На первый взгляд, сравнение порошковых покрытий с покрытиями на водной основе похоже на сравнение яблока и апельсина. Они оба круглые и растут на деревьях, но есть ли что-то еще?
Водорастворимые покрытия, как и порошковые, были разработаны много лет назад в качестве альтернативы для покрытий на основе растворителей. Основной целью было снижение количества летучих органических веществ (ЛОВ) в красках, а также увеличение процентного содержания смолы.
Покрытия на водной основе – это семейство продуктов, которое, в основном, направлено на достижение первой цели и при этом обеспечивает преимущества жидких красок. Жидкие краски составляют наибольший объем промышленных покрытий, на которые приходится примерно 85% рынка. Жидкие краски весьма разнообразны и могут применяться в самых разных средах и с широким диапазоном подложек. Однако жидкая краска обычно по-прежнему представляет собой от 45 до 75% смолы (в зависимости от конкретного продукта).
Ряд других компонентов в составе предназначены для сохранения свежести продукта в течение достаточного времени, чтобы обеспечить стойкость при транспортировке и хранении. Когда процентное содержание твердых веществ и эффективность переноса в процессе нанесения принимаются в расчет, фактическое пленкообразующее содержание жидкой краски в галлоне снижается до значений менее чем 60%. Остальные компоненты в этом галлоне попадают в фильтры или выбрасываются в атмосферу.
С другой стороны, порошковые покрытия фактически являются полностью твердыми веществами. До 96% одного фунта порошковой краски, приобретенной у поставщика, можно нанести на готовую деталь, которую покупает клиент. Этот процент зависит от эффективности красочной системы и возможностей восстановления этой системы. Однако это улучшение может сопровождаться некоторыми ограничениями в сравнении с жидкими покрытиями. Например, температура, необходимая для отверждения и сшивания порошкового покрытия, может быть повышена до такой степени, что некоторые подложки не смогут ее выдержать.
Подбор или корректировка цвета краски в момент нанесения также относится к преимуществам жидких покрытий.
КАКОЕ ПОКРЫТИЕ ПОДХОДИТ?
Как производитель решает, какой тип покрытия лучше всего подойдет для определенной продукции и эксплуатации? Один из первых вопросов, который нужно задать: на эту деталь можно нанести порошковое покрытие? Много лет назад, когда порошковая технология находилась в зачаточном состоянии, на этот вопрос было легко ответить. Если подложка была неметаллической, то порошковое покрытие было неосуществимым вариантом, и ответом было жидкое покрытие. Однако с разработкой смол низкотемпературного и ультрафиолетового отверждения ответ на этот вопрос дать не так просто и требует тщательного рассмотрения. Изделия, которые раньше нельзя было покрыть порошковыми покрытиями, сейчас зачастую успешно покрывают во всем мире.
Рисунок 1. При использовании водорастворимых красок важным фактором является контроль относительной влажности при отверждении; необходимо, чтобы вода испарялась из покрытия до того, как смола затвердеет.
РАСЧЕТ ОБЩЕЙ СТОИМОСТИ
Если на ваше изделие можно нанести порошковое покрытие, как вы определите, является ли это экономически целесообразным в пересчете на доллары и центы? Сравнение стоимости галлона краски со стоимостью фунта порошка не будет окончательным ответом. Истинные затраты на покрытие включают множество переменных, которые необходимо учесть при оценке, для получения общей картины.
Следует учитывать такие факторы, как экологические нормы и правила, эффективность нанесения покрытия, восстановление покрытия, удаление отходов со всех операций по нанесению покрытия, энергозатраты, безопасность и охрана труда, стоимость оборудования.
ПОТРЕБНОСТЬ В ЭНЕРГИИ
Энергия, необходимая для отверждения двух разных покрытий, служит фактором для оценки с точки зрения экологии и финансовых затрат. Типичные кривые отверждения термореактивных порошковых покрытий находятся в диапазоне 350 градусов по Фаренгейту в течение 20 минут. В зависимости от размера и объема вашей детали, которые определяют размер печи для отверждения, энергия, требуемая для нагрева этого пространства и поддержания заданной температуры, может оказаться слишком дорогой. Следует также учесть источники энергии, подходящие для нагрева данного пространства. Обычно в промышленных печах используются следующие источники энергии: природный газ, пар, жидкий пропан и электричество. Для каждого из них предполагается своя стоимость тепловой энергии, которую необходимо рассчитать, чтобы определить затраты для вашего конкретного применения.
Жидкие краски на водной основе могут отверждаться при температуре окружающей среды или выше, в зависимости от желаемого внешнего вида покрытия, состава и области применения. Еще более важным фактором является контроль относительной влажности при отверждении; необходимо, чтобы вода испарялась с покрытия до того, как смола затвердеет. Если поверхность пленки затвердевает до того, как вся вода под ней испарилась, может произойти оседание, вспучивание покрытия или появление окраски молочного цвета.
Снижение относительной влажности в процессе отверждения достигается с помощью систем осушения воздуха или путем повышения температуры, в результате чего относительная влажность снижается. Наиболее подходящий процесс для конкретной краски может порекомендовать ваш поставщик краски.
Хотя процентное содержание легковоспламеняющихся компонентов в водорастворимых красках достаточно мало, согласно стандартам Национальной ассоциации противопожарной защиты (NFPA) требуется, чтобы скорость выходящего потока в печах для жидких красок была выше, чем для камер нанесения порошковых покрытий. Отработанный нагретый загрязненный воздух должен заменяться чистым воздухом, нагретым до рабочей температуры, что повышает затраты на энергию. Такие дополнительные затраты на энергию могут быть существенными, особенно в регионах с холодным климатом. К тому же, распылительная камера для жидких покрытий должна иметь отвод в атмосферу и объем выходящего воздуха должен заменяться на чистый, наружный воздух, чтобы обеспечить надлежащую вентиляцию. Подача воздуха требует дополнительных затрат на энергию.
ИЗМЕНЕНИЕ ЦВЕТА
Оборудование для нанесения покрытий постоянно обновляется и совершенствуется. Исторически технология нанесения жидких покрытий позволяла изменять цвет за считанные секунды, в то время как для порошковых покрытий это время оценивается в минутах. Благодаря новой технологии, разработанной производителями оборудования для нанесения порошковых покрытий, теперь можно за секунды менять цвет порошка одним нажатием кнопки.
Рисунок 2. Система позволяет восстанавливать неограниченное количество цветов, но эффективность данной системы варьируется в пределах 80-95% избыточно распыленного порошка.
ВОССТАНОВЛЕНИЕ
Для порошковых покрытий применяется два основных метода восстановления краски. Сборник, предназначенный для восстановления цвета, собирает всю избыточно распыленную краску, пропускает ее через сито для удаления загрязнений, затем возвращает в загрузочный бункер, обеспечивая высокую скорость восстановления. Недостаток данного метода заключается в том, что для каждого восстанавливаемого цвета требуется отдельный сборный модуль и вспомогательное оборудование. По мере увеличения количества цветов снижается окупаемость оборудования для цветов меньшего объема.
Другим вариантом восстановления порошка является циклонная технология. Воздух, загрязненный порошком, из камеры отводится через циклонную установку, в которой частицы порошка отделяются от потока воздуха, после чего регенерированный порошок возвращается в загрузочный бункер. Эта технология позволяет восстанавливать неограниченное количество цветов, но эффективность данной системы варьируется в пределах 80-95% избыточно распыленного порошка.
Избыток при распылении водорастворимых покрытий также можно собирать и повторно использовать. Избыточно распыленная краска собирается с помощью отделительных систем. Хотя очистка отделителей – довольно грязный процесс, это проверенная технология для восстановления жидких покрытий.
Собранная краска обычно фильтруется для удаления твердых частиц, которые могут привести к засорению наконечника распылителя. Затем краска используется в качестве грунтовочного слоя для покрытия других деталей. В зависимости от изделия, системы и требований заказчика, восстановление избыточно распыленной водорастворимой краски может обеспечить повторное использование 50% избыточно распыленной краски.
РАСТВОРИТЕЛЬ
В водорастворимых покрытиях большинство растворителей заменяется водой. Также могут присутствовать другие незначительные компоненты (спирты и другие растворители), которые необходимы для успешного нанесения покрытия и соблюдения требований заказчика.
Одним из таких распространенных компонентов покрытий на водной основе является гликолевый эфир.
В разделе V разрешения Агентства по охране окружающей среды некоторые гликолевые эфиры относятся к опасным загрязнителям воздуха (HAP). В разделе V также говорится, что, если завод/фабрика/предприятие доходит до определенных пороговых пределов, то об этих опасных загрязнителях воздуха следует сообщать в соответствующие ведомства. Местные, региональные и государственные правила, регулирующие HAP, – это длинный и сложный документ. Еще больше усложняет положение то, что требования к HAP для водорастворимых систем в одном округе могут полностью отличаться от требований в другом регионе.
Настоятельно рекомендуем обратиться в местные контролирующие органы, чтобы оценить свою систему. Независимо от размера и сложности вашей системы, рекомендуется проконсультироваться со специалистами фирмы по охране окружающей среды, специализирующейся на нормах и правилах в вашем регионе.
Поскольку содержание сухого вещества у порошковых покрытий составляет почти 100%, большинство таких систем можно использовать практически без разрешительной документации от местных организаций, регулирующих выбросы в атмосферу. Опять же, независимо от размера и сложности вашей системы, следует проконсультироваться со специалистами фирмы по охране окружающей среды, чтобы определить, какие работы требуют согласования с местными контролирующими органами.
ОТРАБОТАННАЯ КРАСКА
Даже при всех возможностях технологии восстановления краски, все еще существуют ситуации, когда избыток краски нельзя восстановить для повторного использования. Утилизацию этой избыточно распыленной краски также необходимо учитывать при сравнении покрытий.
Избыточно распыленная порошковая краска может получить вторую жизнь. Для поверхностей, находящихся не в пределах видимости, излишки краски можно использовать в качестве покрытия для защиты от воздействия окружающей среды. Излишки порошковой краски также можно переработать и повторно окрасить для распыления на другие компоненты. А в некоторых сферах применения оставшийся порошок используется в качестве инертного наполнителя для других продуктов.
Однако, если эти способы повторного использования отработанной краски недоступны для покрытчика, ее можно отправить на большинство полигонов для
захоронения отходов. Опять же, рекомендуется консультироваться с местными контролирующими органами и компаниями по захоронению промышленных отходов, чтобы не нарушать местные правила и нормы, относящиеся к отходам порошковых покрытий. Отработанные жидкие краски на водной основе можно обрабатывать в системе обработки отходов.
Твердые вещества осаждаются и утилизируются утвержденным способом, обычно на полигонах для промышленных отходов, а жидкая фаза разделяется на опасные и безопасные отходы, которые обрабатываются в системах, предназначенных для данного вида отходов.
ВЫВОДЫ
Хотя в некоторых областях применения жидкой краски на водной основе являются оптимальным решением для окраски деталей из-за материала подложки, имеющегося оборудования или стоимости единицы продукции, порошковые покрытия с их явными экологическими преимуществами зачастую становятся предпочтительным вариантом и должны рассматриваться при оценке отделочных операций. Преимущества в виде более высокого коэффициента использования краски посредством восстановления, снижения затрат на утилизацию отходов и удобства в использовании материала – это существенные факторы, исходя из которых порошковая краска является более экологически безопасным процессом отделки.
