Аналогично жидким покрытиям, «гибридные» УФ/изоцианатные порошки можно производить методом смешивания различных компонентов для создания покрытия, которое может выдержать как минимум частичное отверждение в затененных участках, или которое можно намеренно сшить методами термической и УФ обработки.

Более эффективные гибридные материалы можно получить внедрением функций термического и УФ отверждения в одну и ту же молекулу, например, в тех случаях, когда полимер с эпоксидными группами и сшивателем с кислотными и кислотно-ангидридными группами также может характеризоваться олефиновой ненасыщенностью.

Итоговые свойства сильно зависят от порядка проведения двух процессов отверждения. Нагревание в печи, после которого следует УФ отверждение еще теплого покрытия может создать самое сильное сшивание и наиболее ровную пленку.

Другие «гибридные» порошки включают в себя механизмы катионоактивного и свободнорадикального отверждения. Было обнаружено, что в результате этого процесса может быть создана IPN (взаимопроникающая полимерная сетка), благодаря которой создаются свойства, в целом превосходящие свойства каждого компонента.

Механизмы катионоактивного отверждения в порошковых покрытиях обладают теми же известными преимуществами, что и жидкие краски: полное отсутствие «кислородного подавления» (в результате которого поверхностный слой может быть отвержден в недостаточной степени), и увеличение продолжительности реакции отверждения, благодаря чему хорошо отверждаются затененные участки.

Есть и недостатки, например твердые эпоксидные полимеры могут создавать достаточно низкую плотность сшивания, при этом почти все циклоалифатические эпоксидные смолы, которые могли бы обеспечить хорошую скорость отверждения, адгезию, гибкость и глянец, являются жидкостями. Одним возможным решением является создание твердых ненасыщенных полиэфиров, а затем добавить в них эпоксидный компонент (в растворе). Было продемонстрировано, что этот метод позволяет создавать покрытия с достаточно неплохими свойствами.

Была проведена некоторая работа в отношении использования материалов с аллиловыми функциями в УФ отверждаемых порошках, так как в этих случаях также осуществляются реакции, на которые кислородное подавление не воздействует. Было обнаружено, что модифицированные аллилом полиэфиры позволяют создавать полезные покрытия при сочетании их с ненасыщенными полиэфирами или полиэфирами, модифицированными бисмалеимидом или тиолом.

Вопросы матирования

Сложности матирования, обнаруженные у покрытий радиационного отверждения, свойственны и порошковым покрытиям по той же самой причине – при сушке отсутствует усадка пленки – несмотря на появление сообщений о возможной эффективности тщательного отбора наполнителя и восковых добавок. Материалы с ограниченной совместимостью, различной химической активностью или содержащие различные функции, можно внедрять с целью облегчения формирования неравномерного поверхностного слоя и таким образом ослабить глянец. Также возможно использование текстурирующих агентов.

Также матирование можно получить при помощи смешения кристаллических и аморфных полимеров, а также предварительного нагрева наносимого порошка до температуры, близкой к точке плавления кристаллического полимера. После этого возникает ограниченный розлив, и если позволить покрытию немного остыть перед УФ отверждением, то эффект текстуры или матовый эффект, полученный слегка неровной поверхностью «вмораживается» в отвержденную пленку. Недостаток этой концепции в том, что необходим строгий контроль процесса; преимущество в создании различных отделок на основе одной партии порошка.

Существует похожая идея, которая заключается в следующем: покрытие частично отверждается при температуре ниже точки стеклования порошка, температура повышается до стандартной точки плавления/розлива, после чего осуществляется итоговое УФ или электронно-лучевое отверждение. [изучая этот патент некоторое время назад, автор отметил, что представленные примеры демонстрировали, что покрытия с более низким уровнем глянца, изготовленные этим методом, также обладали пониженной маятниковой твердостью – что может стать значительным недостатком в практическом применении.]

В последнее время появились полимеры и сшиватели, специально разработанные для создания эффекта матирования. Например, Crelan 2181/1, содержит и карбоксильные, и блокированные изоцианатные группы. Очень слабый глянец можно получить, используя его для отверждения гидроксильного полиэфира, смешанного с небольшим количеством эпоксидной смолы. Недавно был представлен Curalite 2300, являющийся полиэфирной смолой с низкой температурой отверждения. Он придает гибридным системам слабый глянец. При наличии этих материалов эффект матирования зависит от взятого количества, а не от условий проведения процесса, что значительно упрощает работу при нанесении покрытия.

Цвета и специальные эффекты

Внедрение металлических эффектов в порошковые покрытия – проблематичный процесс, так как эффект сдвига в экструдере разрушает стандартные металлические пигменты. Обычное смешивание пигмента с обработанным порошком часто ведет к сложностям при разделении, неравномерным распылению и внешней отделке. Эффект этих сложностей можно ослабить, если поверхностный заряд пигментов достаточно внимательно сопоставлять с порошками с целью избежания разделения на кончике распылителя.

Много лет назад австрийская компания Benda-Lutz разработала процесс, названный ею Blitz bonding, при котором хлопья пигмента прикрепляются к поверхности частиц порошкового покрытия. Сотрудничество с поставщиком рабочих пигментов Merck гарантировало появление широкого ассортимента таких эффектов. Недавно (в октябре 2007 года) компании Merck был передан маркетинг металлических пигментов Benda-Lutz и технологии Blitz bonding на территории Индии.

Ряд поставщиков разработали алюминиевые пигменты на основе хлопьев с инкапсулированным полимером, толщина которых превосходит стандартную. Жесткость этих хлопьев достаточна для использования в экструзии без значительных повреждений. Они позволяют получить очень яркие (без эффекта фольгообразования) эффекты.

Существует нишевая область с направлениями декорирования и обеспечения безопасности. Она представляет собой создание моделей покрытий посредством внедрения магниточувствительных пигментов и активацией магнитного поля до отверждения или ориентирования частиц. Эта концепция становится еще более универсальной при использовании порошковых покрытий, так как появляется возможность создания трехмерных моделей (переменной толщины пленки) в случае размещения магнитов под подложкой до распыления, а также возможность осуществлять отдельно контроль за ориентацией пигмента, используя магниточувствительные пигменты и магниты до отверждения. Процесс также применим для непрерывно перемещающихся подложек.

К порошковому покрытию была адаптирована технология печати с термической возгонкой красителя, которая уже долгое время широко применяется в мировой текстильной промышленности. После предварительной подготовки поверхности специальный УФ отверждаемый порошок распыляется на поверхность и отверждается. Лист, распечатанный с возгоняемым красителем, штампуется на поверхность, а затем на протяжении периода менее минуты осуществляется нагрев на температуре 180-200°C. Это необходимо для того, чтобы перенести красители с бумаги на порошковую пленку. Поскольку красители проникают в пленку, то можно получить очень устойчивую и светостойкую отделку, и, благодаря чрезвычайно короткому периоду воздействия высокой температуры, то возможно нанесения покрытия даже на MDF и другие термочувствительные подложки.

Нишевые области

Оцинкованная сталь известна как трудная для обработки подложка. Покрытие может быстро разрушиться в случае невнимательного выбора покрытия и метода предварительно обработки. Те мне менее, после правильного нанесения покрытия, срок службы может быть очень длительным, при этом срок до полного разрушения оказывается в целом больше, чем ожидаемый период службы цинкования и покрытия по отдельности.

Что касается порошковых покрытий, в Австралии была проведена серия испытаний, в которых оценивалась эффективность полиэфирного порошка. При этом использовались различные методики предварительной обработки и естественное воздействие различных климатов. Среди них были как «глубокое море» (200 м от океанского побережья), так и иссушенная сельскохозяйственная область. Скорость коррозии незащищенной стали различаются более, чем в 25 раз. Общие выводы состояли в том, что базовая предварительная обработка с использованием аморфного фосфата была пригодна только для условий слабого воздействия окружающей среды; фосфат цинка показал гораздо более хорошие результаты при гораздо более жестких условиях, хотя в некоторых случаях его превзошел хромат хрома.

В частных автомобилях все чаще используются колеса из алюминиевого сплава. В этом случае покрытия наносятся как с целью придания внешнего вида, так и для защиты. Популярным вариантом являются отделки из очень яркого хрома – однако использование хрома (особенно шестивалентного хрома) ограничивается законодательством и добровольно взятыми обязательствами в области экологии. [Например, Daimler Chrysler USA, полностью прекратила использование шестивалентного хрома – однако дилеры при желании могут вставлять хромированные колеса.]

Американская компания Helios Coatings разработала продукт Metallight, запатентованную многоступенчатую отделку, которая обеспечивает создание яркой отделки с более высокой устойчивостью против коррозии, чем у хромирования. После безхромной очистки и предварительной обработки на колеса наносится порошковое покрытие. Затем они отверждаются, и наносится УФ отверждаемый прозрачный слой, после которого осуществляется вакуумная металлизация, создающая эффект зеркального покрытия. Процесс завершается нанесением защитного порошкового поверхностного покрытия. В настоящее время компания пытается получить одобрение заводских производителей и в то же время предлагает дилерам систему обмена, под которой подразумевается обработка стандартных колес из окрашенного сплава покрытием, имитирующим хром. Спрос увеличился так быстро, что компании пришлось модернизировать пилотную линию для регулярного производства. Температура обработки порошковых покрытий в печи должна оставаться низкой (менее 160°C), чтобы не повлиять на закалку сплава. Одной из самых востребованных нишевых областей, в которой широко применяются порошковые покрытия, является защита трубопроводов. «Наплавляемые» порошки наносятся толстым слоем (хотя толщина более 400 µm увеличивает риск повреждения вследствие пониженной гибкости). Ожидаемый срок службы таких покрытий 20-30 лет, часто в очень жестких условиях.

Серьезная практическая проблема заключается в том, что покрытие может быть повреждено при установке трубопровода. Существует много распространенных способов укрепления эпоксидных покрытий путем добавления отдельных частиц с покрытым оболочкой ядром, бус, термопластичных частиц или модифицирования эпоксидной смолы. У всех этих методов есть недостаток, который заключается в увеличении вязкости расплава, что ведет к ослаблению адгезии и равномерности покрытия. Возможно, более практичным решением может быть внедрение блок-сополимера, который оказывает очень слабое воздействие на вязкость расплава или температуру стеклования и при этом усиливает стойкость к гибкости после выдержки при низкой температуре. У используемого сополимера имеется особое свойство – он не сохраняет равномерное распределение внутри покрытия, а собирается в мицеллы различного состава из материала подложки, таким образом приобретая структуру, аналогичную той, которая была получена добавлением традиционных укрепляющих частиц.

На рынке имеются гигиенические порошковые покрытия, в которых используется биоцид на основе серебра. Они создаются на основе термопластичного нейлонового порошка (Rilsan). Создается поверхность, обладающая высокой устойчивостью против ударов, коррозии и стандартных очищающих средств. Их можно использовать в агрессивных окружениях со средневысокими температурами, например в посудомоечных машинах и внутренних частях систем кондиционирования воздуха. Биоциды на основе серебра также можно использовать в термоотверждающихся порошках.

По соседству находится область самоочищающихся покрытий. Компания Nippon paint недавно объявила о разработке полиэфирного порошкового покрытия с гидрофильной силикатной добавкой, которая перемещается к поверхности во время отверждения и после него, уменьшая угол контакта с водой и создавая эффект самоочищения на наружных поверхностях.

Компания Punch Graphics (больше известная по названию своей линии принтеров Xeikon) изучала возможность использования УФ отверждаемых тонеров в цифровой печати. Компания заинтересована использовании таких продуктов в областях, где подложка может быть изготовлена методом формования, повторно деформирована во время использования, запечатана термосклеиванием или подвергнута воздействию содержащих растворы адгезивов или лаков, которые могут стать причиной проблем для стандартных термопластичных тонеров. Однако, несмотря на обещанный выход на рынок через пару лет, эта система к настоящему времени так и не появилась.

Разбивая литейную форму

Порошковые покрытия преодолели многие ограничения, которые ранее казались неотъемлемыми для этой технологии. Например, повышается качество процесса нанесения покрытия, что стало возможным благодаря трибо распылению. Также появляются покрытия, отверждаемые при 140°C – или ниже, в случае УФ систем – используются рабочие пигменты, выдерживающие обработку в экструдере. Существует возможность использования печати на бумагу с дальнейшим переносом на ткань для создания более широкого ассортимента декоративных отделок, чем было предложено когда-то процессом Lamineer.

К более новым концепциям, которые могут однажды завоевать рынок, относится использование переработанных или возобновляемых сырьевых материалов и усовершенствованных технологий сшивания для УФ порошков. Все эти инновации помогают увеличить область применения и рыночную долю этой эффективной и экологичной технологии.

www.newchemistry.ru