В.П. КУЗЬМИНА, академик АРИТПБ, канд. техн. наук, генеральный директор ООО «КОЛОРИТ-МЕХАНОХИМИЯ», технический эксперт Союза производителей сухих строительных смесей

Ключевые слова: порошковая краска, декоративное покрытие, механоактивированные пигменты, кирпич, дорожная разметка, температура, отверждение, адгезия, твердость, коррозионная стойкость
Keywords: powder coating, decorative coating, mechanical activated pigments, bricks, road marking, temperature, solidification, adhesion, hardness, corrosion resistance

Порошковая покраска – это экономичный способ создания качественного защитного или декоративного покрытия. Популярность метода обусловлена его универсальностью, так как подобная обработка не требует большого опыта и эффективна на самых разнообразных поверхностях. Использование механоактивированных пигментов в данной технологии позволяет снизить температуру отверждения, увеличить адгезию и твердость покрытия, а также коррозионную стойкость.

Порошковые краски по виду связующего вещества делятся на две группы: термопластичные и термореактивные.

Термопластичные порошковые краски образуют покрытие за счет сплавления при нагревании в камере полимеризации. Покрытие формируется без химической реакции. Применяются в качестве противокоррозионных, антифрикционных, электроизоляционных и химически неактивных покрытий.

Термореактивные порошковые краски формируют покрытия посредством химических реакций при нагревании в камере полимеризации. Эпоксидные составы являются основной группой порошковых термореактивных красок, которые применяют для формирования защитно-декоративных покрытий.

Практически все порошковые краски содержат пленкообразователи полимерной или олигомерной природы. В качестве наполнителей успешно используют традиционные наполнители для лакокрасочной промышленности. Для окрашивания полимерных составов применяют пигментные суперконцентраты или гранулированные пигменты, не ухудшающие базовые показатели качества порошковых красок. Новым словом в получении порошковых красок явилось задействование механохимических технологий для модификации и пигментов, и наполнителей, а также конечного продукта – порошковой краски.

Для улучшения технологических параметров процесса гомогенизации и отверждения порошковых покрытий в рецептуру порошковых красок вводят функциональные добавки.

Основные области применения порошковых красок в Европе: в автомобилестроении, производстве мебели, окраске строительных элементов из легких металлов, в строительстве.

Несомненный интерес представляет сравнение технических характеристик порошковых красок на различных связующих.

Полиэфирные порошковые краски.

Полиэфируретановые составы представляют собой комбинации гидроксилсодержащих полиэфиров и блокированных полиизоцианатов. Формирование покрытия происходит при температуре около 170оC. Они имеют сравнительно небольшую толщину (25-27 мкм). Полиэфируретановые покрытия обладают твердостью, высокой стойкостью к удару и скалыванию, а также стойкостью и устойчивостью к воздействиям агрессивной среды, например разбавленных растворов кислот, солевых растворов, ароматических и алифатических углеводородов, бензина и смазочных масел. Тонкие слои покрытий надежно защищают металлы от коррозии.

Области применения полиэфируретановых порошковых покрытий: защита оборудования спортивных площадок и садов, кондиционеров, электрооборудования, деталей автомобилей, металлической мебели.

Полиэфирные ПК, отверждаемые триглицидилизоциануратом (ТГИЦ), изготавливают на основе карбоксилсодержащих полиэфиров. Покрытия (толщина 75 мкм) формируются при более низких температурах, чем полиэфируретановые. Особенность этих красок – способность хорошо укрывать, не стекая, острые кромки; с их помощью легко получать текстурированные покрытия. Покрытие имеет хорошие механические свойства, отличную атмосферо- и светостойкость. По адгезии и противокоррозионным свойствам они близки к полиэфируретановым покрытиям, однако по устойчивости к химическим веществам и растворителям заметно уступают.

Сферы применения полиэфирных порошковых покрытий с отвердителем ТГИЦ – защита алюминиевых профилей, дисков колес, трансформаторов, кондиционеров, металлических ограждений.

Полиакрилатные порошковые краски.

Полиакрилатуретановые порошковые краски аналогично полиэфир-уретановым требуют довольно высокой температуры и времени для формирования покрытий (минимальная температура деблокирования 180оC). Получаемые покрытия по атмосферо- и химстойкости превосходят покрытия из полиэфируретанов, что согласуется со свойствами полиакрилатов. Они имеют хороший розлив и абсолютно гладкую поверхность при небольшой толщине. Предельная толщина покрытия, необходимая для улетучивания деблокирующего агента, равна 75 мкм. По механическим свойствам – гибкости и устойчивости к удару полиакрилат-уретановые покрытия значительно уступают полиэфир-уретановым. Сферы применения: защита дисков колес, окрашивание торговых автоматов, жести, проката из алюминия.

Гибридные полиакрилатные порошковые краски изготовляют на смесях акрилатных и эпоксидных смол, поэтому их считают аналогами гибридных эпоксидно-полиэфирных красок. Вместе с тем по свойствам покрытий они существенно превосходят полиакрилат-уретановые краски. Отмечается лучшая атмосферостойкость. Гибридные полиакрилатные краски наиболее широко применяют для окрашивания металлической мебели и осветительного оборудования.

Глицидилсодержащие полиакрилатные составы характеризуются относительно быстрым отверждением; покрытия хорошо противостоят погодным воздействиям. Непигментированные покрытия отличаются чистотой поверхности и прозрачностью пленки, поэтому они идеально подходят для лакирования латуни и хромированных изделий. Красивый внешний вид имеют и пигментированные покрытия. допустимая толщина которых лежит в широких пределах; однако в толстых слоях гибкость покрытий может быть пониженной.

Эпоксидные порошковые краски.

Главные области применения таких красок – электрическая изоляция и защита от коррозии. Благодаря комплексу ценных свойств, эпоксидные порошковые краски и компаунды приобрели доминирующее значение в электротехнической промышленности. Покрытия отличаются низкой стоимостью, простотой обслуживания и долговременной защитой в разных агрессивных средах. Для них характерны гибкость, ударопрочность, низкая проницаемость, хорошая термостойкость и адгезия. Краски могут быть нанесены тем или иным способом на холодную или предварительно нагретую поверхность. После отверждения они могут длительно эксплуатироваться при температурах до 150оC. Как электроизоляционные по стойкости к нагреванию их относят к классу В (130оC).

Краски защитно-декоративного назначения. В отличие от материалов функционального назначения этот вид красок предназначен для получения покрытий небольшой толщины. Их выбирают в соответствии с конкретными требованиями. Области применения таких составов разнообразны. В первую очередь это сушильные барабаны, садовый инвентарь, дверная мебельная фурнитура, микроволновые печи, детали холодильников, стеллажи, игрушки.

Для нанесения и формирования покрытия порошковой окраски используется стандартное оборудование для порошковой окраски: окрасочная камера напыления, камера полимеризации, пистолет – распылитель порошковой краски.

Эпоксидно-полиэфирные (гибридные) краски.

Они более устойчивы, чем эпоксидные, к пожелтению, вызванному перегревом в момент отверждения покрытий. В меньшей степени проявляются меление и изменение цвета покрытий при эксплуатации в атмосферных условиях. Тем не менее гибридные покрытия, как и эпоксидные, не рекомендуется применять в условиях воздействия солнечного света. Механические свойства: гибкость, твердость, ударопрочность покрытий такие же, как и у эпоксидных, но стойкость к воздействию химикатов несколько ниже.

Эпоксидно-полиэфирными красками окрашивают стеллажи, водонагреватели, офисную металлическую мебель, электроинструмент, огнетушители, масляные фильтры и многое другое.

Краски порошковые фотохимического отверждения. Это новый быстроразвивающийся класс порошковых материалов. Пленкообразователем служат ненасыщенные поли­эфиры с температурой плавления 100-125оC. Формирование покрытий осуществляется в две стадии. Сначала порошковый состав, находящийся на поверхности, с помощью ИК нагревателя сплавляется в монолитное покрытие, затем подвергается воздействию УФ-лучей, которые вызывают отверждение покрытия за счет реакции полимеризации, которая инициируется радикалами, образующимися при распаде фотоинициатора; последний является составной частью порошковых композиций. Процесс протекает в течение нескольких минут или секунд. Источником УФ-излучения служат ртутные лампы среднего давления (поток излучения с поверхностной плотностью около 12 кВт/м2). Данная технология рекомендуется для получения покрытий на древесине, древесных материалах, пластмассах и других термочувствительных материалах.

Термопластичные порошковые краски. Исходными материалами для получения таких красок служат полимеры с относительно большой молекулярной массой. Поэтому для формирования покрытий требуются высокие температуры (150-200^оC). При нанесении в кипящем слое изделие предварительно нагревают, а после нанесения порошка нередко предусматривают вторичный нагрев для его дооплавления и разравнивания покрытия. Вследствие воздействия высокой температуры не исключается деструкция полимеров, по­этому при получении покрытий следует строго выполнять установленные технологические режимы.

Покрытия из термопластичных порошковых красок, как правило, имеют слабую адгезию. Поэтому требуется проводить тщательную подготовку: применять пескоструйную очистку поверхности, а в отдельных случаях – ее грунтование.

Следует отметить:

1. Подавляющее большинство потребителей импортных порошковых красок (свыше 80%) закупают продукцию не по прямым внешнеторговым контрактам у производителей, а через дилерские и дистрибьюторские компании.

2. К числу немногих потребителей порошковых красок, которые закупают продукцию как по прямым внешнеторговым контрактам, так и через посредников, относятся ОАО «3Х Стинол» (Липецк), ОАО «Челябинский трубопрокатный завод», ОАО «Выксунский металлургический завод».

3. Основная часть порошковых красок, импортируемых в Россию через посредников, поставляется по существенно заниженной таможенной стоимости (некорректное декларирование). Этот прием используется для оптимизации налоговых платежей компаний-получателей и не отражает реальную ситуацию с ценообразованием порошковых красок на российском рынке.

Таблица 1. Возможные дефекты порошковых покрытий и способы их устранения

№п/п	Наименование дефекта. Изображение дефекта. Описание дефекта	Причины возникновения	Способы устранения
1.	Сорность и механические включения. Частицы, которые не расплавились в процессе полимеризации и выступают над покрытием	— чрезмерное количество мелкой фракции в составе краски и увеличенный расход общего воздуха; — наличие инородных частиц в порошковой краске; — включения на поверхности металла, не ушедшие в процессе предварительной подготовки (налипы, сварочные брызги, следы от шлифовальных материалов, задиры).	— сделать тестовую выкраску на пластине в лаборатории и при необходимости просеять краску через УЗ-сито 250 мкм; — проверить оборудование по нанесению краски на предмет наличия загрязнений; — проверить качество поверхности сырого металла до и после процесса подготовки; — в случае ударной полимеризации уменьшить расход общего воздуха и скорость движения конвейера.
2.	Отслоение (низкая адгезия) краски. Отслоение покрытия с поверхности готового изделия (например, в процессе резки, сгибания и т.д.)	— плохое предварительное обезжиривание поверхности; — плохое стекание (застой) растворов, обеспечивающих химическую пассивацию металла перед окрашиванием; — недоотверждение покрытия в процессе полимеризации; — несовместимость порошковых красок в случае повторного окрашивания.	— обеспечить качественное обезжиривание изделий перед покраской; — обеспечить эффективное стекание раствора пассивации с поверхности изделий; — проверить соответствие режима отверждения изделий режиму, рекомендованному поставщиком краски; — снять полностью предыдущий слой краски перед нанесением нового слоя.
3.	Проколы («искрение»). Маленькие сквозные отверстия, как правило, до основного металла	— повышенная влажность порошковой краски; — выделение газа из металла; — высокая влажность подаваемого в систему сжатого воздуха; — недостаточная сушка изделия перед нанесением порошка; — большая толщина покрытия (газы из неполимеризованного нижнего слоя выходят через уже полимеризованный верхний слой).	— просушить (подержать 15 мин. в бункере-питателе без подачи порошка на пистолеты), заменить краску; — полностью высушить изделие после предварительной обработки; — произвести предварительный прогрев изделий при температуре полимеризации краски перед нанесением порошка; — проверить работу осушителя сжатого воздуха; — придерживаться толщины покрытия не более 120 мкм.

Таблица 1. Возможные дефекты порошковых покрытий и способы их устранения (продолжение)

№ п/п	Наименование дефекта. Изображение дефекта. Описание дефекта	Причины возникновения	Способы устранения
4.	Шагрень. Неровная структура окрашенной поверхности с многочисленными выступами и углублениями	Мелкая шагрень: — порошковая краска характеризуется слишком быстрым временем «сшивки» полимера (краски с низкой температурой отверждения). Недостаточное время для растекания краски по поверхности; — маленькая толщина слоя (как правило, меньше 40 мкм), в том числе второго слоя при повторном окрашивании; — слишком быстрый или слишком медленный нагрев изделий в печи; — недостаточная температура и время полимеризации; — некачественно выполненный переход на цвет. Смешение разнородной краски. Крупная шагрень: — большая толщина покрытия (как правило, больше 120 мкм); — слишком быстрый или слишком медленный нагрев изделий в печи; — недостаточная температура и время полимеризации; — высокое напряжение и сила тока.	— придерживаться режимов полимеризации (время, температура), рекомендованных производителем краски; — обеспечить оптимальное время выхода изделий на режим – не использовать краски с низкой температурой отверждения; — отрегулировать напряжение; — тщательно очистить систему перед переходом на новую краску; — придерживаться толщины покрытия не более 120 мкм и не менее 40 мкм.
5.	Кратеры («Рыбий глаз»). Чашеобразные углубления в порошковом покрытии	— плохо проведена предварительная химическая подготовка изделий (обезжиривание); — наличие масла в системе подачи воздуха; — попадание на изделие или в систему несовместимых веществ (например, силиконов); — попадание масла на изделие после прохождения туннеля подготовки с цепи или станций смазки цепи конвейера.	— проверить эффективность процесса обезжиривания (состав раствора, система орошения); — выявить и устранить источник попадания масла в систему подачи воздуха, установить дополнительные маслоотделители и масляные фильтры; — недопущение работ с несовместимыми веществами (силиконами, маслами) вблизи линии окрашивания.
6.	Плохая пластичность и ударопрочность покрытия. Локальное растрескивание краски при проведении испытания на удар	— недостаточная или избыточная полимеризация краски; — плохое обезжиривание изделий перед окрашиванием; — слишком большая толщина покрытия (более 120 мкм).	— обеспечить достаточное время и температуру полимеризации в соответст­вии с рекомендациями поставщика краски; — обеспечить качественное обезжиривание изделий перед покраской; — уменьшить толщину покрытия.

Таблица 1. Возможные дефекты порошковых покрытий и способы их устранения (продолжение)

№п/п	Наименование дефекта. Изображение дефекта. Описание дефекта	Причины возникновения	Способы устранения
7.	Низкая коррозийная стойкость. Локальное отслоение порошкового покрытия вследствие коррозии ­металла под покрытием	— некачественно выполненная химическая подготовка металла перед окрашиванием (обезжиривание, травление, пассивация); — недостаточная полимеризация полимерно-порошкового покрытия; — толщина покрытия менее 60 мкм; — выбран тип подготовки и порошковой краски, не соответствующие условиям эксплуатации изделия.	— правильно выбрать тип подготовки и порошковую краску в соответствии с условиями эксплуатации; — проверить рабочие растворы и параметры обработки, провести качественную подготовку поверхности перед окрашиванием; — отрегулировать время и температуру полимеризации изделий в соответст­вии с рекомендациями поставщика порошковой краски.
8.	Недостаточный блеск покрытия на глянцевых красках. Матовая, недостаточно глянцевая поверхность порошкового покрытия с низкой степенью блеска при измерении	— недостаточное время выдержки в печи полимеризации; — медленный подъем температуры в печи полимеризации; — слишком тонкий слой порошковой краски (менее 60 мкм).	— увеличить время полимеризации изделий; — обеспечить более быстрый выход печи полимеризации на температурный режим; — отрегулировать систему нанесения для обеспечения нормальной толщины слоя порошковой краски (не менее 60 мкм).
9.	Недостаточная укрывистость краски, видимость металла через слой краски	— слишком маленький слой порошка (менее 60 мкм); — недостаточное количество пигмента в составе порошковой краски.	— обеспечить толщину покрытия больше 60 мкм; — заменить порошковую краску.
10.	Пятна, отличающиеся особой матовостью или другим оттенком в сравнении с основным покрытием	— плохое обезжиривание изделий перед окрашиванием (следы смазок или масел); — присутствие на поверхности изделий участков с наличием включений других металлов или сплавов.	— механически зачистить; — обезжирить изделие перед окрашиванием.

Таблица 1. Возможные дефекты порошковых покрытий и способы их устранения (окончание)

№п/п	Наименование дефекта. Изображение дефекта. Описание дефекта	Причины возникновения	Способы устранения
11.	Полосатость.   Чередование светлых и темных полос на порошковых красках-металликах, особенно видимых в падающем свете под углом 30° к поверхности	— слишком близкое расстояние пистолетов до изделия, неправильный выбор или чрезмерный износ сопел пистолета.	— настроить расстояние от пистолета до изделия до 25-30 см;   — сменить тип сопел и заменить изношенные.
12.	Вкрапления.   Включение частиц другого цвета	— плохо выполненный переход на цвет;   — наличие частиц краски;   — прорыв фильтра в блоке фильтров;   — загрязненная краска.	— повторно перейти на цвет;   — устранить механические неисправности;   — проверить краску на наличие вкраплений, выполнив тестовую выкраску в лаборатории.
13.	Рельефность (неравномерность толщины) покрытия.   Проявление текстуры подложки металла после полимеризации покрытия	— слишком грубая предварительная механическая обработка изделий;   — экструзионные риски и утяжины, поперечные следы от матрицы при остановке пресса на поверхности алюминиевых изделий;   — недостаточная толщина покрытия;   — дефекты сырого металла (царапины, рытвины, задиры), коррозия трения, вытравы.	— тщательно отшлифовать изделие перед окрашиванием, используя абразивный материал меньшей фракции;   — увеличить толщину порошкового покрытия;   — проверить соответствие качества алюминиевых профилей ГОСТ 22233-2001 и при необходимости обратиться на завод-изготовитель.
14.	Пузыри в слое покрытия и на поверхности.   Локальные вспучивания порошкового покрытия, наполненные воздухом	— импульсная подача краски одним или несколькими пистолетами;   — недостаточное обезжиривание изделий перед нанесением краски;   — наличие на поверхности изделий следов старой краски, коррозии, следов продуктов пассивации поверхности (особенно в застойных зонах);   — газовыделение из металла.	— проверить и заменить при необходимости изношенные части пистолета, отрегулировать его работу;   — обеспечить эффективное обезжиривание изделий перед покраской;   — удалить следы старой краски, коррозию с поверхности изделий перед окрашиванием;   — изменить способ навески изделий для избегания застойных зон после химической подготовки;   — предварительно прогреть изделие при температуре полимеризации краски для предотвращения выделения газа в процессе полимеризации.