Тенденции развития автомобильных покрытий

О. Э. Бабкин, Л. А. Бабкина
ООО НПФ Инма

Постоянное ужесточение законодательства по охране окружающей среды привело к постепенному вытеснению на мировом рынке традиционных органо-разбавляемых лакокрасочных материалов (ЛКМ) водоразбавляемыми, порошковыми, материалами с высоким сухим остатком (ВСО) и радиационного отверждения.

С конца 1980 г. производители автомобильных ЛКМ (как и других видов ЛКМ) вынуждены считаться с двумя факторами: строгий контроль за содержанием летучих органических соединений (ЛОС) и повышенные требования к качеству и внешнему виду покрытий.

Для промежуточных грунтов и верхних покрытий по-прежнему предпочтение отдается органоразбавляемым ЛКМ, обеспечивающим автомобильным покрытиям твердость, высокий блеск, атмосферостойкость.

В качестве верхних покрытий наибольшее распространение (особенно в США) получили акриловые, характеризующиеся повышенной стойкостью к действию УФ-излучения.

Перспективными для промежуточных и верхних покрытий признаны ЛКМ с высоким сухим остатком, успешно сочетающие в себе экологические преимущества с высоким качеством покрытий.

Водные ЛКМ все еще находят ограниченное применение для промежуточных и верхних покрытий.

Ремонтные верхние покрытия - в основном акриловые со средним сухим остатком в сочетании с алифатическим полиизоцианатом в качестве отвердителя.

Что касается ремонтных автомобильных покрытий, то под влиянием законодательств по защите окружающей среды, ограничивающих содержание ЛОС в рецептуре ЛКМ, в Европе в качестве промежуточного грунта используют преимущественно - водоразбавляемые.

Особое место в получении полимерных покрытий занимают водоразбавляемые лакокрасочные материалы благодаря простоте технологии нанесения, низкой стоимости и возможности образовывать пленки с высокими физико-механическими, декоративными и защитными свойствами.

Необходимо отметить, что последние годы сфера применения латексных красок расширилась за счет разработки высококачественных композиций, пригодных для получения антикоррозионных Пк промышленного назначения. Эти результаты достигнуты благодаря использованию специальных пигментов и усовершенствованию рецептур. Последний путь позволил создать нам, например, латексные краски на основе сополимера стирола, акрилатов, получаемых по новой технологии без применения ПАВ. Такие краски могут быть использованы и в автомобилестроение.

Путем изменения агрегативного строения композиции за счет сорбционных взаимодействий растворитель-пленкообразователь-наполнитель была разработана серия ЛКМ для защиты металла от коррозии "Акрокор" с высокими защитными свойствами и налажено их производство.

Материалы серии "Акрокор" предназначены для защиты чистых металлических поверхностей от коррозии, в том числе с остатками окалины и плотнодержащейся ржавчины. Серию "Акрокор" составляют материалы следующих марок:

"Акрокор-2" - грунт с преобразователем ржавчины для окраски металла при толщине коррозионного слоя до 100 мкм; при нанесении в 2-3 слоя является самостоятельным покрытием;

"Акрокор-1" - грунт-краска для окраски чистого металла, допускается небольшая ржавчина до 10 мкм; при нанесении в 2-3 слоя является самостоятельным покрытием, выпускается различных цветов;

"Акрокор" - грунт-эмаль для окраски чистого металла;

Шпатлевка "Акрокор" - безусадочная для выравнивания чистых металлических и др. поверхностей; допускается различных цветов;

"Акролак-М" - лак для окраски чистого металла.

Важное направление работ в области водных ЛКМ - разработка лакокрасочных систем с более экономичным режимом отвержения.

 Сопоставление потребления энергии на вентиляцию закрытого цеха при окраске металлоконструкций показывает на существенные преимущества водоразбавляемых лакокрасочных материалов перед органо-разбавляемыми и позволяет отнести их к энергосберегающим технологиям окраски. Применение покрытий на основе водоразбавляемых лакокрасочных материалов "Акрокор", снижает стоимость потребления электроэнергии на вентиляцию закрытого цеха в 10 раз.

 Фирма WSM (Германия) окрашивает автобусы системой водоразбавляемых ЛКМ фирмы Herberts: грунтовки, промежуточный слой и покрывной слой. Эмиссия растворителей уменьшается примерно на 90% по сравнению с традиционными системами.

 Специально для ремонтной окраски легковых автомобилей фирма Herberts Standox выпускает систему водных материалов Standohyd Basecoat. Материалы Standohyd Basecoat на водной основе стоят дешевле обычных, стабильны при длительном хранении, менее трудоемки при нанесении, не требуют специального оборудования (давление сжатого воздуха при пневматическом распылении 1,5-2 Бар) обеспечивают при вязкости 18-22 с (по В3-4) получение Пк, не уступающие по качеству базисным лакам.

 Водоразбавляемые грунты и эмали Aqua - серии, выпускаемые фирмой Herberts GmbH, используются в Европе для серийной окраски легковых автомобилей. Фирма JCJ (Великобритания) выпускает краски на водной основе для окраски автомобилей. Фирма Durako Paint and Colour (Детройт США) выпускае водный состав для защиты элементов, расположенной в нижней части корпуса автомобиля от коррозии.

Воднодисперсионные шпатлевки, грунтовки, краски, эмали серии "Акрокор", выпускаемые фирмой "Инма" используются в странах СНГ для:

Благодаря практически полному отсутствию органических растворителей в рецептурах "АКРОКОР" их можно использовать при окраске внутренних поверхностей, емкостей, цистерн, трудно проветриваемых помещений.

На основе водоразбавляемых лаков появились публикации по получению интерференцирующих автомобильных покрытий на основе пигментов фирмы Merck. Нами разработана перламутровая система ЛКМ покрытий на основе водоразбавляемых эпоксиакриловых композиций: базовая эмаль и покрывной лак.

Создание латексно-эпоксидных композиций представляет несомненный интерес, поскольку в этом случае обеспечивается получение материалов, сочетающих высокие адгезионные и прочностные характеристики эпоксидных полимеров и эластические свойства акриловых полимеров латексов.

Исследованные нами латексно-эпоксидные композиции включают в себя высокомолекулярный полимер латекса, жидкую эпоксидную смолу и полиаминный отвердитель. Процесс формирования покрытий из таких композиций достаточно сложен, поскольку он включает в себя ряд параллельно протекающих явлений, таких как процесс испарения воды из пленки покрытия (его физическое высыхание), с последующей коалесценцией латексных частиц, распределение эпоксидной смолы в матрице латексного сополимера, ее отверждение полиаминным отвердителем. Возможны такие реакции карбоксильных групп латексного сополимера с аминными группами отвердителя и эпоксидными группами смолы. Очевидно, что структура полимерной пленки в таких композициях будет сильно зависеть от соотношения латексного и эпоксидного связующего. При низком содержании эпоксидного связующего оно будет распределено в матрице латексного полимера, и наоборот, в случае его высокого содержания, жесткая эпоксидная матрица будет содержать сополимер латекса в виде включений, распределенных в ее объеме.

Латексно-эпоксидная эмаль представляет собой двухупаковочную композицию, состоящую из основы - пигментированного латекса, содержащего полиамин и эпоксидной смолы. Органические растворители в рецептуре материала отсутствуют.

Лак и эмаль представляют собой двухупаковочные композиции. Перед употреблением упаковки смешиваются в пропорции 10:0,7, жизнеспособность готовой к употреблению композиции не менее 7 часов при 20°С, время высыхания до степени 3 не более 8 часов. Эмаль и лак могут быть нанесены в интервале температур от +8 до +35°С и относительной влажности воздуха до 80%.

 Эпоксиакриловые композиции допускают нанесение по стали и легким сплавам, по поверхностям, загрунтованным грунтовками ВЛ-02, ВЛ-023, ЭП-0263С, ФЛ-03К, ФЛ-03Ж, эмали ПФ-218, целалитовой шпатлевки, грунтовкам серии "Акрокор". ЛКМ наносят пневмо- или безвоздушным распылением.

Физико-механические свойства покрытий: эластичность при изгибе - 1мм, прочность пленки при ударе - 50см, адгезия пленки - 1балл. Твердость по маятниковому прибору - 0,6. Покрытия относятся к материалам, медленно распространяющим пламя - длина затухания пламени - 60мм. Покрытие стойкое к воздействию кислот и щелочей.

 Широкое применение пластмасс в автомобилестроении в последние десятилетия потребовало разработки специальных ЛКМ с учетом особенностей полимерных подложек. Трудности создания полноценных покрытий на поверхности пластмасс обусловлены прежде всего низкой адгезионной прочностью большинства ЛКМ к таким подложкам. Особенно плохо "удерживаются" лакокрасочные покрытия на пластмассах на основе кристаллических полимеров (полиолефинов, поликарбонатов, полиакрилатов).

 Формирование качественных покрытий на пластмассовых подложках осложняется возможным присутствием на их поверхности пластификаторов, стабилизаторов смазки и других низкомолекулярных продуктов, а также адсорбированной влаги, которые скапливаются в поверхностных слоях. Кроме того, пластмассы не термостойки: при высоких температурах возможны разложение полимеров или деформация изделий; последняя значительно усиливается в присутствии растворителей. Из-за перечисленных сложностей традиционный ассортимент ЛКМ отечественного производства невелик.

 Особое место в получении полимерных покрытий занимают водоразбавляемые лакокрасочные материалы благодаря простоте технологии нанесения, низкой стоимости и возможности образовывать пленки с высокими физико-механическими, декоративными и защитными свойствами.

Окраска пластмасс, и в частности пластмассовых деталей автомобиля, сопряжена с рядом проблем, обусловленных специфическими свойствами этих материалов, в первую очередь их чувствительностью к температурным воздействиям.

Наилучшим образом при окраске пластмассовых деталей автомобиля, зарекомендовали себя акриловые и акрилуретановые системы. Главное достоинство этих материалов - способность образовывать при невысоких температурах отверждения (<90°С) покрытия, характеризующиеся износостойкостью и эластичностью, соизмеримыми с эластичностью гибких пластмассовых подложек.

Традиционные двухупаковочные ЛКМ - органоразбавляемые полиуретановые, но в последние 10 лет под влиянием законодательств по защите окружающей среды разработаны водоразбавляемые двухупаковочные полиуретановые грунтовки, нашедшие применение в автомобилестроении. Кроме того, появились первые разработки водных ЛКМ для базисных слоев.

 Применение традиционных органоразбавляемых двухупаковочных ПУ-ЛКМ сдерживается их высокой стоимостью и ограниченной жизнеспособностью.

Результаты проведенных исследований показали, что для создания высококачественных покрытий необходимо учитывать природу, адсорбционную активность, смачиваемость подложки и т.д., будь это полимер, металл, стекло и др. В последние годы нами разработаны ЛКМ, обладающие универсальными свойствами, и системы покрытий на их основе.

Грунт-эмаль "Акрокор" для пластмасс [акрилонитрилбутадиенстирол АБС2020, полифениленоксил (норил GTX), полибутадиентерефталат (ксеной), полиамид, в том числе стекло- и минералонаполненный, полиуретан, полипропилен и др.] и стали.

Полуматовое и полуглянцевое покрытие отличается высокими декоративными свойствами (ровное без шагрени, можно использовать в качестве самостоятельного покрытия), исключительными адгезионными и прочностными свойствами, эластичностью, устойчиво к перепаду температур, воздействию влажной атмосферы и ультрафиолетового облучения.

НПФ «ИНМА» Лакокрасочный завод (Санкт-Петербург).