POWŁOKI MALARSKIE

I. WSTĘP

Powłoki malarskie należą do grupy powłok ochronnych otrzymywanych metodami chemicznymi i elektrochemicznymi.

Nakładanie powłok malarskich jest najbardziej rozpowszechnioną techniką zabezpieczenia warstw wierzchnich metalowych i niemetalowych wyrobów. Zabezpieczają przed korozja, erozją betonu, czy gniciem drewna.

Technika ta jest możliwa do realizacji zarówno w zakładzie produkcyjnym jak również w warunkach polowych z użyciem pistoletu lub zwykłego pędzla.

Technika lakierowania stanowi około 80% zabezpieczeń antykorozyjnych, ale nie daje trwałego zabezpieczenia. Powłoki lakiernicze ulegają niestety niszczeniu poprzez działanie czynników zewnętrznych. Gdy powłoka malarska jest prawidłowo dobrana i wykonana zabezpiecza powierzchnie metalowe na okres około 4 - 6 lat.

Aby proces zabezpieczania był prawidłowo przeprowadzony należy przestrzegać następujących wymagań:

- przygotowanie powierzchni przed malowaniem (czyszczenie),

- dobór techniki lakierowania,

- dobór materiałów lakierniczych wierzchnich i podkładowych, w zależności od warunków eksploatacji,

- konserwacja i renowacja powłok w czasie eksploatacji.

II. PRZYGOTOWANIE PODŁOŻA DO MALOWANIA

Na skuteczność zabezpieczenia przez powłoki malarskie wpływ ma stan powierzchni i stopień jej czystości. Przedmioty przeznaczone do lakierowania nie mogą mieć ostrych krawędzi, zadziorów, pęknięć itp. Powierzchnia natomiast musi mieć pewną chropowatość, która nie powinna wpływać na efekt końcowy - dekoracyjny.

Powierzchnia metalowa przeznaczona do lakierowania powinna być wolna od zgorzeliny, luźnych tlenków oraz odtłuszczona. Stopień przygotowania powierzchni zależy od wymagań efektu końcowego np.: w samochodach powierzchnie są dokładnie przygotowywane a podkład szlifowany dodatkowo wodoodpornym papierem ściernym. Przy konstrukcjach stalowych ograniczenie jest do czyszczenia szczotkami drucianymi, ręcznie lub maszynowo.

Pierwszą operacją mechanicznego oczyszczenia powierzchni jest odtłuszczenie zabezpieczające przed rozmazywaniem plam podczas czyszczenia, zanieczyszczeniem papieru ściernego, szczotek czy ścierniwa. Najskuteczniejsze jest odtłuszczanie w parach rozpuszczalników lub odtłuszczanie alkaliczne (w temperaturze 80 - 90 stopni ).

Alkaliczna kąpiel odtłuszczająca składać się może z: wodorotlenku sodu, węglanu wapnia i fosforanu sodu w równych ilościach i dodatkiem środków emulgujących (około 2 %). Po odtłuszczeniu w solach przedmioty należy dokładnie opłukać w gorącej i zimnej wodzie i po wysuszeniu poddać obróbce mechanicznego czyszczenia.

III. PODSTAWY TWORZENIA SIĘ POWŁOK LAKIEROWYCH

Podstawowymi składnikami są tutaj substancje błonotwórcze, pigmenty i wypełniacze, rozpuszczalniki i rozcieńczalniki oraz przyspieszacze i utwardzacze.

Substancja błonotwórcza charakteryzuje się zdolnością wysychania, zestalenia się na podłożu, w cienkich warstwach o grubości rzędu mikrometrów.

Procesowi schnięcia towarzyszą zmiany polegające na przejściu z fazy ciekłej ( roztworu ) w stan stały ( wyschnięta powłoka lakiernicza ). Można to przedstawić jako przejście ze stanu koloidalnego „zolu” w stan żelu.

Wyróżnia się następujące rodzaje procesów schnięcia:

- schnięcie fizyczne,

- schnięcie z udziałem tlenu,

- schnięcie chemiczne.

SCHNIĘCIE FIZYCZNE

Procesowi temu towarzyszy fizyczne odparowanie rozpuszczalnika. Substancja błonotwórcza po wyschnięciu ma identyczną budowę chemiczną. Gdy stężenie rozpuszczalnika jest duże zachodzi intensywny proces schnięcia zaś na powierzchni powłoki tworzy się warstwa żelu (utrudnia to odparowywanie) i odparowują resztki rozpuszczalnika najsilniej związane z substancją błonotwórczą.

Intensywność odparowywania zależy od lotności rozpuszczalnika, temperatury otoczenia, powierzchni parowania i składu malarskiego.

Zakłócenia procesu parowania powodują powstanie ruchów wirowych w materiale. W wyniku tego tworzą się drobne kratery na powierzchni przypominające skórkę pomarańczową.

Skuteczność zabezpieczenia antykorozyjnego wymaga często kilkakrotnego nakładania powłoki. Odwracalność przemiany zol - żel powoduje przy nakładaniu kolejnej warstwy to, iż poprzednia powłoka może być częściowo rozpuszczona. Drugie malowanie należy przeprowadzić po pewnym czasie. Dobrze nałożona podwójna powłoka powoduje zmniejszenie niebezpieczeństwa nieszczelności powłoki po pierwszym malowaniu.

Do tej grupy substancji błonotwórczych należą: polimery i ich mieszaniny, żywice syntetyczne (chlorokauczuk, kopolimery, chlorki winylu) oraz naturalne (szelak, kalefonia), asfalty i bitumy, estry, celulozy.

PROCESY SCHNIĘCIA Z UDZIAŁEM TLENU

Materiały błonotwórcze podlegające tym procesom to głównie oleje roślinne, produkty modyfikacji tych olejów innymi związkami lub żywice syntetyczne modyfikowane olejami lub pochodnymi olejów.

Rolę składnika aktywnego stanowi tu olej lub produkt jego wstępnej przemiany. Są to procesy samoutleniania (autooksydacja) oraz polimeryzacja tlenowa (oksypolimeryzacja) i addycyjna substancja błonotwórcza.

Oleje roślinne zawierają głównie trójglicerydy nienasyconych kwasów tłuszczowych. Utlenieniu ulega łańcuch nienasyconego kwasu tłuszczowego, najczęściej w miejscu grup metylenowych z wytworzeniem wodoronadtlenku.

W efekcie działania tlenu w powłoce znajdują się też różnorodne produkty powstałe w wyniku przetwarzania reakcji łańcuchowej w różnych stadiach wzrostu cząsteczki. Oddziaływanie tlenu na powłokę nie ustaje po wyschnięciu powłoki, zachodzą bowiem procesy degradacji łańcuchów polimeru, przerywane procesami starzeniowymi.

PROCESY SCHNIĘCIA CHEMICZNEGO

Procesom tym podlegają żywice termoutwardzalne oraz chemoutwardzalne.

Żywice termoutwardzalne - zestalają się tworząc powłokę na skutek jednej z reakcji:

- polimeryzacja - reakcja łączenia się prostych związków małocząsteczkowych (merów) w związek wielkocząsteczkowy, zwany polimerem, bez wydzielania produktów ubocznych reakcji,

- polikondensacja - reakcja, w której małe cząsteczki reagując ze sobą tworzą większą cząsteczkę nowego związku z równoczesnym wydzielaniem się produktu ubocznego w postaci prostego związku chemicznego (wody, chlorowodoru),

- poliaddycja - reakcja przypomina zarówno polimeryzację jak i polikondensację; w czasie tej reakcji nie wydzielają się produkty uboczne jednakże często zachodzi przegrupowanie atomów monomerów.

Żywice chemoutwardzalne - proces utwardzania zachodzi na skutek jednej z reakcji prowadząc do wzrostu cząsteczki (tworzenie polimeru) w temperaturze otoczenia pod wpływem różnych substancji wielkocząsteczkowych - utwardzaczy.

IV. PRZYKŁADY MATERIAŁOW MALARSKICH

Wśród składników wchodzących w skład materiałów malarskich możemy wyróżnić:

1. Substancje błonotwórcze do których zaliczamy: żywice akrylowe, chlorokauczukowe, epoksydowe, ftalowe, poliwinylowe, silikonowe, fenolowe, estry celulozy, oleje, asfalty, bitumy, paki i.in.

2. Pigmenty dzielą się one na organiczne i nieorganiczne, ale w większości są one związkami nieorganicznymi. Wprowadzane są do lakierów celem nadania powłoce efektów dekoracyjnych lub zwiększenia właściwości ochronnych - antykorozyjnych.

3. Wypełniacze powodują zwiększenie przyczepności do podłoża, przyczepności międzywarstwowej farb podkładowych z emaliami, odporności na ścieranie, twardości, zmniejszenie połysku, zwiększenie zdolności do szlifowania oraz zmniejszenie przepuszczalności wody i gazów. Powodują również uzyskanie lepszej odporności na wpływy atmosferyczne. Są to następujące związki: krzemiany, tlenki, siarczany i węglany. Stosowane są one głównie do farb podkładowych i szpachlówek. Do najczęściej stosowanych wypełniaczy zalicza się:

- talk o budowie płytkowej,

- siarczan baru o białym kolorze,

- kreda,

- grafit o budowie płatkowej,

- węglik krzemu.

4. Rozpuszczalniki to ciecze, w których lakier jest rozpuszczalny bez zmiany właściwości chemicznych. Podstawowymi grupami rozpuszczalników są:

- rozpuszczalniki alifatyczne, do których zaliczamy obojętne chemicznie węglowodory o budowie łańcuchowej, otrzymane przy destylacji ropy naftowej. Są to benzyna lakowa, benzyna lekka i do lakierów. Zaliczyć tu możemy jeszcze alkohole i glikole stosowane do farb nitro, epoksydowych, piecowych i wodorozcieńczalnych oraz ketony zawierające grupę tlenku węgla i charakteryzują się dużą zdolnością rozpuszczania. Są to: aceton, metyloetyloketon, cykloheksanon. Stosowane są do farb nitrocelulozowych

- rozpuszczalniki aromatyczne to homologi benzenu o różnych temperaturach wrzenia, otrzymywane z destylacji smoły. Są to: ksylen, toulen oraz solwentanafta. Stosowane są do farb chlorokauczukowych, poliwinylowych, lakierów piecowych. Rozpuszczalniki wywierają szkodliwy wpływ na organizm ludzki. Niebezpieczne jest działanie dużej ilości rozpuszczalnika w krótkim czasie. Nadmierne stężenie tworzy atmosferę wybuchową. Przy malowaniu w pomieszczeniach zamkniętych należy pamiętać o przewietrzeniu, jeżeli nie ma sprawnie działającej wentylacji.

5. Rozcieńczalniki są mieszaniną rozpuszczalników dobranych pod kątem praktycznego zastosowania. Rozcieńczalnikiem do wyrobów lakierowych, wodorozcieńczalnych i emulsyjnych jest woda.

6. Środki pomocnicze to różnego rodzaju substancje dodawane do lakierów celem podniesienia ich walorów użytkowych. Są to:

- środki przeciw kruszeniu,

- środki zwilżające, zagęszczające i tiksotropujące (nie spływające z pionowych powierzchni),

- absorbenty promieniowania UV,

- inhibitory korozji,

- środki przeciw porostowe,

- środki bakterio- i grzybobójcze.

V. SPOSOBY NAKŁADANIA POWŁOK LAKIERNICZYCH

Dobór techniki nakładania powłok lakierniczych zależy od kształtu i wymiarów wyrobu pokrywanego, stanu powierzchni pokrywanej, rodzaju materiału lakierniczego, wymagań odporności korozyjnej i jakości powłoki.

Wyróżniamy następujące sposoby nakładania powłok lakierniczych:

- malowanie pędzlem,

- malowanie natryskowe,

- malowanie przez zanurzenie,

- malowanie przez polewanie,

- malowanie elektrofoteryczne.

MALOWANIE PĘDZLEM

Jest to najstarszy i najprostszy sposób nanoszenia powłok, ale nie ma zbyt dużych walorach dekoracyjnych i o małej wydajności. Ma następujące zalety:

- dobra jakość uzyskanych powłok, dzięki wcieraniu pędzlem lakieru w pory i nierówności powierzchni pokrywanej i dobre jej zwilżenie przez rozcieranie lakieru;

- dobre wykorzystanie materiału lakierniczego;

- łatwość malowania dużych konstrukcji kratowych na wiele kolorów;

- łatwość malowania w warunkach polowych;

- jedyna możliwość nanoszenia materiałów malarskich o silnie toksycznych właściwościach.

MALOWANIE NATRYSKOWE

Zalety tego sposobu nakładania są następujące:

- większa wydajność i możliwość mechanizacji i automatyzacji procesu,

- równomierność nakładania powłoki,

- możliwość malowania powierzchni trudno dostępnych,

- możliwość nanoszenia szybkoschnących materiałów powłokowych.

Wady natomiast są następujące:

- używanie dużej ilości rozpuszczalników,

- konieczność stosowania odciągów i urządzeń do neutralizacji par rozpuszczalników,

- część materiału powłokowego rozpylana jest do otoczenia.

MALOWANIE PPRZEZ ZANURZENIE

Jest to prosty sposób nanoszenia powłok ochronnych m.in. na elementy maszyn rolniczych, części samochodowych i in. Kształt wyrobu powinien zapewniać równomierne obciekanie materiału powłokowego, nie może zawierać przestrzeni półzamkniętych, zagłębień, które utrudniałyby obciekanie i równocześnie powodowałyby wnoszenie materiału powłokowego z wanny zanurzeniowej.

Najczęściej stosowanymi materiałami były dotychczas masa asfaltowa, lakiery epoksydowo-bitumiczne, ftalowe, karbamidowe, chlorokauczukowe. Stwarzają one jednak duże zagrożenie pożarowe, z uwagi na duże ilości zgromadzonego materiału powłokowego w wannie i dużą powierzchnię parowania rozpuszczalników. Za stosunkowo bezpieczne uważa się lakiery rozcieńczone trójchlorotylenem. Bezpieczne są lakiery wodororozcieńczalne, które są otrzymywane z żywic zawierających grupę karboksylową.

MALOWANIE PRZEZ POLEWANIE

Przedmioty do malowania zawiesza się na przenośniku i przesuwa ze stałą prędkością (0,5-2,5 m/min) przez komorę do polewania, w której zainstalowane są dysze natryskowe, z których w sposób ciągły wytryskuje się pod ciśnieniem (około 0,07 MPa) materiał malarski, oblewając pokrywany przedmiot ze wszystkich stron.

Nadmiar farby ścieka do zbiornika, z którego zasilane są dysze. Komora do polewania jest nasycona parami rozpuszczalników, co wpływa korzystnie na estetykę powłoki lakierowanej. Polewanie wielostrumieniowe zapewnia bardziej równomierną powłokę i daje oszczędność materiału o 15 do 25%. Metodę tą wykorzystuje się do malowania wyrobów o małych powierzchniach, np. narzędzi rolniczych, ram drzwi, okien itp.

MALOWANIE ELEKTROFORETYCZNE

Metoda ta różni się tym od malowania zanurzeniowego, że farba osadza się na malowanym przedmiocie pod wpływem pola elektrycznego. Stosuje się tu farby wodorozcieńczalne, co wpływa na higienę pracy i bezpieczeństwo. Malowanie to jest jedną z najnowocześniejszych technologii nakładania powłok ochronnych. Materiał malarski jest prawie całkowicie wykorzystywany, nie wykorzystuje się rozpuszczalników organicznych, szkodliwych dla zdrowia. Proces może być zautomatyzowany, a powłoki otrzymywane są dużej jakości. Technologia jest stosowana do gruntowania nadwozi samochodowych czy grzejników płytowych, itp.

4

---