

Первоначально это были эпоксидные, полиэфирные и акриловые ПК. Позднее были разработаны эпоксиполиэфирные (или гибридные), а также полиуретановые и полиэфирные, отверждаемые триглицидилизоциануратом (ТГИЦ ). В настоящее время наиболее распространены полиэфирные, эпоксидно-полиэфирные и эпоксидные порошковые материалы.

Выбор того или иного типа порошковой краски должен определяться прежде всего тем, какими свойствами должно обладать покрытие, его назначением и условиями его эксплуатации.

Эпоксидные порошковые краски

Основное достоинство эпоксидных порошковых красок — оптимальное сочетание хороших физико-механических и электроизоляционных свойств. Покрытия на их основе отличаются исключительно высокой адгезией, механической прочностью и химической стойкостью. Их можно применять при окраске изделий из разных металлов без предварительного грунтования поверхности. В свою очередь их можно наносить в качестве грунта под жидкие и порошковые лакокрасочные материалы. Если при использовании эпоксидного порошкового покрытия требуется повышенная противокоррозионная стойкость, рекомендуется черные металлы и оцинкованную сталь фосфатировать, а алюминий и его сплавы хроматировать.

Хорошая стойкость к щелочам и кислотам, алифатическим и ароматическим углеводородам, маслам, топливу, воде позволяют использовать эпоксидные ПК для наружной и внутренней защиты магистральных трубопроводов. Используя эпоксиды, можно получить покрытия толщиной до 500 мкм с одинаково хорошими твердостью, эластичностью и ударной прочностью.

Традиционными потребителями эпоксидных порошков являются электротехника и радиотехника, где эти покрытия заменяют многие виды сложной электроизоляции. Существенным недостатком эпоксидных покрытий является их ограниченная атмосферостойкость (меление при эксплуатации на открытых площадках) и склонность к пожелтению из-за перегрева в печи отверждения, особенно если она обогревается газом.

Эпоксидно-полиэфирные порошковые краски

Если к порошковому покрытию не предъявляются повышенные антикоррозионные требования и/или не требуется устойчивость к действию растворителей, эпоксидные порошки заменяют эпоксидно-полиэфирными (применяется сочетание эпоксидной и полиэфирной смол), которые получили название гибридных порошков.

При появлении гибридных порошков потребителей больше привлекала их низкая цена, но впоследствии расширение их сбыта было обусловлено технологическими преимуществами (например , их покрытия стойки к перегреву при отверждении), повышением механических свойств, химической стойкости, а также пониженной чувствительностью к ультрафиолетовому излучению (для композиций с небольшим содержанием эпоксикомпонентов). Применение эпоксиполиэфиров с различным соотношением эпоксидной и полиэфирной смол позволяет широко их использовать для отделки предметов домашнего обихода, металлической, садовой, офисной, медицинской и школьной мебели, спортивных снарядов, торгового, осветительного и электрооборудования и др. Большим спросом эпоксиполиэфиры пользуются благодаря высоким декоративным качествам покрытий на их основе. Современная технология получения порошковых красок позволила не только расширить цветовую гамму покрытий, но и добиваться различной фактуры покрытия. Это такие покрытия, как «муар », покрытие под «кожу », покрытия с мелкой и крупной структурой, серия «антиков », металлики различных цветов. Особое положение занимают так называемые покрывные лаки, используемые для защиты цветных металлов (бронза , медь, латунь) и тонкого слоя металла вакуумного напыления от окисления, позволяющие выигрышно оттенить поверхность, а также лаковые и наполненные композиции для стекла (флаконы для парфюмерии и косметики и т.д.).

Полиэфирные порошковые краски

Полиэфирные покрытия отличаются прежде всего атмосферостойкостью, механической прочностью и повышенной стойкостью к истиранию. По атмосферостойкости покрытий полиэфирные краски превосходят любые другие порошковые материалы Диэлектрические показатели близки к показателям эпоксидных покрытий. Они обладают высоким глянцем и хорошей адгезией к металлам, в том числе и к легким сплавам. Однако щелочестойкость полиэфирных покрытий низка.

Полиэфирные ПК делятся на два типа:

1) отверждаемые триглицидилизоциануратом (TGIC );

2) отверждаемые гидроксилсодержащим отвердителем
типа PRIMID.

Покрытия на основе TGIC наиболее устойчивы к атмосферным воздействиям и применяются в архитектуре. Однако существует довольно противоречивая информация о токсичности данного компонента, что и влечет за собой использование альтернативного варианта на основе PRIMID в тех случаях, когда нет необходимости в особенно высокой атмосферостойкости.

Назначение полиэфирных покрытий: алюминиевые фасонные профили, архитектурно-строительные конструкции, диски колес и детали машин, сельскохозяйственное оборудование, садовый инвентарь и т.д. Полиэфирные покрывные лаки для покрытий с высокими атмосферостойкостью и глянцем используются в многослойной технологии (например , при окраске дисков колес) для окончательной отделки изделия.

К полиэфирным ПК относят также так называемые «полиуретаны », отверждаемые блокированным изоцианатом и отличающиеся рядом особенностей. Полиуретановые покрытия характеризуются устойчивым блеском, обладают водо- и атмосферостойкостью, стойкостью к жидкому топливу, минеральным маслам, растворителям. Их применяют для защиты изделий, подвергающихся трению, абразивному износу, некоторых видов химического оборудования и емкостей для хранения жидких и газообразных химических веществ. Однако в Западной Европе и России такие материалы не получили большого распространения.

Технологический процесс окраски изделия порошковым материалом состоит из следующих стадий:

Подготовка поверхности: обезжиривание, удаление загрязнений и окислов, при необходимости и возможности - преобразование (конверсия ) поверхности для повышения адгезии и защиты от коррозии (фосфатирование , хроматирование); нанесение слоя порошковой краски на окрашиваемую поверхность;

Формирование пленки покрытия: оплавление,
отверждение, охлаждение.

Подробнее остановимся на важнейшей характеристике профилированной кровли - покрытию металлочерепицы, отвечающей за сохранность ее внешнего вида и защиту металла от коррозии и воздействию природных факторов. Многообразие защитных полимеров, использующихся в тонколистовой металлической кровле (профнастиле в том числе), сводится к основным пяти. Их мы рассмотрим в данной статье и попробуем выяснить, какое покрытие кровельного железа лучше.

Для начало приведем сравнительные характеристики всех типов полимерных покрытий:

Характеристики покрытий	PE	Мат. PE	PVDF	PU	PVC
Толщина, мкм	25	35	27	50	200
Текстура	гладкая	матовая	гладк.	гладк.	тис-нение
Макс. температура эксплуатации, °C	100	100	120	120	60
Устойчивость к коррозии	хор.	хор.	хор.	отл.	отл.
Механическая устойчивость	низкая	низкая	низкая	хорошая	отл.
Стойкость к УФ излучению	хор.	отл.	отл.	отл.	низкая
Стойкость цвета	низкая	хор.	отл.	отл.	низкая

Металлочерепица с покрытием Полиэстер (PE)

В силу своей невысокой стоимости металлочерепица с таким видом покрытия стала самой распространенной. Полиэстер (PE) или полиэфир представляет собой глянцевое напыление средней толщины 25мкм. Минусом можно считать низкую стойкость к механическим воздействиям, в связи с чем продукция, именуемая "полиэстер", требует бережной транспортировки и аккуратности при монтаже. Металлочерепица PE благодаря своим характеристикам и невысокой стоимости неплохо зарекомендовала себя в средней полосе России и странах СНГ.

Матовый полиэстер (Matt PE, Purex)

Внешние отличия покрытий "полиэстер" и "матовый полиэстер"

Еще одна разновидность защитного полимера "полиэстер" с добавлением тефлона, благодаря чему металлочерепице придается благородный матовый оттенок и немного шершавая поверхность. Также плюсом такого покрытия является дополнительная защита от воздействия ультрафиолетовых лучей, что улучшает цветостойкость кровельного материала. Как правило, толщина Matt PE составляет 35мкм. Наиболее известные представители матового полиэстера - Викинг (Металл Профиль) и Velur (Grand Line).

PVDF

Обычно применяется для отделки фасадов и реже используется для кровельных материалов. PVDF - очень стойкое глянцевое покрытие как к потере цвета, так и к механическим повреждениям. В таком варианте обычно используется высококачественная сталь с первым классом цинкового содержания (275 г/м2). PVDF состоит на 80% из поливинилфторида и на 20% из акрила. Также выпускается финским металлургическим концерном Ruukki в матовом исполнении (matt PVDF).

Полиуретановое покрытие (Pural)

Самый качественный и стойкий по своим свойствам защитный полимер для металлочерепицы толщиной 50мкм. Более известен как "pural" (сокращенно PU) благодаря родоначальнику данного продукта - финскому заводу Ruukki. Полиуретановый вид покрытия стоек к выцветанию, воздействию окружающей среды и перепаду температур. В настоящее время пурал выпускается большинством металлургических заводов по производству кровельных металлических материалов. Например Colorcoat (английская разработка - Prisma, поставщик - Металл Профиль), Arcelor (бельгийское покрытие Granite HDX, поставщик - Grand Line), финский производитель Pelti ja Rauta (покрытие Prelaq Nova, поставщик - Мир Кровли).

Важно: полиуретановое покрытие при максимальном визуальном сходстве с полиэстером имеет небольшую шершавую поверхность, напоминающую порошковое напыление!

Как и полиэстер, такой вид защитного слоя металлочерепицы имеет матовый вариант, что позволяет достигать максимального сходства профилированного стального материала с керамической кровлей.

Пластизол (PVC)

Самый толстый, а, следовательно, самый стойкий к механическим воздействием верхний слой кровли. Толщина - 200мкм. Сокращенно обозначается PVC, у некоторых производителей можно встретить под маркой Solano или HPS200. В состав полимера входят пластификаторы и поливинилхлорид. Текстура металлочерепицы имеет характерный рисунок, напоминающий "кожу".

Металлочерепица в покрытии "пластизол"

При всех своих видимых достоинствах "пластизол" крайне неустойчив к перепадам температуры и воздействию ультрафиолетовых лучей. Поэтому не рекомендуется использовать металлочерепицу с таким видом полимера в южных регионах. Обычно используется в промышленных и производственных объектах.

Это основные типы защитных покрытий. Другие названия и вариации являются модификациями приведенных выше полимеров.

Например, в основе бельгийской металлочерепицы Cloudy , имитирующей натуральную кровлю, лежит модифицированный полиэстер. Тем самым создается неповторимый рисунок, напоминающий обжиг керамики.

По аналогии с Cloudy, сталь ECOSTEEL , которая имеет максимальное сходство с камнем или деревом, также является результатом модификации полиэстера. В основном такой тип полимера используют при изготовлении материалов для забора (профнастил) или фасада (металлический сайдинг).

Профнастил и металлический сайдинг, имитирующий бревно, в покрытии "ECOSTEEL"

Какое покрытие лучше?

На основании изложенных свойств и характеристик защитных полимеров металлочерепицы можно выделить самые надежные покрытия. Полиуретан обладает как достаточной толщиной, так отличными показателями стойкости к УФ. Такая металлочерепица прослужит долгий период времени практически в любом регионе, и по праву считается лучшей. Для центральных или северных регионов идеально подойдет пластизол. Благодаря толщине полимера в 200 мкм покрытие выдержит повышенные снеговые нагрузки или наледь. Остальные виды цветного слоя кровли уступают полиуретану и пластизолу по своим характеристикам. Не рекомендуется использовать металлочерепицу с покрытием "полиэстер" в регионах с агрессивным климатом.

Производители постоянно совершенствуют защитные полимеры для тонколистовой продукции, предлагая все новые решения, продлевающие срок службы металлочерепицы, профнастила и другой продукции из стали. Надеемся, что статья оказалась полезной при выборе лучшего покрытия железа для кровли.