Электроосаждаемые покрытия на основе карбоксилсодержащих полиэлектролитов и высокодисперсных фторопластов для автомобилей

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ОАО «АВТОВАЗ», Тольятти, Россия 125047, г. Москва, Миусская площадь, д. 9

Электроосаждаемые покрытия на основе карбоксилсодержащих полиэлектролитов и высокодисперсных фторопластов для автомобилей

Е.О. Точилкина, М.Ю. Квасников, В.С. Точилкина

e-mail: kvasnikovm@mail.ru

Аннотация

Точилкина Евгения Олеговна, студентка 3 курса кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий РХТУ им. Д. И. Менделеева , Россия, Москва.

Квасников Михаил Юрьевич, д.т.н, проф. кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.

Точилкина Виктория Семеновна, главный специалист Службы вице-президента по исследованиям и разработкам ОАО «АВТОВАЗ», Россия, Тольятти.

Работа посвящена разработке водоразбавляемых грунтовок, модифицированных высокодисперсными фторопластами, применяемые в автомобильной промышленности для метода анодного электроосаждения, и технологии их осаждения для получения покрытий с улучшенными свойствами.

Ключевые слова: полиэлектролиты, фторопласты, наноразмерные частицы, электроосаждаемые материалы.

грунтовка фторопласт автомобильный электроосаждение

Abstract

Kvasnikov Mikhail Yurievich1*, Tochilkina Evgenia Olegovna1, Tochilkina Viktoria Semenovna2

1D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.

2OJSC "AVTOVAZ", Togliatti, Russia

*Е-mail: kvasnikovm@mail.ru

ELECRODEPOSITION COATING MODIFIED WITH FLUPOLYMERS FOR AUTOMOBIELS

Development of paints compositions used in the automotive industry for a method of anodic electrodeposition highly dispersed flupolimers and their processing technology with improved coverage of properties.

Keywords: polyelectrolytes; flupolimers, nano-sized particles, electrodeposition material .

Автомобильная промышленность является самым большим потребителем лакокрасочных материалов. Метод окраски электроосаждением с применением водоразбавляемых лакокрасочных материалов на основе полиэлектролитных плёнкообразователей позволяет сделать сам процесс окраски экологически полноценным, безотходным, замкнутым циклом. Выбирая между анодным или катодным процессом, большинство автопроизводителяей склоняется к последнему, так как катафорезные покрытия отличаются лучшей антикоррозионной защитой. Однако себестоимость таких покрытий из-за капитальных затрат на оборудование окрасочной линии и сами краски существенно дороже, чем анодные. К тому же в России производство катодных лакокрасочных материалов в настоящее время отсутствует [1]. Таким образом, разработка экологически благоприятной технологии получения на существующих линиях окраски анодным электроосаждением покрытий, за счёт создания композиций лакокрасочных материалов на основе карбоксилсодержащих полиэлектролитов и дисперсных фторопластов, является весьма актуальной задачей.

В качестве карбоксилсодержащего полимерного электролита использовали промышленный пленкообразователь и серую однокомпонентную эмаль для анодного электроосаждения ATL-Korrosionsfest WA4926HRU905 фирмы FreiLacke (ФРГ). В качестве фторопластовых добавок использовали высокодисперсный порошковой политетрафторэтилен марки «Флуралит», водную суспензию политетрафторэтилена марки Ф-4ДВ (ТУ 6-05-1246-81), порошковый фторопласт Ф-40 (ТУ 301-05-17-89), водную наноразмерную дисперсию TF5035Z Dyneon фирмы 3М Dyneon.

Путем проведения исследований установлено, что в водной среде карбоксилсодержащие полиэлектролитные плёнкообразователи взаимодействуют с поверхностью высокодисперсных фторопластов за счёт образования физических (обратимая адсорбция) и водородных связей (необратимая адсорбция). Последние образуются через прослойку неионогенного ПАВа типа ОП-10, используемого для предварительной обработки их поверхности [2]. Результаты исследований представлены на рис.1 и рис.2. Изотермы проходят через максимум с выходом на плато. Максимальная величина адсорбции олигомера на 1г «Флуралита» - 120мг/г, а для Ф-40 - 68мг/г. Мы связываем уменьшение адсорбции после максимума с усилением структурообразования в растворе пленкообразователя при росте его концентрации, в результате чего переход макромолекул и их ассоциатов на поверхность твердой фазы затруднен.

Рис. 1 Изотерма общей (¦) и необратимой (¦) адсорбции олигомера при различной концентрации на поверхности обработанного ОП-10 «Флуралита» из водных растворов

Рис. 2 Изотерма общей (¦) и необратимой (¦) адсорбции олигомера при различной концентрации на поверхности обработанного ОП-10 Ф-40 из водных растворов

При изучении природы взаимодействия пленкообразователя в водной среде с поверхностью дисперсных полимеров было обнаружено, что значительное количество адсорбированного олигомера связывается с твердой модифицированной поверхностью полимеров необратимо (нижняя кривая на рисунках 1 и 2).

Природа необратимой адсорбции изучалась методом ИК-спектроскопии. После десорбции было обнаружено появление дополнительной полосы поглощения в области 1570см-1, соответствующей водородной связи, которая может возникнуть в результате взаимодействия функциональных групп ОН-, которых очень много в оксиэтилированном нонилфеноле. По результатам исследования установлено, что в композиционном покрытии фторопластовые модификаторы образуют отдельную фазу. Политетрафторэтилен играет роль структурирующего наполнителя по отношению к матрице, следствием чего является увеличение напряжения электроосаждения и рассеивающей способности.

Микроструктура покрытий изучалась с помощью сканирующей атомно-силовой микроскопии. По результатам исследований отмечено, что все модифицированные покрытия гетерогенны. Фторопластовые модификаторы образуют отдельную фазу в матрице полимерного покрытия. Отчетливо видны их зерна размерами, согласующимися с техническими характеристиками модификаторов.

Созданы устойчивые водные композиции лакокрасочных материалов с фторопластовыми модификаторами, изучен процесс электроосаждения созданных композиций; найдены оптимальные параметры процесса получения покрытий хорошего качества. Определены физико-механические и коррозионные свойства модифицированных покрытий для ЛКМ Freiotherm-ATL-Korrosionsfest WA4926HRU905, представленные в табл. 1.

Таблица 1 Свойства покрытий

Видно, что получаемые композиционные покрытия по сравнению с немодифицированными обладают повышенной гидрофобностью, большей твёрдостью и по коррозионной стойкости в нейтральном соляном тумане превосходят немодифицированные покрытия в 2,5 раза.Показано, что введение фторопласта в состав покрытий увеличивает краевой угол смачивания, причём порошковые модификаторы в большей степени, чем водные полимерные дисперсии, по-видимому, из-за большего содержания в последних ПАВов. Улучшение свойств покрытий - следствие того, что фторопласт концентрируется в верхнем слое покрытия, проявляя свои положительные свойства - гидрофобность, устойчивость к различным воздействиям.

Для оперативного управления процессом электроосаждения пригодны готовые водные фторопластовые дисперсии политетрафторэтилена, которые можно вводить непосредственно в рабочий раствор ванны электроосаждения. Водная дисперсия ПТФЭ TF 5035Z, как было доказано, способствует увеличению рассеивающей способности на 15-30% , причём чем меньше размер частиц фторопласта в дисперсии, тем меньшее его количество требуется для модификации.

На основании коллоидно-химических исследований разработана технология применения фторопластовых модификаторов для улучшения свойств покрытий на основе карбоксилсодержащих полиэлектролитных плёнкообразователей на действующих окрасочных линиях анодного электроосаждения. Получаемые композиционные покрытия обладают повышенной гидрофобностью, водо- и солестойкостью, адаптированы к существующему оборудованию и удовлетворяют требованиям автомобильной промышленности. Ожидаемый экономический эффект для ОАО «АВТОВАЗ» с учетом модернизации под катодное электроосаждение составляет 15-17 млн. рублей

Литература

1. Квасников М.Ю., Точилкина В.С., Рудковская Л.А., Крылова И.А., Павлихин С.Е. Современное состояние и перспективы развития метода окраски электроосаждения водоразбавляемым ЛКМ// Промышленная окраска. 2008. №4. С.6-11.

2. Квасников М.Ю., Крылова И.А., Уткина И.Ф., Цветкова В.В., Точилкина В.С., Терехов А.С.. Применение высокодисперсного порошкового политетрафторэтилена Ф-4 (Флуралита) для модификации покрытий на основе карбоксилсодержащего акрилового олигомера, получаемых методом электроосаждения // Лакокрасочные материалы и их применение. 2013. №1-2. С.56-59.

Размещено на Allbest.ru