Порошковые краски от компании Родес

Возникновение концепции нанесения органического полимера в порошковой форме относят к концу 40-х – началу 50-х гг. прошлого века, когда порошки наносили газопламенным способом на металлические поверхности. В это время немецкий учёный Ервин Греммер создал более эффективный способ нанесения термопластичных смол на металл в сравнении с газопламенным – ванны с псевдоожижением. Патент на это изобретение был подан в Германии в мае 1953г. и авторское свидетельство было выдано в сентябре 1955г.

С 1958 по 1965 гг. фактически все порошковые краски наносили в ваннах с псевдоожижением. В большинстве случаев применения порошковые краски выполняли функциональные задачи, обеспечивая плёнку покрытия от 150 до 500 микрон. Эти толстоплёночные покрытия находили применение для электроизоляции, а также для защиты от коррозии и истирания. Порошковые лакокрасочные материалы среди прочих были на основе нейлона 11, САВ, полиэтилена, пластифицированного ПВХ, полиэфира и хлорированного полиэфира.

По мере использования ванн псевдоожижения в США и в Европе разрабатывались и другие методы нанесения порошковых красок. Они были необходимы для расширения сферы их применения.

Хорошо известно, что традиционные жидкие краски содержат растворители, которые загрязняют окружающую среду. Их содержание очень высоко, особенно в распыляемых красках. Поэтому ещё работая в Teodur (сейчас входит в состав DuPont Powder Coatings) в 1960 Питер де Ланге начал искать безвредные для окружающей среды запекаемые эмали для промышленного применения.

Он рассматривал три возможности: снижение доли растворителей с 50-60% до 20-30%, замена этих растворителей водой или замена всех растворителей воздухом.

Первые две возможности имели недостаток в виде содержания загрязняющих растворителей. Третий вариант привёл его к созданию порошковых красок, которые совсем не содержат каких-либо растворителей.

Ход мыслей изобретателя был следующим: найти подходящие твёрдые смолы, отвердители, пигменты и другие материалы и попытаться смешать их. Затем смолоть их в порошок с подходящим размером частиц, поместить порошок в сосуд с пористым дном и поднять их потоком воздуха, чтобы воздушно-порошковая смесь стала псевдоожиженной и стала вести себя, как жидкость.

Питеру де Ланге было хорошо известно об опыте применения технологии псевдоожижения в нефтехимической промышленности и об изобретении ванны псевдоожижения для нанесения порошкового ПВХ на предварительно разогретые металлические изделия. Более того, он отлично знал и об электростатическом нанесении порошкового талька на колёса во Франции.

В случае успеха с производством краски в порошковой форме, её псевдоожижженая форма должна была позволить напыление (как французский порошковый тальк) из электростатического пистолета (уже известного по технологии нанесения жидких красок) и сделать возможным нанесение порошковых красок на заземлённые детали. Заряженные электростатически в пистолете частицы краски затем должны были прилипнуть к окрашиваемому изделию, после чего полученный слой краски можно было бы расплавить и полимеризовать.

В этом случае воздух посредством псевдоожижения выполняет функции растворителя. Более экологически чистый способ было не придумать!!!

Фирма Shell предоставила химику-изобретателю Питеру де Ланге подходящие твёрдые смолы, с помощью которых ему удалось создать примитивные порошковые краски. Эти первые системы были относительно простыми: физически по-сухому смешанные эпоксидные смолы и пигменты, диспергированные в шаровых мельницах. Вследствие высокой степени гетерогенности, полученные результаты были достаточно нестабильны.

Вскоре де Ланге обнаружил, что для получения более гомогенных смесей необходима технология смешения в горячем расплаве в разогретой мельнице с двумя валами или в разогретом миксере с Z-образными лопастями.

После периода проб и ошибок и, по-настоящему пионерских работ, с 1961 по 1962 год он смог явить миру первую электростатическую распыляемую декоративную термореактивную порошковую краску (выполненную смешением в горячем расплаве в миксере с Z-образной лопастью) под торговой маркой Teodur DM. Первое нанесение этой эпокси/дицианамидной краски было произведено на больничную мебель. Режим полимеризации был 30 минут при 350 0F (176,7 0C).

Первоначально процесс производства порошковых красок включал смешивание, экструдирование и помол в одну стадию. Этот способ до сих пор применяют для некоторых специальных продуктов, таких как низкоглянцевые структурированные порошки. К сожалению, контроль за размером частиц при этом был несоответствующим и краски, произведенные этим способом, демонстрировали плохие свойства нанесения (псевдоожижение, поведение в расплаве, эффективность нанесения и прочие).

Аналогичные работы в г.Гент (Бельгия) с начала 60-х гг. параллельно и независимо от де Ланге проводил Бернард Либерт (Libert Paints, Oxyplast Belgium). Позднее его деятельность явилась одним из факторов распространения технологии производства порошковых красок на всех континентах.

Другие ранние способы производства порошковых красок предусматривали использование двухвальных мельниц и СИГМА смесителей для расплавов. Оба способа показывали низкий выход продукта, а смеситель СИГМА кроме того требовал экстенсивную чистку после каждой загрузки. Экструзионные способы производства порошковых красок были созданы далее уже компанией Shell в период с 1962 по 1964 гг. В этот же период SAMES во Франции создал первое оборудование для электростатического нанесения органических порошковых красок улучшив существовавший электростатический пистолет. Процесс заряда частиц порошковой краски получил скромное название «самесизация».

В конце 60-х - начале 70-х гг. прошлого века для производства порошковых красок был изучен и адаптирован способ производства обычных жидких красок. Смолы и отвердители, пригодные для производства порошковых красок растворяли в растворителях. Затем добавляли пигменты, наполнители и добавки и полученные смеси размешивали в обычном оборудовании, применявшемся для любой краске на растворителе. Чтобы превратить эти продукты в порошок применяли распылительно-осушающую технологию для удаления растворителя. Однако полученные результаты включали потери растворителя, проигрывая идее получения более чистого производственного процесса.

В первой половине 70-х гг. первые работы по разработке и производству порошковых красок начались и в СССР под руководством проф.А.Д.Яковлева (Ленинград). В том числе в г. Одесса на базе Одесского лакокрасочного завода разработками полиэфирных порошковых красок занимался его ученик Гедзира С.В.

В конце 70-х гг. прошлого столетия была создана уникальная технология нанесения, так и не получившая распространения. Уже произведенные порошковые краски (в основном эпокси-полиэфирные) далее диспергировали и мололи на бисерной мельнице вместе с водой и ПАВ. Получаемую в результате суспензию распыляли с обычным оборудованием и после запекания сформировашаяся плёнка выглядела и являлась фактически таким же порошковым покрытием на основе тех же химсоединений.

Наиболее частой жалобой при нанесении порошковой суспензии было комкование материала в процессе распыления. Хотя этого можно было избежать соответствующей настройкой и обращением, распыление водной суспензии порошков не нашло широкого применения в мире.

По мере того, как порошковые краски продолжали дальше завоёвывать мир, в Европе включились другие аспекты, влияющие на покрытия. Эти аспекты оказали влияние и обеспечили прогресс в целом методов работы в промышленности с 70-х гг. по настоящее время.

Промышленно развитые государства в Западной Европе с высокой плотностью населения выше 1000 человек/кв.миля были вынуждены бороться с нарастающим ущербом от загрязнения воздуха и воды. Лакокрасочная промышленность этих стран боялась законодательства подобного Лос-Анджелосскому Правилу 66, которое накладывало строгие ограничения на промышленные выбросы. Производители искали замены в виде продукции с низким содержанием летучих компонентов или полным их отсутствием. Они ускорили исследования и развитие не только термореактивных декоративных порошковых красок, но также сырья для порошковых красок, технологий производства и нанесения.

К 1973 году на европейском рынке термореактивных декоративных порошковых красок были представлены четыре основных связующих: эпоксиды, карбоксиполиэфиры-эпоксиды (или проще говоря – гибриды), гидроксиполиэфиры- (блокированные)полиуретаны (называемые полиэфиры или полиуретаны) и карбоксиполиэфиры-TGIC (TGIC полиэфиры). Некоторые из химических связующих были также опробованы в тот же период времени, такие, как алкидные меламины и некоторые акрилы, но не задержались на рынке из-за проблем со стабильностью, трудностями при нанесении и получения должного внешнего вида покрытия.

К 2015 году доминировавший с 80-х гг. прошлого столетия всеобщий тренд замены жидких финишных покрытий порошковыми ослаб из-за завершающегося переоснащения промышленности и перехода на технологии порошковой окраски. Дальнейшие усовершенствования как самих покрытий, так и технологии их нанесения будут способствовать расширению сфер их применения. Производство автомобилей, домашней техники и прочие промышленные сектора являются двигателем дальнейших технологических усовершенствований в сфере порошковых красок. Эти улучшения включают сырьё, производство красок и изменения в технологии их нанесения.

В автомобильной промышленности порошковые краски находят всё больше применение для окраски деталей под капотом, элементов отделки, колёс и декоративных накладок. Улучшения порошковых красок для автомобильной промышленности включают прозрачность, адгезию, растекаемость и УФ устойчивость в прозрачных покрытиях, понижение температуры полимеризации без ухудшения внешнего вида и защитных свойств, в то время, как улучшения в области нанесения порошковых красок включают роботизацию, контроль потока воздуха и более эффективное нанесение.

На рынке бытовой техники применение окрашенных листов металла (в рулонах и листах) предполагает драматический рост возможностей для порошковых красок. Поскольку в этой отрасли необходимы быстрое плавление порошковых красок, их растекание и выравнивание с быстрой полимеризацией (от 25 до 60 секунд) с сохранением эстетических и защитных свойств, привычных для индустрии бытовой техники.

Покрытия должны также быть способны переносить постформовку со степенью формовки в зависимости от требований конечного потребителя. Развитие технологии нанесения требует также получения тонких плёнок на окрасочных линиях со скоростью от 30 до 80 фут/мин для листового окрашивания и даже до 100 фут/мин для рулонной окраски. Опять же контроль потока воздуха с его минимизацией и эффективность переноса частиц на изделия, подразумевающая эффективность их заряжания являются критическими.

Значительные улучшения коснутся полимеризации покрытий с критически важным внешним видом на скоростных линиях. Вопрос касается инфракрасных печей, в которых комбинация инфракрасного излучения, конвекционного разогрева и индукционного обеспечивают быстрое выравнивание и полимеризацию с минимальным воздействием на поверхность, следует принимать во внимание и общую чистоту такой системы полимеризации.

По мере того, как автомобильная промышленность и индустрия бытовой техники требуют всё более сложные покрытия и оборудование для их нанесения, возникают потребности в индивидуальных средствах нанесения красок. Эта тенденция согласованного создания красок и технологий нанесения будет дальше распространяться на прочие отрасли промышленности.

Другой тенденцией, учитывающей возросшие запросы всех промышленных отраслей, проявляется в появлении запасов готовой продукции и возросшей возможности выполнения индивидуальных заказов. Увеличение количества производителей окрасочного оборудования и рост числа поставщиков сырья обусловили тенденцию роста количества местных поставщиков красок в то время, как зрелый европейский рынок продолжает развитие новых поставщиков как красок, так и оборудования по их нанесению.

Повсюду возросшее количество поставщиков даст больше выгоды малым и средним потребителям красок за счёт стабильности цены и большей доступности красок. Однако растущая тенденция среди крупных потребителей красок сосредотачивать партнёрство с одним поставщиком продолжит сочетать развитие новых красок вместе с технологиями их нанесения в соответствии с запросами конечных потребителей.

Вехи развития порошковых красок:
Конец 1940-х гг. – Создание термопластичных красок, наносимых газопламенным способом.
1953 г. – Д-р. Эрвин Греммер создал и запатентовал способ нанесения красок в ванне псевдоожижения.
1955 г. – Псевдоожижение запатентовано в США.
1962 – 1964 гг. – Питер де Ланге создал и выпустил на рынок метод электростатического нанесения.
1950 – 1970 гг. – различные способы производства (термореактивных) порошковых красок были созданы и применены. Преимущество получил метод экструдирования.
1966 – 1970 гг. – издание акта «Правило Лос-Анжелеса 66» и Акт чистого воздуха. Цели развития порошковых красок в Европе и США стали разниться: Европа концентрируется на декоративном применении порошковых красок, в Северной Америке большее развитие получили функциональные краски, такие, как покрытия для труб.
1966 – 1973 гг. – 4 исходных термореактивных основы были представлены и получили коммерческое развитие – эпоксиды, гибриды, полиуретаны и TGIC полиэфиры. Меламины и акрилы оказались неконкурентноспособными в качесвет связующих.
Начало 1970-х гг. – Производство порошковых красок получило развитие по всему миру.
Конец 1970-х гг. – Был представлен способ нанесения в суспензии, но оказался неуспешным. В Европе начался быстрый рост производства порошковых красок.
Начало 1980-х гг. – Быстрый рост призводства порошковых красок в США и Японии.
Середина 1980-х гг. – быстрый рост производства порошковых красок на Дальнем Востоке.
1985г. – настоящее время – появление нових основ для порошкових красок. Различные типы смол и отвердителей становятся коммерчески успешными. Усовершенствование оборудования для нанесения красок ведёт к повышению эффективности, снижает пряме и накладные расходы.
2002 г. – на PCE 98 Конгрессе Binda P.H. представил первый лабораторный прототип электромагнитной щётки для окраски листовой рулонной стали.

Вернуться назад