У многих из нас создались особые отношения со своими автомобилями – что большей частью связано с их эстетическим внешним видом. Форма, цвет и лоск поверхностей помогают автомобилю выделиться в демонстрационном зале.

Эти особые отношения с автомобилем предназначены не только для момента покупки – автопроизводители должны гарантировать, что эстетический внешний вид автомобиля сохранится на протяжении многих лет и километров дорог.

«В автомобильной отрасли внешний вид имеет ключевое значение. Срок службы должен составлять десять лет, и внешняя отделка должна выглядеть изысканно».

«Каждый автовладелец испытывает особые чувства по отношению к своему автомобилю. Царапины разочаровывают его и снижают уровень лоска».

Автопроизводители не облегчают жизнь поставщикам покрытий. Они ожидают, что покрытия будут соответствовать следующим требованиям.

Покрытия должны:
 сохранять цвет в течение всего срока службы автомобиля
 поддерживать поверхности глянцевыми и блестящими
 противостоять воздействию дождя, града, льда и снега, высоких и низких температур, а также интенсивной обработке щетками в мойках на протяжении нескольких лет.
 не портиться под ударами гравия и щебенки на грязных дорогах, песка в пустынях или соли, разбросанной на дорогах зимой
 быть устойчивыми под воздействием атмосферных условий – например, агрессивных УФ-лучей солнца.

Самое удивительное то, что этим требованиям должна соответствовать сверхтонкая система покрытия.

«Слой краски размером в одну десятую миллиметра не толще человеческого волоса, однако он должен соответствовать этим высоким требованиям».
(BASF Coatings AG).

 
Ведущие производители покрытий, определяющие их устройство и внешний вид
 Компании DuPont и PPG производят более 80% используемой в мире автомобильной краски.
 BASF производит краску для многих европейских автопроизводителей и некоторых моделей в Соединенных Штатах.
 В области проектирования покрытий также важную роль играют японские производители покрытий.

Изменения законодательства в области покрытий и экологии
Поверхностные свойства современных автомобильных покрытий были в значительной степени изменены под влиянием разработок, появившихся в 1990х годах. Поэтому было бы правильным для начала указать эти события.

Технология прозрачного слоя
Прозрачные покрытия стали популярны в начале 1990х годов. Сегодня почти все новые автомобили покрыты таким слоем, который является последним и подвергается внешнему воздействию. 

Прозрачный слой

Цветной слой

Шпатлевка

Грунтовочный слой электропокрытия

Подложка

Первоначально эта разработка создавала свои собственные проблемы устойчивости – повышенная коррозия, отслоение покрытия (чаще всего расслоение верхнего слоя от цветного) и общая более слабая устойчивость против атмосферных условий. Развитие технологий связующих веществ и применение добавок, например поглотителей ультрафиолета и стерически затрудненных аминов, позволило решить большинство этих проблем.

Для прозрачных покрытий требуется особый анализ, так как образование пятен, царапин и вихревых следов становится более заметным, так как свойство прозрачности усиливает эффект подобных дефектов.

Снижение содержания летучих органических растворителей (VOC)
Введены более жесткие экологические нормы, предназначенные для снижения уровня загрязнения воздуха во время стадии работы с покрытиями на автомобильных производствах.

Ведется разработка альтернативных покрытий и технологических процессов, которые могли бы соответствовать этим государственным нормам.

Примеры:
 Покрытия с высоким или сверхвысоким содержанием твердых частиц, улучшающие растворимость компонентов связующих веществ
 Покрытия на водной основе
 Порошковые покрытия
 Покрытия радиационного отверждения (и гибриды).

Такие новаторские составы и технологические процессы создают свои проблемы, многие из которых уже преодолены. Вновь это было сделано благодаря развитию отрасли связующих веществ и применению добавок.

Повреждение поверхности автомобильных покрытий
К вредным природным элементам относятся кислотные осадки, воздействие ультрафиолетового излучения солнца, высокая относительная влажность и высокие температуры, дефекты, возникающие в результате контакта с объектами, царапающими обработанную покрытием поверхность, а также дефекты, возникающие в результате контакта с небольшими и твердыми объектами, которые приводят к отщеплению частиц покрытия.

Природное травление
Природное травление становится серьезной проблемой в тех случаях, когда покрытие обладает значительным лоском и/или индивидуальным изображением, так как дефекты поверхности становятся очень заметными.

Компания Ford Motor Company дает свои комментарии по поводу природного травления:
 Природное травление – это проблема внешнего вида у прозрачных покрытий, связанная с формированием того, что, возможно, является неудаляемыми водными пятнами.
 Считается, что феномен травления возникает главным образом в результате гидролиза сшитого материала, который начинается после кислотного дождя.
 Физический вред, наносимый травлением, связан с локальной потерей материала, приводящей к видимой точечной коррозии поверхности прозрачного покрытия.

В промышленных районах водородный показатель дождя может опускаться до 4. Его концентрация на участках поверхности покрытия может стать причиной снижения водородного показателя до 1. Такие кислотные атаки могут стать серьезной проблемой в тех районах, где ярко светит солнце, и температура поверхности автомобиля может достигать 65 градусов по Цельсию.

Были разработаны новые связующие вещества, которые повысили устойчивость против природного травления у отверждаемых прозрачных покрытий со слабым содержанием летучих органических соединений, например
 Патент США 6,592,944 (E.I. du Pont de Nemours) «Прозрачное покрытие с устойчивостью против травления кислотой с высоким содержанием твердых частиц и образования царапин»
 Патент США 6,040,062 (BASF) «Водные составы для покрытий с устойчивостью против природного травления»
 Патент США 6,245,855 (PPG) «Отверждаемые аминопластом пленочные составы для создания пленок с устойчивостью против кислотного травления».

Насколько мне известно, добавки для улучшения кислотной устойчивости автомобильных покрытий не использовались.

Необходимо проанализировать устойчивость выветренных покрытий против кислотного травления – автовладелец ожидает, что даже после 10 лет использования его автомобиль сохранит высокий уровень лоска, и на нем не появятся пятна или вмятины. Использование стабилизаторов на основе стерически затрудненных аминов (или их производных) в первоначальных покрытиях замедляет эффект выветривания (эрозия поверхности) и, таким образом, способствует поддержанию высокого уровня кислотной устойчивости.

Устойчивость против наружных повреждений и царапин
«Устойчивость против образования царапин» представляет собой ту степень, в которой материал может сопротивляться ухудшению внешнего вида, вызываемого небольшим механическим напряжением, которое может возникнуть во время мойки или чистки обработанной покрытием поверхности. Наружные повреждения становятся причиной появления на поверхности сравнительно мелких царапин, которые ухудшают внешний вид покрытия.

Если на покрытии появляется большое количество таких царапин, то свет рассредоточивается по покрытию, в результате чего повреждения становятся заметны для человека. Устойчивость против наружных повреждений зависит от комплексного взаимодействия внутри покрытия между вязкоупругим или термическим возвратом, текучестью или течением пластмассы, и разрушением.

Примеры патентов, в которых описывается усовершенствование свойства устойчивость против наружных повреждений:

Новые связующие вещества:
 Патент США 6,551,712 (E.I. du Pont de Nemours) «Устойчивые против наружных повреждений покрытия на основе олигомеров»
 Патент США 6,395,860 (BASF) «Прозрачное покрытие с улучшенной устойчивостью против образования царапин и наружных повреждений»

Новые добавки:
 Патент США 6,835,458 (PPG) «Покрытие с улучшенными свойствами сопротивления против образования наружных повреждений и царапин».

Усовершенствование устойчивости против наружных повреждений часто ведет и к улучшению устойчивости против образования царапин.

Устойчивость против образования царапин

«Устойчивость против образования царапин» представляет собой способность материала сопротивляться более серьезному повреждению, которой может стать причиной появления более заметных, глубоких или широких царапин.

См. изображение ниже: 

Верхнее изображение: небольшая царапина (повреждение) не усиливает разрушение внутри покрытия. Изображение посередине: более глубокая царапина наносит покрытию повреждение в дургих направлениях. Нижнее изображение: очень сильная царапина полностью разрывает покрытие.

Несмотря на то, что повреждения и царапины во многих отношениях представляют собой один и тот же процесс разной интенсивности, покрытие с улучшенным сопротивлением против образования наружных повреждений не всегда эффективно усиливает свою устойчивость против царапин, и наоборот.

Некоторые технологические усовершенствования:
 Патент США 7,141,618 (PPG) «Покрытия с модифицированными частицами и методы их использования»
 Заявка на патент США 20030162876 (PPG) «Отверждаемый пленкообразующий состав с улучшенной ударной вязкостью и стойкостью к расщеплению (внедрение комплексных оксидов кремния компании NanoProducts)»
 Патент США 6,652,919 (BASF) «Многослойное покрытие со сверхвысокой устойчивостью против образования царапин, метод производства и применения (2 системы прозрачного покрытия)»
 Патент США 6,787,197 (BASF) «Метод производства покрытий, обладающих устойчивостью против образования царапин и воздействия атмосферных условий (УФ-отверждение)»

Проблема компромисса между различными требованиями к покрытию:
Внешний вид автомобильного покрытия зависит от многих параметров, не только от устойчивости против травления. Поэтому при выборе связующего вещества часто приходится искать компромиссы. Например, сшитые изоцианатные покрытия обладают более высокой устойчивостью против кислотного травления, но сшитые меламиновые покрытия по-прежнему используются, так как они дешевле и обладают более высокой устойчивостью против наружных повреждений.

Некоторые из последних коммерческих разработок

PPG Industries – прозрачные лаки серии ®CeramiClear

«Прозрачный лак CeramiClear, который наносится на автомобиль в последнюю очередь, обеспечивает стойкость к образованию наружных повреждений и царапин, а также поддерживает уровень лоска на всем протяжении срока службы автомобиля».

В основе покрытия лежат наночастицы, внедренные в состав прозрачных лаков для металлизированных и неметаллизированных отделочных красок. Сообщалось, что компания PPG работала в тесном сотрудничестве с Nanoproducts Corporation и использовала ее наноматериалы.

PPG разработала свою технологию Ceramiclear для нового прозрачного лака, применяемого в производстве автомобилей Mercedes. Сообщается, что этот лак представляет собой сочетание полиол силоксана и наночастиц кварца. (наночастицы алюмосиликата).

К тому же, компания PPG разработала прозрачный лак для вторичного рынка – который обеспечивает защиту на уровне, практически аналогичном заводскому прозрачному лаку CeramiClear – транспортных средств, которым необходим ремонт кузова.

В 2006 году компания The Nissan Motor Co., Ltd., одобрила прозрачный лак CeramiClear ™ D8126 производства PPG Automotive Refinish с устойчивостью против наружных повреждений и царапин для восстановления своей новой краски Scratch Guard Coat повторной отделкой.

PPG – дальнейшие разработки!
Компания PPG удерживает лидерство в области технологий для стойких к царапинам прозрачных лаков. Она активно ведет исследования и разрабатывает проекты в двух новых областях.

 PPG работает над самовосстанавливающимся прозрачным лаком, который заделывает царапины при термической активации. Данная технология позволяет прозрачному лаку оплавляться под воздействием высоких температур с тем, чтобы заделать царапины, появляющиеся в результате ежедневной работы

 PPG разрабатывает прозрачный лак, для которого будет применяться УФ отверждение, в отличие от традиционного теплового отверждения в печи; это позволит повысить степень устойчивости против царапин и наружных повреждений

DuPont – несколько лет на рынке

Компания DuPont разработала собственную технологию ®SupraShield, которая позволяет повысить степень устойчивости прозрачного покрытия против образования царапин и наружных повреждений.

Компания C& EN сообщила, что в технологии SupraShield от DuPont используются функциональные олигомеры.

Компания Ford Motor Company предлагает уникальные покрасочные работы класса премиум на основе технологии ®SuperShield от компании DuPont, обеспечивающие стойкость против царапин и повреждений. 

DuPont – дальнейшие разработки

Соглашение с Ecology Coatings Inc. по УФ отверждаемым покрытиям, сконструированным на наноуровне
DuPont получила лицензию на производство и распространение собственный продуктов Ecology Coating для использования в производстве североамериканских автомобилей.

Покрытия производства BASF

• ®SUPREMELUX CP
новый прозрачный лак со сверхвысокой стойкостью против царапин для покрытий повторной отделки.
• ®TwinGloss – система двойного отверждения
прозрачный лак двойного отверждения, в котором сочетается обжиг для зон тени и УФ отверждение. Покрытие обладает улучшенной стойкостью против царапин и повреждений, а также пониженной температурой обжига.

Удивительный эффект оплавления демонстрируют двухкомпонентные отделочные материалы на основе исходного материала для полиуретанового покрытия Desmodur® XP 2679 производства Bayer MaterialScience. После нанесения царапин (слева) структура с глянцевой поверхностью может быть восстановлена практически полностью (справа) при нагреве до приблизительно 60 oC (посередине). «При долгом нагреве лоск может восстановиться от 70-80 до 90 процентов»

Поверхностно-активный фотоинициатор: находится в разработке

Инициатор фотоактивация подложка
Фотоинициатор с неинтенсивной окраской
Поверхностно-активное окружение
Высокая плотность сшивания на поверхности

Заключение
Автомобильная промышленность заставляет поставщиков покрытий производить такие продукты, чтобы автовладелец мог покупать такие автомобили, которые будут поддерживать высокоэстетичный внешний вид как минимум 10 лет.

Производители покрытий пережили изменения, связанные с модой и технологиями, а также справились с проблемами, которые появились вместе с новыми экологическими требованиями, и смогли выполнить эти жесткие требования автомобильной промышленности.

Производители покрытий сделали огромное количество открытий и используют нанотехнологии, самовосстанавливающиеся системы и новые технологии отверждения для создания «жестких» покрытий.

ГОРДОН БРЭДЛИ

www.newchemistry.ru