Tipuri de vopsele si emailuri termo-reactive pentru industria auto

TIPURI DE VOPSELE SI EMAILURI TERMO-REACTIVE PENTRU INDUSTRIA AUTO

1. PREOCUPARI LEGATE DE ECOLOGIE

Incepand cu a doua jumatate a secolului XX, industria de automobile a luat o dezvoltare deosebita atat din punct de vedere al numarului foarte mare de uzine producatoare cat si din punct de vedere al pretentiilor de calitate impuse de legea concurentei [13].

Calitatile de aspect si de protectie cerute pentru un automobil necesita o gama complexa de tratare a tablei din care e confectionata si acesta este in general urmatoarea :

tratamentul de suprafata ;

grundul anticoroziv ;

stratul intermediar format din unul sau mai multe produse de vopsire ;

stratul de finisare (emailul).

Stratul de finisare sau emailul confera intregului sistem de protectie aspectul final (culoare, stralucire) dar el trebuie sa asigure pretejarea fata de agresivitatea mediului inconjurator (poluari acide, solventi, pref, loviri cu pietris, etc.) si sa fie stabil la imbatranire naturala (soare, ploaie, etc.).

Vechilor parametri care au stat la baza motivatiei principalelor ameliorari a calitatii si a reducerii lungimii ciclului de productie (accelerarea cadentei si automatizarea) s-au adaugat noile preocupari : ecologia si economia de energie care par a conditiona toate evolutiile viitoare in domeniul lacurilor si vopselelor utilizate in industria de automobile.

In iulie 1966 au aparut primele reglementari privind protectia mediului in California la Los Angeles (Legea 66) dupa care E.P.A. (Agentia de protectie a mediului) a generalizat in SUA o lege limitand cantitatea de solvent organic emanata de o instalatie de vopsire.

In tabelul urmator sunt aratate de exigentelwe impuse de EPA exprimate de solvent in atmosfera de un litru de vopsea.

Tabelul 2.16. 

In Europa, procesul ecologic se precizeaza prin publicarea in Scandinavia si Germania a mai multor legi care tind sa limiteze emisiile de solventi.

Din 1970, in SUA si in Japonia, apoi in tarile Scandinave si in Germania au aparut legi care interzic sau limiteaza din motive de sanatate si protectia mediului, utilizarea pigentilor toxici pe baza de plumb, crom si cadmiu in vopsele si chiar in materiale plastice.

2. ECONOMIA DE ENERGIE

Odata cu aparitia crizei de energie si a produselor petroliere, s-au pus urmatoarele problrme pentru rezolvare imediata :

limitarea emisiilor in atmosfera a solventilor scumpi ;

tendinta de eliminare a temperaturii de coacere;

posibilitatea de a vopsi piesele din plastic din ce in ce mai numeroase la un automobil din ratiuni de eliminare a greutatii si deci de micsorare a consumului de combustibil.

3. TENDINTE IN INDUSTRIA DE LACURI SI VOSELE

Trebuiesc cautate solutii care sa impace obiectivele noi (ecologice si economice) cu vechii parametri (calitate si costul productiei) inafara de acesta, constructorii sunt putin inclinati spre investire in solutii nesigure, fiind privilegiate acele solutii care sunt aplicate in instalatiile existente.

Sunt posibile doua directii :

• eliminarea totala a solventilor organici, astfel au aparut :

- vopsele in pulberi, initial in Japonia si in SUA

- vopsele cu apa, initial in SUA si in Germania

• reducerea solventilor organici la un nivel acceptabil, care a condus la vopsele cu continut mare in substante solide sau "high solid " mono si bicomponente.

3.1. PULBERILE

Sunt rasini solide pigmentate in forma initiala, apoi macinate si pulverizate foarte fin. Aplicarea pe obiectul de vopsit a materialului se efectueaza cel mai adesea, prin proiectie cu ajutorul unui pistol electrostatic manual sau automat.

Acoperirea suprafetelor metalice cu vopsele pulbere reprezinta solutia aproape ideala de protectie si finisaj, datorita avantajelor economice, ecologice si nu in ultimul rand riscului scazut pentru sanatate pe care le prezinta .

Aparut in Franta la inceputul deceniului al 6-lea, procedeul a cunoscut o dezvoltare exploziva in deceniul al 8-lea, intre anii 1982-1996. Europa este principala utilizatoare (cca. 50%), urmata de America de Nord (28%), Japonia si Asia. Productia de vopsele a crescut intr-un ritm de ~10% pe an, ajungand in anul 2000 la ~1.000.000t [2].

Principalii producatori de vopsele pulbere sunt:

in Europa: Hoechst, Akzo, Courtoulas, Bichon, Ato-Chemie;

in America: Ferro, Morton, O'Brien, 3M

Procedeul se impune in tot mai multe domenii: aparatura electrocasnica, repere auto (chiar si caroserii), constructii metalice, articole de gradina etc. Conform datelor statistice, astazi in lume, circa 15% din totalul acoperirilor de protectie se realizeaza cu pulberi din mase plastice .

Coacerea se efectueaza la o temperatura suficienta pentru a proSolventi organici volatili (VOC)a prin fuziune formarea unui film continuu.

Se pot distinge doua tipuri de vopsele in pulberi :

• Pulberi termoplastice (in general acrilice)

Fuziunea se efectueaza la coacere fara polimerizare.

Acest procedeu s-a dezvoltat pentru emailurile opace (in ton plin) la uzinele Honda din Japonia, GM in Oklahoma si Ford Metuchrn din New Jersey, se pare insa cu tendinta de regres.

• Pulberi termoreactive (epoxi, poliesterice, poliuretanice)

Aceste produse s-au dezvoltat initial in domeniul vopselelor intermediare, existand insa tendinte sa se aplice si pentru straturile de finisare (emailuri) de exemplu sistemul " Pownad " format din email de baza metalizat pe baza de dispersii acrilice neapoase (NAD) acoperit cu un strat de talc incolor sub forma de pulberi care se aplica la G.M.

In timpul coacerii se produc reactii de reticulare.

In Tabelul 2.17. sunt enumerate cateva aspecte ale vopselelor pulberi.

Tabelul 2.17.

3.2. VOPSELE PE BAZA DE APA

• VOPSELE SOLUBILE IN APA

Acestea sunt solutii de lianti alchido-melaminici sau acrilici dizolvati in apa.

Proasta stabilitate si vascozitatea ridicata a solutiilor limiteaza continutul in solide (20%) si necesita adaosul de solventi organici cosolventi (alcooli, glicoli, aminoalcooli). Este cel mai utilizat sistem [4].

• VOPSELE DILUABILE IN APA

Sunt dispersii sau emulsii de de rasini, in special acrilice, in apa.

Avantajele si dezavantajele acestor produse sunt trecute in tabelul urmator :

Tabelul 2. 18. 

Aceste tipuri de vopsele tind sa se generalizeze.

• VOPSELE CU CONTINUT MARE DE SUBSTANTE SOLIDE (HIGH-SOLID) INTR-UN COMPONENT

Continutul in substante nevolatile a crescut de la 30-50% cat au vopselele clasice la 50-70% si chiar 70-80%.

Liantii cei mai utilizati sunt alchido-melaminici (emailuri si vopsele intermediare), acrilici (lacuri si emailuri), poliesterici (vopsele intermediare si lacuri).

Tabelul 2.19. 

*VOPSELE CU CONTINUT MARE IN SUBSTANTE SOLIDE IN DOI COMPONENTI

Singurele produse utilizabile pentru proprietarii de automobile sunt doua tipuri de poliuretanice pornind de la rasini poliesterice sau de la rasini acrilice [14].

Liantii poliuretanici in doi componenti sunt utilizati pentru automobilele Matra GM (Chevrolet), la vagoane CFR la Dassault si avioane la Ford, de asemeni pentru emailurile de retus pentru clienti.

Tabelul 2.20. :

4. TIPURI DE PRODUSE DE VOPSIRE PENTRU INDUSTRIA DE

AUTOMOBILE

In Tabelul 2.21. sunt enumerate comparativ cateva caracteristici de baza influentate de straturile intermediare cat si in emailuri.

Tabelul 2.21. :

In consecinta, dintre vopselele intermediare prezentate, sistemele cel mai putin poluante sunt cele pe baza de apa si pulberi care sunt singurele care pot trece de legea EPA si care sunt dezvoltate in SUA [14].

Sistemele HS reprezinta un bun compromis fata de legea EPA si nu necesita investitii, acestea putandu-se dezvolta rapid [13].

Deasemenea exista tendinta de a elimina acest strat intermediar si de a-l inlocui cu sisteme din 2 produse (electroforeza + email din doua straturi) sau electro-pourdes coating EPC, fara coacere intermediara.

In cazul emailurilor, inlocuirea pigentilor poluanti (continand crom, plumb, cadmiu) prin pigmenti organici nepoluanti, dar cu putere de acoperire mai mica conduce la evolutia spre tente pastel si nuante metalizate.

Criteriile de dezvoltare raman aceleasi ca si pentru vopselele intermediare, dar preblemele de aspect, devin preponderente. Pentru moment emailurile cu continut mediu de solide, intr-un component, prezinta compromisul cel mai bun si sunt cel mai usor de realizatt pe termen scurt.

Rasinile poliesterice saturate sunt produsi de condensare a acizilor carboxilici bibazici si polibazici cu polialcooli, avand masa moleculara mica sau medie [4].

Pentru a micsora continutul in solvent la vascozitatea de aplicare exista doua posibilitati :

• scaderea masei moleculare a rasinii poliesterice ;
• aplicarea vopselelor la temperatura ridicata (60-70⁰C).

Prin scaderea masei moleculare a rasinii se pot obtine solutii de rasini avand vascozitate redusa la un continut ridicat de substante solide, de aici decurgand mai multe avantaje :

• consum mic de solventi la vascozitatea de aplicare ;
• obtinerea de grosimi de pelicula mai mari la aceeasi vascozitate de aplicare cu vopselele conventionale ;
• economie de manopera ;
• economie de energie.

Apar insa si dezavantaje cum ar fi :

• tendinta de curgere, fluidizare in timpul coacerii, polimerii cu greutate moleculara mica avand tendinta de deformare (curgere) la caldura ;
• scaderea rezistentelor chimice ale peliculelor.

Imbunatatirea acestor caracteristici se face si prin selectionarea rasinilor coreactante.

Rasinile poliesterice saturate sunt utilizate in special la obtinerea vopselelor intermediare din sistemul de protectie al caroseriilor, asigurandu-se, datorita structurii acestor lianti, pelicule cu grosimi mari la un singur strat, flexibile, rezistente la socuri, asigurand stratul de legatura intre grund si emailul de finisare.

In ultimul timp, rasinile poliesterice saturate au fost introduse si in structura emailurilor aplicabile din doua straturi, metalizate si nemetalizate, in care stratul de baza are in compozitie o rasina poliesterica saturata, reticulata cu o rasina melaminica, iar stratul de suprafata este un lac incolor, de regula acrilic.

Rasina poliesterica saturata din stratul de baza asigura continutul mare in substante nevolatile la vascozitatea de aplicare si o flexibilitate buna a peliculei, iar rasina acrilica din lacul incolor asigura rezistenta buna la agentii chimici si intemperii.

O reducere drastica a poluarii se obtine insa prin utilizarea emailurilor diluabile cu apa sau a pulberilor [1].

Produsul cel mai poluant dintr-o finisare metalizata in doua straturi este emailul de baza care la vascozitatea de aplicare contine circa 70% solvent.

Pe plan mondial se fac cercetari intense pentru realizarea de emailuri metalizate diluabile cu apa, pe baza de rasini acrilice sau poliesterice saturate si chiar pentru utilizarea ca ultim strat a vopselelor sub forma de pulberi.

Astfel, cercetatorii japonezi au pus la punct o finisare metalizata care sa nu polueze atmosfera, formata dintr-un email de baza, acrilic, diluabil cu apa, cu uscare la 150-180⁰C si un strat incolor de vopsea acrilica in pulbere.

De asemenea, in Germania a aparut un alt tip de finisare metalizata cu poluare redusa compusa dintr-un email pe baza de rasina poliesterica saturata diluabila cu apa si un lac incolor pe baza de rasina hidroxiacrilica in solventi. Uscarea finala se realizeaza la temperatura de 100-180⁰C timp de 10-40 minute.