Электронанесение красок

Технология электронанесения красок уже однажды была в центре внимания иследователей. В конце 1930-х годов велись интенсивные исследования в области водорастворимых и воднодисперсионных красок (в частности - в промышленности, производящей красители). Исследователи пытались выйти с подобными красками на рынок строительных материалов, чтобы заменить ими побелку в качестве материала для окончательной покраски стен. В то время был уже хорошо известен процесс химического модифицирования масел малеиновым альдегидом с последующим растворением в воде с использованием подходящего органического основания . Однако от этих материалов, которые могли бы служить основой для эмульсионных красителей, отказались после появления виниловых мономеров, в частности, эмульсий на основе винилацетата. Малеинизованные масла отставили на пыльные полки и в дальние шкафы исследовательских лабораторий, а работы в этой области остались главным образом в памяти отдельных исследователей. Однако недавно к этим работам вернулись после того, как рынок предъявил определенные требования, в частности на водорастворимый полимер, который можно наносить с помощью электрофореза, а затем полимеризовать с помощью нагрева в печи.

Очень часто исследователи получают большой экспериментальный материал, но он оказывается или на файле магнитного диска, или попросту в чьей-то памяти. Поэтому, если впоследствии эти данные понадобятся, то работу придется повторять. И я хочу закончить этот раздел призывом к более интенсивной публикации существующих данных, а также советом время от времени возвращаться к накопленной мудрости.

Автофорез

Автофорез тесно связан с электронанесением органических покрытий. В этом процессе полимер существует в виде нерастворимых, мелкодисперсных латексных твердых частиц, взвешенных в водном растворе. Ионы, возникающие на корродирующем электроде (например - на железной подложке, которую нужно защитить от коррозии), приводят к дестабилизации частиц латекса возле поверхности металла. Эти частицы затем осаждаются на металлической поверхности. Автофорез заметно отличается от электрофоретического нанесения тем, что коагулянт возникает под действием электрохимических сил коррозии, а не под действием потенциала, приложенного извне. В работе [5] было изучено нанесение акрилового латекса на мягкую сталь из водной ванны, содержащей небольшие добавки Н₂О₂ и HF. Авторы [5] отмечают, что подобная методика уже использовалась примерно 60 лет назад для производства резиновых изделий. И здесь мы сталкиваемся с примером, когда хорошо известная технология из смежной области может использоваться для нанесения защитных покрытий на металлы. Автофоретическое нанесение красок на металлы для защиты этих металлов от коррозии очень перспективно по целому ряду причин. Во-первых, водные дисперсии красителей снимают все проблемы с органическими растворителями. Во-вторых, поскольку движущей силой для химической реакции нанесения покрытия служит реакция, вызывающая коррозию металла, то можно ожидать, что кроющая способность подобной технологии покраски будет очень высокой. В-третьих, покрытие наносится лишь на те участки деталей, где освобождаются ионы при коррозии. Участки детали, которые хорошо защищены от коррозии или не участвуют в коррозионной реакции, не покрываются красителем. Это ведет к эффективному использованию материала.

Электрополимеризация покрытий

В последние 25 лет интенсивно изучался электроорганический синтез. Такой интерес был связан прежде всего с развитием электронного оборудования, которое позволило точно контролировать и поддерживать электрические параметры процесса. Метод электроорганического синтеза имеет целый ряд важных преимуществ. Во-первых, в реакции участвуют электроны, следовательно, не нужно заботиться о доставке окислительно-восстановительных реагентов. Во-вторых, изменяя потенциал рабочего электрода, можно проводить селективное окисление или восстановление широкого спектра функциональных групп.

При проведении электрополимеризации покрытий приходится сталкиваться и с рядом принципиальных трудностей. Основная из них - это загрязнения катода или анода нежелательными продуктами реакции с высокой молекулярной массой. Такое загрязнение снижает силу тока в установке для электрополимеризации и эффективность электрохимической реакции.

Некоторые исследователи использовали эти "нежелательные" обстоятельства для получения твердого полимерного продукта. Полимеризацией можно управлять в зависимости от того, где начинается этот процесс: на аноде или на катоде. В некоторых специфических условиях реакцию можно изменить так, что полимер образуется в виде когерентной пленки на поверхности одного из электродов, причем эта пленка очень хорошо соединена с металлом. Существенно, к сожалению, что присутствие этой пленки останавливает дальнейшую реакцию на электроде. Известно, что коррозия металлов в водных растворах имеет электрохимическую природу. Поэтому можно ожидать, что полимерная пленка, которая остановила электродные реакции, связанные с ее образованием на металле, будет также хорошо защищать этот металл от коррозии. Следовательно, электрополимеризация может стать в будущем одним из методов нанесения защитных полимерных покрытий.

Мы видим, что как и в предыдущем разделе, электрополимеризация покрытий связана с электронанесением. Однако, подобный процесс все еще находится на стадии лабораторных исследований [б] и не нашел пока применения в промышленности. В отличие от автофореза и электронанесения, растворенный в ванне органический полимер должен быть достаточно низкомолекулярным. Далее, в отличие от автофореза, разность потенциалов для нанесения покрытия должна быть приложена к материалу извне, с помощью вспомогательного электрода. Методика электрополимеризации покрытий по всей видимости будет применяться в сочетании с другими технологиями нанесения покрытий, например, для замены обычной предварительной обработки фосфатирования, поскольку электрополимеризация требует меньших затрат энергии.

Технологии, не требующие хорошей подготовки поверхности

Уже много лет в Великобритании выдвигаются требования о запрете красок на основе свинца, загрязняющих окружающую среду [7], однако защитные свойства таких красителей, в особенности на основе свинцового сурика, хорошо сохнущих на воздухе, очень привлекательны. Поэтому такие красители продолжают широко применять особенно с целью сохранения в хорошем состоянии стальных конструкций. Особенно важно, что свинцовые красители не требуют хорошей подготовки поверхности: их можно наносить и на сталь со следами ржавчины. Многолетние исследования [8] позволили понять механизм защиты от коррозии с помощью масляной краски на основе свинцового сурика. Лакокрасочная промышленность уже вооружена этими знаниями, но до сих пор не смогла освоить выпуск других, безвредных красителей со сравнимыми защитными свойствами. Однако можно ожидать, что подобные красители появятся в ближайшие десять лет.

После появления методов пескоструйной очистки специалисты в области лакокрасочной промышленности сосредоточили большую часть своих усилий на создании все более и более сложных покрытий, которые требуют все более и более точного контроля как за условиями при нанесении красителя, так и за качеством подготовленной поверхности. Такая стратегия привела к впечатляющему росту длительности эксплуатации окрашенных стальных конструкций, но и послужила причиной ряда катастроф.

Новые комбинации ингибиторов и связующих веществ

В обычных антикоррозионных покрытиях роль ингибитора коррозии часто играет антикоррозионный пигмент, состоящий из твердых неорганических частиц, которые либо сами по себе, либо в комбинации со связующими веществами, обеспечивают запас слаборастворимого ингибирующего материала, этот материал после растворения в воде находит путь к поверхности металла и предотвращает агрессивное воздействие воды на металл.

Можно указать и другой способ производства антикоррозионных покрытий, когда связка служит уже не только веществом, соединяющим частицы антикоррозионного пигмента, а полимерным растворителем, в котором растворены отдельные молекулы ингибитора коррозии. В этом случае связующее вещество является своеобразной атомной губкой. Но возникает проблема, как добиться, чтобы покрытие содержало ингибитор в виде твердого раствора. Успешное решение было найдено при создании органических покрытий для защиты меди. Хорошо известным ингибитором ее коррозии является бензотриазол. Органическое покрытие на основе бензотриазола было создано 20 лет назад Британской исследовательской ассоциацией цветных металлов. При высыхании покрытия на поверхности меди вместе с бензотриазолом осаждается акрилат. Удивительно, что при наличии большого числа новых ингибиторов коррозии для защиты железа и стали до сих пор не создано подобных покрытий для черных металлов.