Multifunctional interphases in electrostatic coating of electrically non-conductive materials

• Autorzy: Gutowski W. S. , Filippou C. , Li S.

Warianty tytułu

PL

Wielofunkcjonalne międzyfazy dla elektrostatycznego malowania materiałów elektrycznie nieprzewodzących

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Solvent-based or waterborne coatings commonly used in surface finishing of plastic or composite-based products exhibit very low spray transfer efficiency, typically not exceeding 30-35%. Powder coatings, an attractive 100% solvent-free alternative technology, achieve up to 95-98% material utilization. However, they require electrostatic deposition of charged powder particles and hence can only be used on inherently conductive, e.g., metallic components. Overall, the key barriers for wide application of powder coating technology in plastics surface finishing are the non-conductive surfaces of plastics, inadequate adhesion to commodity plastics, and frequently the absence of low-temperature powder resins. This paper presents practical aspects of technology facilitating successful electrostatic powder coating of automotive and commodity plastics achievable through surface-grafted arrays of amino-functional molecules exhibiting inbuilt electron conductivity. This results in a 108-fold increase in surface conductivity of polymers combined with up to a 1000-fold increase of the strength of adhesion between adhesively bonded or surface-coated assemblies in comparison with unmodified substrates to the point of achieving 100% cohesive fracture of substrates. Industrial-scale technology trials using full size PP-based automotive components carried out by CSIRO and Dulux in a commercial powder coating facility demonstrated the suitability of this technology for industrial applications targeting the substitution of the current liquid paints by zero-waste powder coatings.

PL

Rozpuszczalnikowe lub wodnorozpuszczalne powłoki dekoracyjne i ochronne oraz farby powszechnie stosowane w wykańczaniu powierzchni wyrobów z tworzyw sztucznych lub kompozytów wykazują bardzo niską skuteczność przenoszenia natryskowego, zwykle nieprzekraczającą 30-35%. Powłoki proszkowe (atrakcyjna 100%-bezrozpuszczalnikowa technologia) pozwalają na podniesienie efektywności użycia materiału do 95-98%. Wymagają one jednak elektrostatycznego osadzania elektrycznie naładowanych cząstek proszku, w związku z czym ich zastosowanie ogranicza się do naturalnie elektroprzewodzących materiałów takich jak metale. Generalnie biorąc, głównymi barierami dla szerokiego zastosowania technologii powlekania proszkowego w wykończeniu powierzchni tworzyw sztucznych są: nieprzewodzące powierzchnie z tworzyw sztucznych, nieodpowiednia przyczepność pokryć do wyrobów z tworzyw sztucznych, a często też brak niskotemperaturowych żywic proszkowych. W artykule przedstawiono praktyczne aspekty technologii ułatwiającej elektrostatyczne lakierowanie proszkowe wyrobów polimerowych dla przemysłu samochodowego oraz generalnego przeznaczenia osiągalne dzięki łańcuchom molekularnym z aminowymi grupami funkcyjnymi wykazującym wbudowane przewodnictwo elektronowe. Powoduje to zwiększenie przewodnictwa powierzchniowego polimerów zwielokrotnione w stopniu sięgającym do 108 w porównaniu z materiałem nieobrobionym, które połączone jest z równoczesnym 1000-krotnym wzrostem wytrzymałości adhezji pomiędzy elementami klejonymi, lub substratem a farbą lub powłoką dekoracyjno-ochronną (również w porównaniu z substratami niezmodyfikowanymi), które wiąże się często z osiągnięciem 100% pęknięcia kohezyjnego materiału malowanego lub klejonego. Próby technologiczne w skali przemysłowej z wykorzystaniem pełnowymiarowych elementów samochodowych opartych na polipropylenie (PP) przeprowadzonych przez CSIRO i Dulux/Australia w komercyjnych lakierniach proszkowych, wykazały przydatność tej technologii do zastosowań przemysłowych, których celem jest zastąpienie obecnych farb płynnych bezodpadowymi (bezrozpuszczalnikowymi) pokryciami proszkowymi.

Słowa kluczowe

EN

plastics; polyolefins; polymeric composites; surface conductivity; powder coatings; adhesion

PL

polimery; poliolefiny; kompozyty polimerowe; przewodność powierzchniowa; malowanie proszkowe; adhezja

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2018
• Tom: no. 4
• Strony: 7--14
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gutowski W. S.

• CSIRO Manufacturing Flagship, Industrial Interfaces Group, Melbourne, Australia

autor

Filippou C.

• CSIRO Manufacturing Flagship, Industrial Interfaces Group, Melbourne, Australia

autor

Li S.

• CSIRO Manufacturing Flagship, Industrial Interfaces Group, Melbourne, Australia

Bibliografia

• 1. Gutowski W.S., Li S., Russell L., Filippou C., Hoobin P., Petinakis S.: Theoretical and Technological Aspects of Surface-Engineered Interface-Interphase Systems for Adhesion Enhancement. Journal of Adhesion, 2003, 79, pp. 483-519.
• 2. Gutowski W., Wu D.Y., Li S.: Surface Treatment of Polymers. US Patent No. 5,879,757, 1999.
• 3. Wu D.Y., Li S., Gutowski W.S.: Surface Treatment of Polymers. US Patent No. 5,922,161, 1999.
• 4. Gutowski W., Wu D.Y., Li S.: Surface Treatment of Polymers. Australian Patent No. 680716, 1998.
• 5. Toikka G., Liu M.S., Gutowski W.S., Gengenbach T.: Molecular interactions between protonated polyethylene-imine and mica. CSIRO Report (3-F-2013).

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).