Organické povlaky z náterových látok

04.05.2014 11:28

    Ochranná funkcia povlakov z náterových látok je zložitá. Súvisí s ich membránovými vlastnosťami a so selektívnou priepustnosťou iónov rôznych veľkostí a nábojov. Táto funkcia je tiež ovplyvnená stavom povlakovaného materiálu, čiže jeho čistotou a akosťou.

Ochranná účinnosť povlakov náterových látok je teda ovplyvnená:
  • čistotou a akosťou základného materiálu,
  • priepustnosťou povlaku pre kyslík, ióny a vodu,
  • antikoróznymi vlastnosťami základných náterov,
  • priľnavosťou (adhéziou) náteru,
  • odolnosťou vrchných náterov proti atmosférickým vplyvom.
Náterové látky sú zložené z týchto základných zložiek:
  • Filmotvorné látky (zmäkčovadlá, spojivá) - ich základná úloha spočíva v umožneniu tvorby náterového filmu. Spojivo spoločne s prchavými zložkami vytvára tzv. základný lak, ktorý by bez pridania pigmentov vytvoril priehľadný transparentný náterový film.
Poznáme tieto najvýznamnejšie spojivá:
  • živice,
  • asfalty a smoly,
  • oleje,
  • deriváty buničiny (celulózy),
  • chlórkaučuk.
  • Pigmenty - sú to farebné prášky nerozpustné v rozpúšťadlách a spojivách, ktoré dodávajú náterovým látkam kryciu schopnosť, farebný odtieň, svetelnú stálosť a niektoré špeciálne vlastnosti (napr. elektrickú vodivosť, pasivačnú schopnosť a pod.). Pigmenty sú na báze organického aj anorganického pôvodu (zinková bieloba, titánová bieloba, grafit, železné pigmenty, kovové bronzy). Antikorózne anorganické pigmenty (kovový zinok, fosforečnan zinočnatý) tvoria samostatnú skupinu.
  • Plnidlá - sú pevné častice anorganického pôvodu, ktoré zosilňujú štruktúru povlakov a dodávajú náterovej látke brúsnosť, plnivosť a pod. Používajú sa predovšetkým chemické zlúčeniny s výbornou chemickou stálosťou ako napr. blanc, kaolín, fixe, organické efektné plnivá, kremičitany, mikronizovaný polypropylénový vosk a pod.
  • Prchavé zložky (riedidlá a rozpúšťadlá) - upravujú väzkosť (viskozitu) filmotvornej látky pre určitý spôsob nanášania. V praxi sa uplatňujú lakové benzíny, rozpúšťacie technické benzíny, xylén, toluén, butyl alkohol, étery propylenglykolu, etylacetylát a iné.
  • Ostatné prísady (aditíva) - dosahuje sa s nimi rýchlejšia a lepšia dispergácia pigmentov v náterovej látke. Teda zabraňuje sa jej želatinácii, peneniu, obmedzuje sa usadzovanie pigmentov, náterová látka dosahuje dobrý rozliv, zvyšuje sa jej odolnosť proti napadnutiu mikroorganizmami a voči poveternostným vplyvom.
Súčasné náterové látky obsahujú aditíva, ktoré môžeme rozdeliť podľa ich účinkov a funkcie na:
  • pomocné látky (sušidlá, lakovnícke aditíva),
  • zahusťovadla (najmä u vodou riediteľných náterových látok),
  • katalyzátory, iniciátory, inhibítory a urýchľovače.
Nátery a ich použitie v rôznych prostrediach rozdeľujeme do týchto tried:
  1. Nátery pre vonkajšie atmosférické podmienky:
  • Olejové nátery - vyrábajú sa hlavne z ricínového a ľanového oleja. Výborne odolávajú poveternostným podmienkam, ale sú slabo odolné proti plesniam a vode. V kombinácii s ďalšími druhmi náterov veľmi dobre chránia povrch ocele proti korózii v prostredí chemických prevádzok s veľmi znečisteným ovzduším.
  • Alkydové nátery - alkydové živice vznikajú pomocou reakcie polyfunkčných alkoholov. Modifikujú sa rastlinnými olejmi (mastnými kyselinami) aby boli použiteľné na tvorbu a aplikáciu náterov. V porovnaní s olejovými nátermi sú menej odolné proti vode, ale voči plesniam je odolnosť vyššia a proti oteru je dobrá. Používajú sa na tvorbu strojárenských na vzduchu schnúcich náterov a na úpravu povrchu poľnohospodárskych strojov.
  • Epoxidové nátery (živice) - sú to bezfarebné až nažltlé kvapaliny alebo tuhé latky, ale zároveň krehké. Náter s požadovanými vlastnosťami sa vytvára pomocou zlúčenín živice a tvrdidla. Sú odolné proti uhľovodíkom, organickým aj anorganickým zásadám a kyselinám. Menej odolávajú priamym vplyvom poveternosti kedy vzniká náchylnosť k tvorbe korózie v závislosti od druhu prostredia. S prídavkom práškového titánu sa používajú na dlhodobú povrchovú ochranu vo veľmi agresívnom prostredí a niektoré umožňujú vytvárať povlaky aj pod vodou. Ďalej sa používajú na úpravu povrchu kovových sudov, konzervovaných plechoviek, pračiek, chladničiek, kanistrov a v chemickom strojárstve.
  • Polyuretánové nátery - sú to dvojzložkové náterové hmoty, kde prvá zložka obsahuje isokyanáty (aktívna skupina kyslíka, dusíka a uhlíka), ktorá reaguje s látkami druhej zložky (aktívnym vodíkom). Tieto nátery majú dobrú priľnavosť ku kovom, dobre odolávajú slnečnému žiareniu a rôznym chemickým prostrediam. Tepelnú odolnosť náteru je možné zvýšiť pridaním fluóru do isokyanitovej zložky, tým si zachová 30 % pôvodnej pevnosti pri dlhodobom pôsobení teploty 250 °C.
  • Celulózové nátery - najpoužívanejší z početných derivátov celulózy je nitrát celulózy. Na zabezpečenie požadovanej vlastnosti náterovej hmoty sa nitrát celulózy kombinuje so zmäkčovadlami, pretože sa nehodí na prípravu ako samostatná zložka. Relatívne dobre odolávajú vplyvom ropných olejov. Neodolávajú poveternostným vplyvom (najmä slnečnému žiareniu). Využívajú sa na úpravu povrchu výrobkov, u ktorých sa predpokladá neustála starostlivosť o náter, napr. u osobných automobilov, vnútorných častí prevodoviek a zásobníkov na oleje.
  • Akrylátové nátery - majú vynikajúcu odolnosť proti poveternostným účinkom, udržujú si dlho lesk a farebný odtieň. Používajú sa v rozmanitých odvetviach priemyslu, hlavne v automobilovom.
  • Nátery z fluoroplastov - v praxi sa nedávno používali dva druhy fluoroplastov Teflex a Teflon, ktoré sú charakterizované výbornou odolnosťou v rozmanitých agresívnych prostrediach. Na tvorbu ochranných povlakov sa používa disperzia fluoroplastov, kde sa do makromolekuly zavádza fluór a tým sa zvyšuje chemická a tepelná odolnosť polyméru. Žiarovým pozinkovaním sú spájané polyvinylfluoridové povlaky, ktoré sa používajú na vytváranie povlakov u oceľových pozinkovaných plechoch určené pre obklady budov.
  • Vodouriediteľné nátery - ich výhodou je zníženie emisií organických prchavých látok, zníženie nákladov na zabezpečenie ventilácie pracovísk a odstránenie nebezpečenstva požiaru v lakovniach. Pri nanesení dostatočne hrubej vrstvy dobre odolávajú slnečnému žiareniu a pôsobeniu atmosféry. Na dosiahnutie kvalitného vodouriediteľného náteru je potrebné zabezpečiť dokonalú predúpravu povrchu (tryskanie, odmasťovanie).
  1. Nátery pre povrchy vystavené (exponované vo) vode:
  • Chlorkaučukové nátery - vznikajú chloridáciou prírodného kaučuku v zriedenom roztoku chloride uhličitom. Tento náter je nerozpustný v liehu, benzíne, ropných olejoch a vo vode. V roztokoch anorganických kyselín, zásad a solí je mimoriadne stály. Chlórovaný kaučuk je potrebné kombinovať so zmäkčovadlami aby sa získala kvalitná náterová hmota. Pred nanášaním tohto náteru je potrebné vytvoriť vhodný podkladový náter.
  • Nátery na báze vinylových polymérov a kopolymérov - zhotovujú sa z rozpúšťadlových a vodouriediteľných náterových látok ako napr. polymerátové náterové látky. Majú vynikajúcu chemickú odolnosť, odolnosť proti roztokom solí, vode a čiastočne aj proti kyselinám.
  • Nátery z chlórovaného polyvinylchloridu - majú pomerne dobrú odolnosť proti poveternostným vplyvom, vyznačujú sa výbornou chemickou odolnosťou proti kyselinám, odolávajú vode a vysokej relatívnej vlhkosti.
  • Nátery na báze epoxidov - pomerne často sa používajú na ochranu vo vodnom prostredí. Vykazujú vysokú tvrdosť, odolnosť proti pôsobeniu alkalických roztokov a mechanickému poškodeniu. Menej odolávajú kyslím prostrediam. Pri tepelnom alebo dynamickom namáhaní vznikajú u týchto náteroch trhliny, ktoré sa môžu eliminovať laminovaním sklenenou tkaninou.
  1. Nátery pre vyššie teploty:

Povlaky odolné proti vyšším teplotám sú napr. chlórkaučukové a asfaltové nátery do teploty 50 °C až 60 °C, syntetické a olejové 80 °C, epoxidové 100 °C až 120 °C a etylsilikátové 400 °C.

  • Aluxalové a silikónové nátery - patria tu základné silikónové nátery odolávajúce teplote do 350 °C, vrchné pololesklé silikónové nátery do 250 °C, silikónová striebrenka odolávajúca teplote do 500 °C a  nátery na ochranu kovov vystaveným striedavým namáhaniam.
  • Zinkové nátery - vďaka vysokému obsahu zinkového prachu (až do 90 %) a v závislosti od použitého druhu spojiva je kovový povrch dobre chránený pri pôsobení striedavého namáhania teplôt a atmosférických vplyvov. Tieto nátery si vyžadujú bezpodmienečný vodivý kontakt medzi kovovým povrchom a čiastočkami dispergovaného zinkového prachu, čiže je ich nutné aplikovať na čistý povrch s príslušnou drsnosťou. S použitím vodivých polymérov (napr. polyanilin fosfát - PANI) je možné znížiť obsah zinkového prachu potrebného na zachovanie vysokej antikoróznej účinnosti. Prítomnosť pigmentu PANI s kovovým zinkom v organickom povlaku má za následok aj spomalenie korózie v podkladu i v rezu.
Oceľové panely s dvoma organickými povlakmi o rôznej objemovej koncentrácii pigmentov na báze vodivých polymérov (vľavo 10%, vpravo 0,1%) a kovového zinku s kritickou objemovou koncentráciou pigmentu 0,67 exponované v atmosfére so soľnou hmlou po 816 h
 
  1. Ekologické náterové hmoty

    Cieľom ekologických náterových hmôt je čo najviac zredukovať množstvo prchavých organických rozpúšťadiel (VOCs - Volatile organic compounds) unikajúcich pri každom výrobnom procese do ovzdušia. Riešenie tohto problému môže spočívať v náhrade rozpúšťadlových náterových hmôt vysokosušinovými (HIGH SOLID) alebo vodouriediteľnými materiálmi, ktoré poskytujú porovnateľný a v niektorých prípadoch až lepší ochranný účinok proti korózii.

 Porovnanie zloženia náteru a vplyv ceny za jeden galón (3,79 l) pri štandardnom striekanom UV povlaku s 45 % podielom sušiny
 

    Štandardná striekacia zmes UV povlaku obsahuje 45 % rozpúšťadiel (graf a) ), avšak podľa grafu b) vidíme, že náklady na rozpúšťadla tvorí pomerne malý podiel ceny za jeden galón (3,79 l) náteru. S ohľadom na tento účinok môžeme ľahko vidieť, že keď je rozpúšťadlo eliminované existuje značný vplyv za celkový galón náteru. Na základe toho je dôležité vziať do úvahy časť nákladov, ktoré sú závislé na hrúbke filmu, ktorú povlak vyžaduje ako aj na hustote náterovej hmoty. Z hľadiska nákladov sú efektívnejšie vysokosušinové nátery.

Mriežková skúška vysokosušinového (S2330) a syntetického alkydového povlaku (S2556) po expozícii v agresívnom prostredí. Nátery sú aplikované na otryskaný povrch s hnedým korundom (K) a almandínom (A)
Hodnotenie ochrannej účinnosti povlaku S2556 exponovaného vo vlhkom prostredí s obsahom SO2 (oxidu siričitého) a v roztoku NaCl (chloridu sodného)

Zobrazenie rezov na vzorkách s rôznou predúpravou povrchu po expozícii: a) v 20 % roztoku NaCl, b) vo vlhkej atmosfére s obsahom SO2, zväčšenie 40x
 

    Korózne prejavy znázorňujú vysokosušinový povlak S2330 a syntetický alkydový povlak S2556. S2330 nevykazuje po expozícií v koróznom prostredí žiadne zmeny (pľuzgiere a pod.) oproti povlaku S2556. Z obr. 16 nám vyplýva, že vysokosušinové povlaky vykazujú zvýšenú odolnosť voči vplyvom vlhkého prostredia s prítomnosťou oxidu siričitého (SO2).

  1. Kombinované nátery

    Poznáme ich pod pojmom „duplexné povlaky“. Sú to ochranné povlaky tvorené organickým náterom a kovovým povlakom (zväčša hliníkovým alebo zinkovým). Ich ochranná účinnosť je 1,5 až 2,5 krát vyššia ako je účinnosť osobitných zložiek. Na povrchu Zn vrstvy môže dochádzať k vytvoreniu pomerne stabilných vo vode nerozpustných vrstiev rôznych solí, ktoré môžu negatívne ovplyvniť zakotvenie základných náterov. Preto je potrebné ako predúpravu povrchu pod tieto nátery použiť napr. mokré tryskanie s nekovovými tryskacími prostriedkami.

 

Späť