Металлополимерные, полимерные, антикоррозионные покрытия

В последние два десятилетия порошковая окраска совершила революцию в отделочной индустрии и защитных полимерных покрытиях. Порошковые краски намного лучше и долговечнее жидких.

Основной технологический процесс получения порошковых полимерных покрытий включает очистку и обезжиривание поверхности изделия, напыление порошка полимера на поверхность, нагрев поверхности изделия до температуры полимеризации покрытия, выдержку при этой температуре, полимеризация Пк, охлаждение изделия.

Но традиционная порошковая окраска имеет свои недостатки:

• прежде всего размеры изделия ограничены объемом печи полимеризации;

• поверхность изделия должна хорошо проводить электрические заряды, т.е. изделие должно быть металлическим или специально обработано для создания на его поверхности токопроводящего слоя. Таким образом, окрашивание неметаллических поверхностей без специальной подготовки невозможно;

• поверхность изделия должна выдерживать высокие температуры в течение определенного времени. Это означает, что порошковое окрашивание изделий из термочувствительных материалов (древесины, пластика, бумаги) будет затруднительно.

Технология плазменного напыления порошковых полимерных покрытий позволяет создавать покрытия практически из любых полимерных материалов:

полиэтилена, полиамида, полистирола, эпоксидных, полиэфирных и эпоксиполиэфирных смол и т.д. на изделиях практически любых размеров, выполненных из любых материалов. Это достигается за счет комбинации зон и углов ввода порошков в плазменный поток и локальным воздействием высокой температуры на поверхность изделия.

Технология плазменного нанесения термопластичных полимеров достаточно проста. Исходными материалами для получения этого вида ЛКМ служат полимеры с большой молекулярной массой — полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полиамиды и др. Термопластичные материалы получают путем сухого механического смешивания компонентов в форме порошков. Они имеют относительно большой размер частиц, соответственно, очень просто получить защитные функциональные покрытия толщиной 100-1000 мкм и более. В зависимости от используемого полимера долговечность защитного покрытия составляет 10-40 лет (в Англии находят применение полиамиды с предполагаемой долговечностью более 100 лет).

Термореактивные полимеры в основном изготавливают на основе олигомеров, они позволяют получать покрытия толщиной 30-100 мкм. Наибольшее применение имеют эпоксидные, эпоксидно-полиэфирные, полиэфирные, полиуретановые и полиакрилатные материалы. Из-за меньшего температурного диапазона полимеризации напыление этих материалов по плазменной технологии более трудоемко, но вследствие их относительной дешевизны оно может получить большее распространение.

Антикоррозионные металлические покрытия на металлоконструкциях пассивируют нанесением полимерного покрытия, обладающего оптимальными функциональными свойствами в данной коррозионной среде. При этом первый слой покрытия, обеспечивающий диффузное соединение металла изделия и покрытия, наносится напылением металла за один проход генератора плазмы. Следующий слой (еще один проход генератора плазмы) наносится при совместной подаче порошка металла покрытия и порошка полимера (примерно 1:1 по объему), а при напылении заключительного слоя (следующие проходы) подача металла отключается, а напыляется только полимерное покрытие. Итоговая макроструктура поверхности с основным антикоррозионным (Zn-Al) и протекторным композитным полиуретановым покрытием показана на рис. 6. Общая толщина защитного покрытия, полученного за 4 прохода генератора плазмы, около - 300 мкм. Предполагаемая долговечность этого металлополимерного покрытия - до 30-40 лет. При использовании полиамида долговечность такого металлополимера может составить более 50 лет.

Таким образом, полимерная матрица не блокирует образование гальванической пары между металлами основы и покрытия, а при повреждении покрытия начинает работать механизм протекторной защиты металлоконструкции.

Антикоррозионные покрытия, полученные по представленной технологии, можно использовать как при ремонте существующих мостов и опор, так и при возведении новых. Но наибольшие перспективы открываются для защиты оборудования и конструкций, работающих в условиях агрессивных сред, в частности в химической и нефтехимической отраслях. Перспективно нанесение покрытия на основе полиэтилена, инертного практически ко всем агрессивным средам. Проблема состояла в способе его надежного нанесения на конструкцию. Комбинация различных материалов и технологий сделала возможным решение данной задачи. На рис. 1 показана работа по защите химического реактора от коррозии с применением полиэтилена взамен нанесенного ранее эмалевого покрытия.

Рис. 1. Нанесение полиэтилена на поверхность реактора

Еще лучше полиэтилен наносится на бетонное основание, проникая в поры бетона и закупоривая их, создавая защитный слой, препятствующий разрушению бетона при воздействии внешних факторов. На рис. 2 показано формирование воды на поверхности бетона с нанесенным полиэтиленовым покрытием.

Рис. 2. Вода на поверхности пропитанного бетона

Одно из направлений развития плазменных технологий — совмещение защитных и декоративных функций при нанесении порошковых красок на любые поверхности. Образующиеся эластичные или твердые химически стойкие в кислотах и щелочах декоративные покрытия не требуют полимеризации в печах, что существенно расширяет возможности их применения.

К дополнительным преимуществам полимеров относятся возможность окрашивания в разные цвета и способность выполнять различные функции. Например, скользкие антивандальные покрытия обеспечивают легкое удаление граффити, шероховатые напольные поверхности - безопасное перемещение людей. Декоративные порошковые покрытия намного более долговечны, чем покрытия на основе традиционных жидких красок. В г. Чебоксары используют архитектурные полиэфирные покрытия по австрийской лицензии, а ремонт этих покрытий на кирпичных стенах возможен с помощью указанной технологии (рис. 3).

Рис. 3. Нанесение полимерного покрытия на кирпич и возможные цветовые решения

В ряде стран (США, Великобритания, Италия и др.) разрабатывают и изготавливают специальные полимерные порошковые краски, предназначенные для газотермического напыления. Использование этих материалов существенно упрощает технологию их нанесения и увеличивает область использования полимерных функциональных покрытий.

К большому сожалению, в России таких материалов пока нет.