Новые покрытия на основе полимерно-олигомерных композиций, получаемые методом электроосаждения

М.Ю. Квасников, А.В. Камедчиков
РХТУ им. Д.И.Менделеева,
г. Москва

Известно, что лакокрасочные покрытия, получаемые методом катодного электроосаждения, обладают наилучшими защитными свойствами на единицу толщины. Они находят широкое применение в промышленности в качестве антикоррозионных грунтовок и однослойных покрытий. Метод окраски электроосаждением является безотходным и ресурсосберегающими, так как используются водоразбавляемые системы, и технологически процесс происходит в замкнутом автоматическом цикле.

В некоторых отраслях промышленности, в частности в промышленности нефтяного машиностроения, выпускающего скважинные насосы для добычи нефти, требуются очень равномерные по толщине покрытия. Получить такие лакокрасочные покрытия можно только окраской электроосаждением. Была поставлена задача, получить защитные покрытия, обладающие повышенной химстойкостью, термостойкостью и абразивостойкостью.

На первом этапе работы нами были получены химстойкие лакокрасочные покрытия на основе композиции водоразбавляемой грунтовки для катодного электроосаждения марки Powercrown 6000 (фирма PPG) и латекса фторкаучука СКФ-264В. [1] Грунтовка для электроосаждения представляет собой продукт соконденсации эпоксиполиэфира частично блокированным толуилендиизоизоцианатом, после нейтрализации которого уксусной кислотой происходит образование водорастворимых четвертичных аммониевых солей. Латекс фторкаучука СКФ-264В представляет собой терполимер винилиденфторида, гексафторпропилена, тетрафторэтилена и модификатора Br.

Латекс фторкаучука непосредственно вводился в рабочий раствор грунтовки в соответствии со специально разработанной методикой приготовления устойчивой композиции. Электроосаждение на обезжиренный стальной катод проводили на установке, состоящей из футерованной термостатируемой ванны, вспомогательного электрода из нержавеющей стали и выпрямителя тока со степенью пульсации до 5 %. Выбирали оптимальное напряжение (U) электроосаждения в режиме U=const. Процесс электроосаждения описывался кривыми зависимости тока от продолжительности электроосаждения, а также выходом по току. Электроосаждённые покрытия отверждали при 180 °С в течение 20 минут. Определяли физико-механические и защитные свойства покрытий методами, принятыми в лакокрасочной промышленности [2,3]. Химическую стойкость покрытий определяли при кипячении в 10 %-м растворе соляной кислоты до появления изменений в покрытии. В таблице 1 представлены свойства покрытий.

Таблица 1.

Свойства покрытий

Из таблицы 1 видно, что при хороших физико-механических свойствах модификация катодного материала латексом СКФ-264В приводит к образованию на катоде при электроосаждении химстойких покрытий, в 20 раз превышающих устойчивость немодифицированного покрытия при кипячении в 10%-й соляной кислоте.

Специфической особенностью полученных покрытий является то, что они представляют собой послойно-неоднородную по толщине структуру. Хорошая адгезия таких покрытий обусловлена тем, что слоем, прилегающим к подложке, всегда является функциональный олигомерный компонент, т.к. скорость его электроосаждения всегда больше скорости электроосаждения дисперсной фазы. Это происходит по причине того, что электроосаждение олигомерной фазы определяется фазовым превращением - потерей растворимости в приэлектродном слое, а дисперсная фаза осаждается по электрофоретическому механизму. Поэтому внешние слои, обогащённые полимерным компонентом, обеспечивают покрытию требуемый комплекс свойств [4].

Следствием специфики метода электроосаждения, связанного с потерей растворимости каждой структурной единицей раствора, покрытия, образующиеся при оптимальных параметрах электроосаждения, представляют собой структуры из однородных частиц глобулярного типананоразмерной величины, составляющей30-40 нм, что способствует при последующем термоотвержении увеличению густоты трёхмерной полимерной сетки, уплотнению структуры покрытия, и снижению внутренних напряжений. В результате формируются покрытия с наилучшими защитными свойствами на единицу толщины покрытия.

На втором этапе работы, ранее полученные химстойкие лакокрасочные покрытия для придания термостойкости и износостойкости были модифицированы полифениленсульфидом (ПФС), представляющем собой высокодисперсный порошок с размером частиц 10-20 мкм, содержащий увеличивающие износостойкость добавки графита и карбида кремния.

Для того чтобы частицы ПФС осаждались совместно с плёнкообразователем на катоде, они должны нести соответствующий положительный заряд. Однако в водной среде из-за высокой диэлектрической проницаемости воды частицы дисперсной фазы, как правило, заряжены отрицательно. К тому же их «подвижность» в электрическом поле не должна отличаться от «подвижности» электролита, иначе в процессе работы будет наблюдаться изменение состава рабочего раствора ванны электроосаждения, что приведет к получению ЛКП с нестабильными свойствами. Добиться электроосаждения частиц ПФС можно, обеспечив их адсорбционное взаимодействие с плёнкообразователем. Для создания стабильной водной дисперсии ПФС и его гидрофилизации использовали неионогенный ПАВ марки ОП-10 (ГОСТ 8433-82), представляющий собой оксиэтилированный алкил-фенол, который, не изменяя электропроводности системы, обеспечивает «смачиваемость» поверхности частиц ПФС, а также способствует адсорбционному взаимодействию ПФС с олигомером, за счет большого количества функциональных гидроксильных групп.

Осадок модифицированного ПФС отделяли от маточного раствора и высушивали в вакуумном шкафу. Сухой порошок ПФС вводили непосредственно в пигментную пасту лакокрасочного материала и диспергировали аналогично пигменту в бисерной мельнице в течение 3-х часов с получением дисперсии, содержащей 12-13 % масс. ПФС, которую использовали в сочетании с эмульсией связующего для приготовления рабочего раствора ванны для катодного электроосаждения. Электроосаждение осуществлялось на ранее описанном оборудовании в потенциостатическом (U=const) и гальваностатическом (I=const) режимах.

Последующее термоотверждение ЛКП проводили в 2-х режимах: при 180 °С в течение 20 минут или 260 °С в течение 1 минуты и 15 минут при 180 °С. Производилась оценка физико-механических и защитных свойств ЛКП. Результат представлен в табл. 2

Таблица 2.

Физико-механические и защитные свойства ЛКП

Полученной композицией была окрашена партия рабочих колес нефтяных насосов, которые отправили на натурные испытания в нефтяных скважинах Западной Сибири. Предварительные результаты испытаний показали, что отсутствует выход насосов из стоя по причине солеотложения, в связи с чем средний срок службы насосов увеличился со 120 дней до 190 дней, что практически соответствует сроку службы насосов, выпускаемых в США.

Список литературы

1. Квасников М.Ю., Камедчиков А.В, Уткина И.Ф., Герасимов Ю.В., Крылова И.А., Киселёв М.Р., Точилкина В.С. Новые лакокрасочные композиции для электроосаждения// Лакокрасочные материалы и их применение. - 2010. - №8. - С.39–43.

2. Карякина М.И. Испытания лакокрасочных материалов и покрытий. - M.: Химия,1988. – 272 с.

3. Крылова И.А., Коган Н.Д., Ратников В.Н. Окраска электроосаждением. - М.: Химия, 1982. - 347 с.

Назад к списку