METODY NANOSZENIA WARSTW Z TWORZYW SZTUCZNYCH

Powłoki z tworzyw sztucznych, podobnie jak inne warstwy powierzchniowe, mogą spełniać trzy podstawowe zadania:

1) ochrona przed korozją,

2) nadanie cech dekoracyjnych,

3) poprawa właściwości mechanicznych (głównie odporności na ścieranie lub zmniejszanie tarcia).

Powłoki z tworzyw sztucznych powstają w wyniku naniesienia na powierzchnię przedmiotu warstwy tworzywa. Możliwość modyfikowania właściwości użytkowych i przetwórczych tworzyw sztucznych pozwala na uzyskiwanie powłok o różnorodnych właściwościach. Dzięki temu znajdują one coraz szersze zastosowanie. Przykładem mogą być powłoki o dużej odporności termicznej i chemicznej, powłoki platerowane, powłoki teflonowe o małym współczynniku tarcia (panewki łożyskowe), kompozytowe powłoki naprawcze. Powłoki z tworzyw sztucznych zwykle dzieli się na dwie grupy: właściwe powłoki z tworzyw sztucznych oraz powłoki malarskie. Ścisłego rozdziału między tymi dwiema grupami powłok nie ma, gdyż w obydwu przypadkach związkiem powłokotwórczym jest związek wielkocząsteczkowy - polimer. Zasadnicze różnice polegają na składzie materiału przeznaczonego do nakładania powłok i sposobie ich nakładania. Materiał przeznaczony do nakładania powłok malarskich jest z reguły materiałem o konsystencji płynnej lub gęstopłynnej, chociaż ostatnio wprowadza się farby w postaci stałej (farby proszkowe).

Materiał przeznaczony do nakładania powłok malarskich składa się z trzech głównych składników, którymi są:

l) związek powłokotwórczy,

2) środek barwiący,

3) rozpuszczalnik lub rozcieńczalnik.

Związek powłokotwórczy (polimer) dodaje się w celu wytworzenia cienkiej warstwy, która pozostaje na powierzchni po odparowaniu rozpuszczalnika. Związkiem powłokotwórczym mogą być zarówno polimery termoplastyczne (o budowie liniowej łańcucha), kt6re dają warstwę bezpośrednio po odparowaniu rozpuszczalnika, jak też polimery termo- lub chemoutwardzalne, kt6re wymagają dodatkowego procesu usieciowania. Proces sieciowania może zachodzić w podwyższonej temperaturze (farby piecowe - termoutwardzalne) lub w temperaturze pokojowej w wyniku reakcji z odpowiednimi związkami farby chemoutwardzalne).

Środki barwiące stosuje się w celu nadania powłoce cech dekoracyjnych. Środki barwiące dzieli się na pigmenty i barwniki. Pigmenty mają zdolność barwienia w stanie nie rozpuszczonym. Powłoki zawierające pigmenty Są nieprzezroczyste, tzn. kryjące. Natomiast barwniki są to związki organiczne, które rozpuszczają się w tworzywie. Mają one zdolność przepuszczania światła. Dają w efekcie powłoki przezroczyste, tzw. transparentowe.

Trzeci składnik - rozpuszczalnik ma za zadanie wytworzenie materiału malarskiego o odpowiedniej konsystencji. Materiał przeznaczony do malowania może być roztworem rzeczywistym związku wielkocząsteczkowego w odpowiednich rozpuszczalnikach, roztworem koloidalnym lub zawiesiną. W celu zapewnienia odpowiedniej lepkości oraz lotności (temperatury wrzenia) stosuje się oprócz rozpuszczalników rozcieńczalniki. Rozpuszczalnikami i rozcieńczalnikami zwykle są związki organiczne. Ostatnio wprowadzono farby tzw. wodorozcieńczalne, w których rozpuszczalnikiem jest woda.

Ponadto w skład materiału malarskiego mogą wchodzić składniki pomocnicze. Są to środki emulgujące (ułatwiające zwilżanie), plastyfikatory (zmiękczacze), sykatywy (środki zmniejszające czas wysychania) oraz różnego typu stabilizatory (świetlne, termiczne, antyutleniające).

Materiał malarski o konsystencji ciekłej można nakładać wieloma metodami. Są to:

• malowanie pędzlem,

• malowanie pistoletem natryskowym; można stosować natrysk pneumatyczny (powietrzny), hydrodynamiczny (bezpowietrzny) i elektrostatyczny,

• malowanie zanurzeniowe,

• malowanie przez polewanie wielostrumieniowe,

• malowanie elektroforetyczne,

• malowanie autoforetyczne.

Największe znaczenie mają metody elektroforetyczne i elektrostatyczne.

Obecnie wprowadza się również materiały malarskie, które zawierają mało rozpuszczalników, jedynie ok. 20-30% tzw. High solids. Materiały te można nanosić typowymi metodami natryskowymi, a ich zaletą jest zmniejszenie ilości szkodliwych rozpuszczalników organicznych. Ponadto wprowadza się farby proszkowe zupełnie nie zawierające rozpuszczalników. Powłoki uzyskane z farb proszkowych stanowią pośrednią grupę między powłokami malarskimi a powłokami z tworzyw sztucznych. Nakładane są metodami natrysku elektrostatycznego i fluidyzacyjną.

Tworzywa sztuczne przeznaczone do nanoszenia powłoko konsystencji proszków, past lub w postaci folii. Najbardziej znanymi metodami nakładania powłok z tworzyw sztucznych są:

• metoda elektrostatyczna,

• metoda fluidyzacyjna,

• metoda elektrostatyczno-fluidyzacyjna,

• metoda zanurzeniowa,

• laminowanie powłok naprawczych,

• platerowanie,

• metoda trybostatyczna.

Właściwości użytkowe powłok zależą przede wszystkim od rodzaju i jako­ści tworzywa i prawidłowości doboru metody ich nakładania. Duży wpływ ma­ją też parametry technologiczne, a także stan powierzchni podłoża.

Nakładanie zarówno powłok malarskich, jak i powłok z tworzyw sztucznych wymaga odpowiedniego przygotowania powierzchni przedmiotu pokrywanego. Celem operacji wstępnego przygotowania powierzchni jest usunięcie śladów korozji i ewentualnie starej powłoki oraz nadanie powierzchni właściwej chro­powatości, niezbędnej do uzyskania dobrej przyczepności (adhezji) powłoki do podłoża. Wyjątek stanowią powłoki ochrony czasowej, nakładane na okres transportu i magazynowania. Powłoki te winny być łatwo usuwalne z chronio­nego elementu przed jego użyciem.

Przed nakładaniem powłok stosuje się zwykle obróbkę mechaniczną, che­miczną oraz odtłuszczanie. Obróbka mechaniczna polega na szlifowaniu ręcz­nym lub mechanicznym przedmiotu pokrywanego papierem ściernym lub płót­nem o odpowiedniej granulacji. Poza tym stosuje się szczotkowanie, piasko­wanie lub śrutowanie. Obróbka chemiczna polega na usuwaniu śladów korozji lub starej powłoki w wyniku reakcji chemicznej. Przedmiot przeznaczony do pokrycia pokrywa się odpowiednim preparatem chemicznym.

Niezbędną operacją przed nałożeniem powłoki jest odtłuszczenie powierz­chni. Odtłuszczenie przeprowadza się przez zanurzenie przedmiotu w rozpusz­czalnikach organicznych lub odpowiednich kąpielach odtłuszczających zawie­rających roztwory alkaliczne. Celem tej operacji jest zapewnienie odpowiedniej zwilżalności pokrywanego przedmiotu.

Powłoki malarskie i z tworzyw sztucznych przeznaczone do celów ochrony przed korozją nakładane są zwykle na powierzchnie uprzednio pokryte ochron­nymi warstwami konwersyjnymi (najczęściej stosowane są powłoki fosforano­we). Powłoki konwersyjne, które są następnie powlekane materiałem malarskim, muszą być szczelne i drobnokrystaliczne. Właściwości tych powłok omówiono w rozdziale dotyczącym powłok konwersyjnych.

NAKŁADANIE POWŁOK MALARSKICH METODĄ ELEKTROFORETYCZNĄ

Wprowadzenie

Malowanie elektroforetyczne należy do jednej z bardziej nowoczesnych metod nanoszenia powłok malarskich. Pierwsza przemysłowa linia do malowania elektroforetycznego została uruchomiona w zakładach Forda w roku 1960. Obecnie proces ten jest stosowany prawie we wszystkich zakładach samocho­dowych, również w Polsce, do nanoszenia powłok podkładowych na karoserie pojazdów samochodowych.

Do malowania elektroforetycznego stosuje się specjalne farby, tzw. wodorozcieńczalne. Ich cechą charakterystyczną jest to, że jako rozpuszczalnik sto­sowana jest woda. Ma to ogromne znaczenie ekologiczne, gdyż eliminuje sil­nie toksyczne rozpuszczalniki organiczne. Farba jest roztworem koloidalnym polimerów, czyli związków wielkocząsteczkowych oraz pigmentów, wypełnia­czy i innych dodatków w wodzie. Malowanie zachodzi w wyniku przepływu prądu elektrycznego. W polu elektrycznym koloidalne cząstki farby, które są obdarzone ładunkiem elektrycznym, wędrują do odpowiednich elektrod. Proces ruchu cząstek koloidalnych w polu elektrycznym nosi nazwę elektroforezy, przy czym wędrówka cząstek koloidalnych o ładunku dodatnim do katody na­zywana jest katoforezą, a cząstek o ładunku ujemnym do anody - anoforezą.

Rodzaje i budowa układów koloidalnych

Układy koloidalne są układami wieloskładnikowymi o wyglądzie układu jednolitego, złożonymi z fazy zwanej ośrodkiem rozpraszającym i składnika rozpraszanego. Wymiary cząstek rozpraszanych (koloidalnych) wahają się w granicach 10^-6-10^-9 m. Wymiary cząstek w koloidach są mniejsze niż w zawiesinie, ale większe niż w roztworach rzeczywistych.

Z tego względu koloidy wykazują właściwości pośrednie między roztworem rzeczywistym a zawiesiną, chociaż nie ma ostrej granicy między tymi trzema rodzajami mieszanin.

Koloidy nie są typowymi układami dwufazowymi jak zawiesiny, gdyż czą­stki koloidalne nie spełniają wszystkich kryteriów fazy, zwłaszcza kryterium równowagi termodynamicznej faz. W zawiesinach każda z faz zachowuje swoje właściwości fizykochemiczne, a rozdzielenie składników jest możliwe w wyni­ku procesów fizycznych, jak: sączenie, odwirowanie, sedymentacja. Koloidy nie są również układami jednofazowymi jak roztwory rzeczywiste. W odróżnie­niu od roztworów rzeczywistych nie ulegają dializie, czyli nie przechodzą przez błony półprzepuszczalne. Cząstki koloidalne mają zdolność rozpraszania światła; jest to tzw. efekt Tyndalla, który w roztworach rzeczywistych nie wy­stępuje. Koloidy nazywa się jednorodnymi układami z powierzchnią rozdziału. Wszystkie układy koloidalne są termodynamicznie w stanie równowagi nie­trwałej, co wyraża się stałym wzrostem wymiarów cząstek prowadzącym do zmniejszenia powierzchni rozgraniczającej fazy; w miarę upływu czasu może wystąpić rozdział faz (segregacja) na substancje, z których układ koloidalny powstał.

W zależności od stanu skupienia fazy rozpraszającej i rozpraszanej wyróż­nia się 8 rodzajów układów koloidalnych. Rodzaje te podano w tablicy 1.

Tablica 1. Podział układów koloidalnych ze względu na stan skupienia

Ośrodek rozpraszający	Substancja rozproszona	Rodzaj koloidu	Nazwa układu koloidalnego	Przykłady
Gaz	Gaz	aerozole (gazozole)	Nie istnieje	-
			Ciecz		areozole ciekle (dymy koloidalne)	mgły, chmury
			Ciało stałe		areozole stałe (dymy koloidalne)	dym, kurz
	Ciecz		Gaz	zole, roztwory koloidalne	piany	piana mydlana
			Ciecz		liozole, emulsje (emulsoidy)	mleko, białko
			Ciało stałe		zawiesiny koloidalne (suspensoidy)	zole tlenków metali, wodorotlenków
	Ciała stałe		Gaz	pirozole	piany stałe	pumeks
			Ciecz		piany stałe (emulsje stałe)	kwarc mleczny
			Ciało stałe		zole stałe	szkło rubinowe, perły fosforowe

Układy koloidalne, w których fazą rozpraszającą jest gaz, noszą ogólną na­zwę aerozoli, Są one zwykle mniej trwałe niż układy z fazą rozpraszającą cie­kłą lub stałą,

Spośród wszystkich układów koloidalnych największe znaczenie w przemy­śle mają te, w których ośrodek rozpraszający jest w fazie ciekłej, a zwłaszcza

I układy cieczy w cieczy, czyli emulsje, i układy ciało stałe w cieczy, czyli zole (suspensje), Te ostatnie zwane są również roztworami koloidalnymi,

Istnieją dwa typy zoli:

1. liofobowe - zole liofobowe są właściwymi roztworami koloidalnymi; powstają w wyniku rozpraszania stałej substancji nierozpuszczalnej w fazie rozpraszanej;

2. liofilowe - zolami liofilowymi nazywane są roztwory związków wielko­cząsteczkowych, w których związek wielkocząsteczkowy jest rozpuszczalny w fazie ciekłej. Liofilowe roztwory koloidalne polimerów są to właściwie roztwory rzeczywiste, gdyż faza rozpraszana (związek wielkocząsteczkowy) ma wielkość pojedynczych makrocząsteczek. Z tego względu są one ter­modynamicznie trwałe, podobnie jak roztwory rzeczywiste. Z uwagi na wielkość cząsteczek fazy rozpraszanej mają one jednakże właściwości mole­kulamo-kinetyczne takie jak układy koloidalne, np. nie ulegają dializie.

Należy zaznaczyć, że związki wielkocząsteczkowe oprócz liofilowych roztworów koloidalnych, mogą również tworzyć termodynamicznie nietrwałe liofobowe roztwory koloidalne (zole). Powstają one, jak wszystkie zole, wów­czas, gdy związek wielkocząsteczkowy nie rozpuszcza się w ośrodku rozpra­szającym (np. wodorozcieńczalne farby stosowane do malowania elektrofore­tycznego, lateksy).

Każdą substancję stałą, ciekłą czy gazową można w odpowiednich warun­kach przeprowadzić w stan koloidalny. Osiąga się to w wyniku zdyspersowa­nia (rozproszenia) cząstek zawiesiny lub też w wyniku kondensacji cząstek roztworu rzeczywistego. Ze względu na małe wymiary cząstek koloidalnych powierzchnia rozdziału faz jest bardzo rozwinięta. Koloidy można charaktery­zować powierzchnią właściwą. Jest to stosunek całkowitej powierzchni cząst­ki zdyspergowanej do jej masy lub objętości: m²/g lub m²/m³. Znaczne roz­winięcie powierzchni w roztworach koloidalnych powoduje, że zjawiska elek­trokinetyczne zachodzące na granicy faz odgrywają wyjątkowo dużą rolę. Na każdej granicy faz, a więc i na powierzchni cząstek koloidalnych występuje podwójna warstwa elektryczna. Wewnętrzna warstwa, zwana adsorpcyj­ną, powstaje w wyniku selektywnej adsorpcji jonów lub cząsteczek dipolo­wych na powierzchni fazy stałej. Zaadsorbowane jony lub cząsteczki są ściśle związane z powierzchnią cząstki koloidalnej i nie ulegają oderwaniu nawet w przypadku mieszania.

Zjawisko adsorpcji jonów na granicy faz powoduje, że cząstki koloidalne są obdarzone ładunkiem elektrycznym. O jego znaku decyduje ładunek wars­twy wewnętrznej - adsorpcyjnej. Warstwa zewnętrzna dyfuzyjna o przeciwnym znaku nie jest związana z cząstką koloidalną. Jest ona ruchoma. Czą­stka koloidalna wraz z otaczającą ją warstwą dyfuzyjną nosi nazwę miceli koloidalnej. Cząstki koloidalne mogą adsorbować zarówno ładunki dodatnie, jak i ujemne. Zależy to od budowy chemicznej fazy rozpraszanej i ośrodka rozpraszającego, a niekiedy od stężenia i rodzaju jonów w roztworze, np. ko­loidalny roztwór jodku srebra AgJ w roztworze zawierającym nadmiar jodku potasu KJ adsorbuje jony J^- i cząstki mają ładunek ujemny. Natomiast w roz­tworze zawierającym nadmiar azotanu srebra AgNO₃ cząstki koloidalne adsor­bują jony Ag i mają ładunek dodatni.

Na rys. 1 przedstawiono budowę tzw. miceli jodku srebra w roztworze wobec nadmiaru jodku potasu. W skład miceli koloidalnej wchodzi jądro zbu­dowane z wielu cząsteczek substancji rozpuszczonej (w tym przypadku cząs­teczek AgJ). Wokół jądra zaadsorbowane są jony jednego znaku (jony jodko­we J^-). Oprócz tych jonów trwale zaadsorbowanych w warstwie wewnętrznej znajdują się w mniejszej ilości przeciwnie naładowane jony potasowe K⁺, tzw. przeciwjony. Obecność ładunku elektrycznego na cząstkach koloidalnych jest wynikiem przewagi w warstwie wewnętrznej adsorpcyjnej jonów jednego znaku (przewaga jonów J^- nad jonami K⁺). Jądro z warstwą wewnętrzną ad sorpcyjną stanowi cząstkę koloidalną. Na rys. 1 oznaczono ją linią przery­waną. Pozostałe jony potasowe K⁺ znajdują się w ośrodku otaczającym czą­stkę i tworzą dookoła niej tzw. zewnętrzną warstwę dyfuzyjną.

Rys. 1 Budowa miceli koloidalnej jodku srebra w roztworze jodku potasu

Zasada procesu malowania elektroforetycznego

Malowanie elektroforetyczne jest to proces technologiczny wykorzystywany do pokrywania metali lub powierzchni metalizowanych powłokami antykorozyj­nymi, dekoracyjnymi lub eiektroizolacyjnymi. Technologia procesu malowania elektroforetycznego podobna jest do nakładania powłok elektrolitycznych. Przedmiot przeznaczony do malowania musi być odpowiednio przygotowany, tzn. muszą być usunięte wszelkie zanieczyszczenia i ślady rdzy. Zwykle tego typu obróbkę wykonuje się mechanicznie. W warunkach laboratoryjnych może to być ścieranie papierem ściernym o odpowiedniej granulacji. Przedmiot należy również odtłuścić. Można stosować odtłuszczające kąpiele alakaliczne. Przy niezbyt zabrudzonych próbkach wystarczy przemyć w rozpuszczalnikach organicznych. Przygotowanie powierzchni metalu przez obróbkę wstępną jest ważnym elementem procesu. Wpływa na zmianę przewodnictwa powierzchni, a ponadto zapewnia odpowiednią adhezję cząstek materiału malarskiego do powierzchni. Ma więc ono decydujący wpływ na wynik malowania.

Przedmiot przeznaczony do malowania jest następnie przenoszony do ką­pieli zawierającej koloidalny roztwór farby i stanowi odpowiednią elektrodę. Proces malowania prowadzi się przy stałym napięciu, stosując prąd stały. Wartość napięcia zależy od stosowanej metody. Dla procesu katoforezy konie­czne jest wyższe napięcie niż dla anoforezy. Proces malowania trwa krótko, ok. 120 sekund.

Przedmiot przeznaczony do malowania może być anodą lub katodą. Zależy to od składu kąpieli do malowania elektroforetycznego. Jeżeli cząstki koloi­dalne uzyskają ładunek ujemny, osadzają się na anodzie. Proces nosi wtedy nazwę malowania anoforetycznego. Istnieją również farby, w których cząstki koloidalne uzyskują ładunek dodatni. Farby takie osadzają się na katodzie. Proces malowania nazywa się wówczas malowaniem katoforetycznym.

Do malowania anoforetycznego stosuje się farby, w których materiałem po­włokotwórczym są polimery akrylowe, aIkidowe, fenolowe. Polimery te zawie­rają grupy funkcyjne zdolne do dysocjacji, np. grupy karboksylowe -COOH w polimerach akrylowych, grupy -OH w polimerach fenolowych. Takie polime­ry nazywane są polielekrolitami. Mogą one uzyskiwać ładunek nie tylko w wy­niku adsorpcji jonów na powierzchni cząstek koloidalnych (ładunek ujemny), ale również wskutek dysocjacji grup funkcyjnych. Powstają wówczas makrojony oraz proste jony małocząsteczkowe. We wszystkich wymienionych polimerach stosowanych w procesie anoforezy makrojony mają ładunek ujemny.

Częściowo zobojętnioną cząsteczkę żywicy akrylowej
można schematycznie przedstawić wzorem

gdzie: R - łańcuch makrocząsteczki,

B - jon jednowartościowej zasady neutralizującej, np. NH₄⁺, Na⁺.

Wartość z zależy od stopnia dysocjacji żywicy akrylowej, a więc od wa­runków zewnętrznych, takich jak: temperatura, stężenie, pH. Wartość y zależy od stopnia zobojętnienia żywicy. Zobojętnienie polikwasu zasadą Na OH lub NR4OH prowadzi się w celu zwiększenia rozpuszczalności żywicy. Wzrost wartości x, czyli zwiększenie liczby grup karboksylowych, zmniejsza rozpusz­czalność żywicy w wodzie.

Pod wpływem przyłożonego napięcia ujemnie naładowane cząstki farby będą wędrować do elektrody dodatniej (anody), którą stanowi przedmiot prze­znaczony do malowania. W obszarze anodowym zachodzi reakcja makrojonów żywicy z jonami wodorowymi, powstałymi w wyniku procesu elektrolizy wo­dy. Reakcje zachodzące na anodzie można opisać równaniami

2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e

RCOO^- + H⁺ → RCOOH

Przedstawiony proces powoduje wzrost wartości x we wzorze makroczą­steczki żywicy. Sprawia to, że materiał malarski osadza się na anodzie w po­staci nierozpuszczalnej warstwy.

Na anodzie nie będącej metalem szlachetnym, np. na stali, zachodzą dodat­kowo reakcje jonów żywicy z jonami metalu. Reakcje przebiegają według równań

Me → Meⁿ⁺ + ne

nRCOO^- + Meⁿ⁺ → (RCOO)_nMe

Powstają wówczas nierozpuszczalne w wodzie sole polikwasów.

Do malowania katoforetycznego stosuje się farby, w których materiałem powłokotwórczym są żywice epoksydowo-aminowe, epoksydowo-fenolowe lub poliuretanowe. Ogólny wzór żywicy tego typu można przedstawić następująco: R₃N lub RNH₂. Przy neutralizacji kwasem cząsteczka żywicy staje się polikationem R₃NH⁺ lub RNH₃⁺. Jako kation osadza się na katodzie. Korzystną konsekwencją malowania na katodzie jest brak reakcji rozpuszczania metalu podłoża. Poprawia to efekty dekoracyjne powłok. Nie występuje również szkodliwy wpływ zanieczyszczenia farby anionami z procesu przygotowania powierzchni (anionami CrO₄^-, PO₄^3-). Pozwala to na stosowanie procesu fosforowania przed malowaniem.

Malowanie katoforetyczne wymaga stosowania wyższych napięć podczas nakładania oraz rozbudowanej strefy płukania. Ogólnie koszt urządzeń do malowania katoforetycznego oraz cena farb katoforetycznych są wyższe niż w procesie anoforezy. Jednak koszt ten jest równoważony przez znacznie lepsze właściwości antykorozyjne powłok katoforetycznych w porównaniu z anoforetycznymi.

W polu elektrycznym występuje również zjawisko elektroosmozy. Jest ono jakby odwrotnością elektroforezy. Cząstki zdyspergowane pozostają nieruchome, natomiast porusza się faza rozpraszająca, przeważnie woda. Zjawisko to występuje w cienkich kapilarach, kanalikach materiałów porowatych lub błon półprzepuszczalnych, utworzonych z osadzonego na elektrodzie materiału koloidalnego. W tych warunkach objętość warstwy dyfuzyjnej utworzonej na granicy faz jest na tyle duża, że cała masa wody znajduje się w tej warstwie.

Warstwę dyfuzyjną stanowi roztwór jonów, które nie zostały zaadsorbowane na powierzchni. Jony są hydratowane dipolami wody. Przedstawiony na rys. 2 model odpowiada malowaniu anoforetycznemu. Cząstki koloidalne stanowiące ściankę naczynia są naładowane ujemnie (adsorbują jony ujemne). W tym przypadku w warstwie dyfuzyjnej przeważają jony dodatnie.

W czasie procesu malowania katoforetycznego ścianki mają ładunek dodatni, a warstwa dyfuzyjna jest naładowana ujemnie.

W obydwu procesach anoforezy lub katoforezy, pod wpływem przyłożonego napięcia jony znajdujące się w warstwie dyfuzyjnej wraz z otoczką dipoliwody hydratowanej na tych jonach będą przesuwać się do odpowiednich elektrod. W procesie malowania anoforetycznego, gdy materiał malarski o ładunku ujemnym osadza się na anodzie, hydratowane jony dodatnie dążą do katody, W procesie malowania katoforetycznego, gdy dodatnio naładowane cząstki farby osadzają się na katodzie, warstwa dyfuzyjna naładowana ujemnie dąży do anody,

W wyniku elektroosmozy zawartość wody w powłoce ulega zmniejszeniu poniżej 10%.

Rys. 2. Schemat elektroosmozy w rorce kapilarnej: 1- ujemnie naładowana ścianka kapilary, 2 - warstwa dyfuzyjna wody zawierająca nadmiar jonów dodatnich, poruszająca się w kierunku elektrody ujemnej

Zalety malowania elektroforetycznego

Powłoki otrzymywane tym sposobem mają wiele zalet, odróżniających je od powłok nakładanych innymi metodami, Powłokę nałożoną elektroforetycznie cechuje równomierne osadzenie materiału malarskiego oraz dobre pokrycie wszelkich zagłębień, wklęśnięć itp. Wynika to z mechanizmu procesu, Materiał malarski osadza się początkowo na części położonej najbliżej elektrody przeciwległej. Ponieważ osadzana powłoka jest warstwą nie przewodzącą, stanowi zatem duży opór dla przepływającego prądu i utrudnia elektroosadzanie, Wskutek tego następne partie materiału malarskiego osadzają się na częściach bardziej oddalonych, Dzięki tej właściwości otrzymuje się powłoki o znacznej równomierności, odtwarzające wiernie kształt powierzchni pokrywanej. Ta cecha powłok malarskich nakładanych metodą elektroforetyczną wpływa na polepszenie ich właściwości ochronnych.

Z innych zalet malowania elektroforetycznego należałoby wymienić możliwość kontrolowania grubości powłoki, krótki czas pokrywania i możliwość prowadzenia procesu systemem ciągłym. Poza tym, istotną sprawą jest stosowanie farb wodorozcieńczalnych, co eliminuje konieczność użycia deficytowych rozpuszczalników organicznych, niebezpieczeństwo pożaru oraz możliwość rozmiękczenia powłoki w zamkniętych pomieszczeniach wskutek parowania rozpuszczalnika.

Wydajność prądowa procesu elektroforetycznego jest znacznie większa niż procesu elektrolitycznego nakładania metali.

W procesie malowania elektroforetycznego jako wydajność prądową przyjmuje się ilość osadzonego materiału malarskiego. przypadającą na jednostkę przepływającego ładunku. Zależność tę można wyrazić następującym wzorem

gdzie: m - masa osadzonego materiału malarskiego [g]

Q - przepływający ładunek [C]

I - natężenie prądu [mA]

t - czas [s]

Masę osadzonego materiału określa się metodą wagową, porównując masę przedmiotu po i przed malowaniem. Ilość przepływającego ładunku można określić za pomocą miernika przepływającego ładunku. W procesie malowania elektroforetycznego zużywa się mniej energii elektrycznej na przeniesienie jednostki masy niż przy elektrolitycznym nakładaniu metali, z uwagi na znacznie masę cząstek koloidalnych w stosunku do masy pojedynczych jonów metali.

---