Powłoki z tworzyw sztucznych: przygotowanie powierzchni, metody nanoszenia, metody powlekania, analiza przydatności powłok.

Przygotowanie powierzchni:

ODTŁUSZCZANIE – proces ten ma na celu usunięcie z powierzchni metalowej śladów olejów lub tłuszczów oraz zanieczyszczeń w nich zawartych. Oleje lub tłuszcze, jak i przypadkowe zanieczyszczenia mogą niekiedy utrudniać trawienie chemiczne oraz nanoszenie warstw specjalnych fosforanów zwiększających przyczepność powłoki. Odtłuszczanie należy przeprowadzać bardzo starannie, gdyż warunkuje to przyczepność nałożonej powłoki.

OCZYSZCZANIE MECHANICZNE – tlenki znajdujące się na powierzchni są usuwane przez mechaniczne odrywanie cząsteczkami ścierniwa narzuconego z odpowiednią energią kinetyczną na oczyszczany przedmiot. Stosuje się dwa rodzaje ścierniwa: mineralne i metalowe. Jako ścierniwa mineralne używane są najczęściej piaski rzeczne, piaski kwarcowe z kamieniołomów i sztuczny korund (tlenek glinowy krystaliczny). Jako ścierniwo metalowe stosowany bywa śrut kulisty lub pryzmowy. Zalecany jest raczej śrut pryzmowy, ponieważ z uwagi na swoje działanie pozwala uzyskiwać powierzchnię dobrze zszorstkowaną , co polepsza przyczepność powłoki.

WYTRAWIANIE - ma na celu usunięcie tlenków z powierzchni oczyszczanych przedmiotów. Trawienie jest zawsze poprzedzane odtłuszczaniem, gdyż kwasy nie rozpuszczają tłuszczów. Stosowanie kwasów lub ich roztworów w celu rozpuszczenia tlenków wymaga po trawieniu płukania wodą bieżącą oraz pasywacji lub neutralizacji. Wszystkie kwasy rozpuszczają, oprócz tlenków, również metal; a zatem, aby ograniczyć to niszczące działanie bez zmniejszenia szybkości rozpuszczania tlenków, do roztworów trawiących należy dodatkowo wprowadzić odpowiednie inhibitory ograniczające niszczenie metalu. Inhibitorami są substancje organiczne, jak siarczki, niektóre produkty aminowe lub związki aminosiarkowe.

NANOSZENIE GRUNTU – przy stosowaniu organicznych powłok ochronnych przygotowanie powierzchni pod powłokę obejmuje również dla większości tworzyw sztucznych nakładanie tzw. gruntu lub międzywarstw. Ma to na celu zapewnienie dobrego połączenia warstwy ochronnej z podłożem. Rodza zaje stosowanych gruntów oraz technologie ich nanoszenia związane są przede wszystkim z rodzajem tworzywa powłokowego.

Metody nakładania powłok z tworzyw sztucznych:

Tworzywa można nanosić trwale na powierzchnię innych materiałów otrzymując z nich powłoki ochronne i dekoracyjne. Podczas nanoszenia powłokotwórcze tworzywo wejściowe

może być w stanie:

-stałym, 
-plastycznym, 
-ciekłym. 

W każdym jednak przypadku, aby wytworzyć niezbędną adhezję pomiędzy tworzywem a materiałem, na który się je nanosi, co jest podstawowym warunkiem uzyskania użytecznej powłoki, tworzywo musi zostać przeprowadzone w stan ciekły, ewentualnie plastyczny, umożliwiający zwilżanie powierzchni materiału i następnie adsorpcję, a sama warstwa wierzchnia materiału odpowiednio przygotowana. Znanych jest kilka odmian nanoszenia, z których duże znaczenie mają następujące odmiany: 
- nanoszenie fluidyzacyjne,

- nanoszenie elektrocieplne,

- nanoszenie (natryskiwanie) płomieniowe,

- nanoszenie polewające,

- nanoszenie natryskowe,

- nanoszenie zanurzeniowe.

a) Fluidyzacyjne nanoszenie powłoki z tworzywa polega na wytworzeniu zawiesiny sproszkowanego tworzywa w strumieniu gazu płynącego do góry -złoża fluidalnego, i wprowadzeniu do niego przedmiotu uprzednio nagrzanego nieco powyżej tempe­ratury topnienia tworzywa, odczekaniu określonego czasu, wyjęciu przedmiotu ze złoża i często ponownym nagrzaniu go oraz następnie ochłodzeniu. W czasie przebywania przedmiotu w złożu, cząstki tworzywa stykają się z nagrzanym przedmiotem i stapiają, tworząc powłokę związaną adhezyjnie z materiałem przedmiotu. Nanoszenie fluidyzacyjne przeprowadza się we fluidyzatorze. 
b) Podczas nanoszenia elektrocieplnego występują bezpośrednio po sobie dwa na­stępujące etapy: formowanie wstępne powłoki w polu elektrycznym w różnych środowiskach i formowanie ostateczne powłoki w polu temperatury w powietrzu. Nanoszenie elektrocieplne dzieli się na nanoszenie elektrostatyczne, fluidyza­cyjno - elektrostatyczne i elektroforetyczne

c) Elektrostatyczne nanoszenie (napylanie) powłoki z tworzywa polega na przenie­sieniu sproszkowanego tworzywa w polu elektrostatycznym, z głowicy napylającej stanowiącej biegun ujemny na powierzchnię przedmiotu będącego biegunem dodatnim, następnie wyjęciu przedmiotu z pola elektrycznego, stopieniu cząstek tworzywa pod wpływem ciepła dostarczonego z zewnątrz, zestaleniu lub utwardzeniu tworzywa powłoki i ochłodzeniu przedmiotu z naniesioną powłoką.

f) W procesie nanoszenia (natryskiwania) płomieniowego zachodzi jednocześnie: rozpylanie i przenoszenie tworzywa sproszkowanego, lub rzadziej w stanie plasty­cznym, w strumieniu gazu i ciepła z pistoletu nanoszącego (natryskowego) na powierzchnię przedmiotu, nagrzewanie warstwy powierzchniowej przedmiotu, sta­pianie tworzywa i łączenie adhezyjne z materiałem przedmiotu oraz kohezyjne ze sobą, a następnie zestalanie lub utwardzanie tworzywa i ochładzanie przedmiotu z naniesioną powłoką. Źródłem ciepła stapiającego tworzywo i nagrzewającego przedmiot jest płomień powstający podczas spalania gazu palnego. 

g) Cechami charakterystycznymi nanoszenia polewającego są: stan ciekły tworzywa wejściowego do procesu nanoszenia oraz ciągłość samego procesu, związana z na­noszeniem tworzywa na przedmioty o dużych rozmiarach lub na wstęgi. Nanoszenie to dzieli się na swobodne i wymuszone.

h) Istota nanoszenia swobodnego polega na bezpośrednim polewaniu ciekłym two­rzywem przedmiotu o stosunkowo dużym polu powierzchni przeznaczonej do nanoszenia. Na ogół przedmiot umieszcza się na przenośniku taśmowym i przepro­wadza przez płaski strumień spływającego swobodnie tworzywa prostopadle do powierzchni do nanoszenia, które w miarę przesuwania się przedmiotu pokrywa jego powierzchnię. Przedmiot może być nagrzany wstępnie, np. promiennikowo, a po naniesieniu tworzywa wprowadzany do tunelu grzejnego w celu zestalenia lub utwardzenia powłoki. Nanoszenie swobodne znalazło duże zastosowanie w nanosze­niu powłok poliestrowych na elementy mebli. W tym przypadku jeden strumień stanowi żywica poliestrowa modyfikowana, natomiast drugi -środki pomocnicze, lub środki pomocnicze są w dwóch strumieniach, jak np. w rozwiązaniu firmy Biirkle (Niemcy). Strumienie przepływają w obiegu zamkniętym w sposób ciągły w układach ze stale pracującymi pompami. Prędkość przedmiotu wynosi zazwyczaj 1 - 3 m/s. Maszyny służące do polewającego nanoszenia swobodnego noszą nazwę polewarek. 
i) Wymuszanie nanoszenia może być powodowane różnymi czynnikami konstruk­cyjnymi i technologicznymi, z różnym stopniem wymuszenia. Nanoszenie wymuszone stosuje się do wstęg tkaniny, tworzywa (folii), papieru lub metalu, a maszyny służące do nanoszenia nazywają się odpowiednio nanoszarką listwową i nanoszarką dwu­walcową. W przypadku, gdy zachodzi konieczność jednoczesnego przesycania wstęgi (impregnowania), w nanoszarce walcowej stykający się ze wstęgą (nanoszący) ma większą prędkość obwodową niż prędkość liniowa wstęgi, a także może obracać się w przeciwnym kierunku. Wstęga może też stykać się z tworzywem poprzez jej wprowadzenie w szczelinę między walcowa. 

j) Proces nanoszenia zanurzeniowego polega na zanurzeniu przedmiotu w tworzywie będącym w stanie ciekłym lub plastycznym, odczekaniu określonego czasu, wynu­rzeniu przedmiotu i następnie zestaleniu bądź utwardzeniu tworzywa powłoki. W czasie przebywania przedmiotu w tworzywie przywiera ono adhezyjnie do uprzednio przygotowanej jego powierzchni oraz tworzy powłokę. Nanoszenie zanurzeniowe stosuje się w dużej mierze do wytwarzania powłok na elementach o dużych rozmiarach z PVC w postaci plastizolu. Plastizol PVC odznacza się małą adhezją do wielu materiałów, dlatego najpierw nanosi się między warstwę o dobrej adhezji zarówno do materiału przedmiotu, jak i plastizolu PVC, często również zanurzeniowo. Po wysuszeniu między warstwy przedmiot można przed procesem zanurzenia nagrzać, co przede wszystkim powiększa grubość powłoki formowanej wstępnie. Prędkość zanurzania wynosi 200 /min, wynurzania zaś 100-600 mm/min. Czas przebywania przedmiotu w plastizolu PVC wynosi około 15-60s. Powłoka formowana wstępnie charakteryzowana jest grubością i masą odniesioną do jednostki jej pola powierzchni. Aby otrzymać ostatecznie uformowaną powłokę, należy najpierw przeprowadzić żelowanie plastizolu PVC tworzącego powłokę uformowaną wstępnie. Żelowanie jest procesem fizycznym zachodzącym w układzie polimer PVC - plastyfikator, w temperaturze 180- w czasie 30-60 min, obejmującym solwatacje - stopniowe przenikanie plastyfikatora w głąb cząstek polimeru i ich pęcznienie. Podczas ochładzania następuje ustalenie adhezji i zestalenie jednolitej powłoki. 

Metody powlekania:

NANOSZENIE ELEKTROLITYCZNE - realizuje się poprzez wytworzenie odpowiedniego potencjału elektrostatycznego pomiędzy tworzywem a pokrywanym elementem, wywołującego ruch cząstek tworzywa do powierzchni pokrywanego elementu. W upłynnionym tworzywie mającym własności elektrolitu zanurza się dwie elektrody pod napięciem. Cząstki obdarzone ładunkiem ujemnym rozpoczną ruch w kierunku elektrody dodatniej, którą stanowić powinien przedmiot powlekany. W ten sposób wykonuje się np. powłoki z alkalizowanego lateksu kauczukowego. Otrzymane tą metodą powłoki są na ogół porowate.

NANOSZENIE W BĘBNIE - realizuje się w ten sposób, że szczelny bęben wypełnia się powlekanymi przedmiotami (ok. 2/3 objętości bębna) oraz ściśle określoną ilością upłynnionego tworzywa i tak wypełniony wprawia się w powolny ruch obrotowy, podczas którego następuje pokrywanie mieszanych przedmiotów tworzywem. Po pewnym czasie bęben ogrzewa się, wskutek czego następuje takie zestalenie tworzywa, że bez obawy o sklejenie się przedmiotów można je wysypać na drucianą siatkę i umieszczając w piecu poddawać w dalszym ciągu zestaleniu naniesioną powłokę.

POWLEKANIE FORMUJĄCE - polega na wtarciu w nośnik upłynnionego tworzywa i następnie jego zestaleniu. W wyniku tego uzyskuje się materiał powlekany, składający się ze wstęgowego nośnika trwale złączonego jednostronnie lub dwustronnie z gładką powłoką tworzywa. Elementem nanoszącym tworzywo może być wał lub nóż powlekający.

Analiza przydatności powłok:

Powłoki organiczne znalazły zastosowanie we wszelkich dziedzinach naszego życia takich jak zabezpieczenia antykorozyjne, izolacje elektryczne, a także pokrycia dekoracyjne. Stosuje się pokrycia z tworzyw sztucznych bardziej niż lakiery, ponieważ powłoki z lakierów są bardziej porowate i mniej plastyczne, wiec bardziej podatne na uszkodzenia i pękanie. Doskonalenie i rozwój metod nanoszenia powłok , a także prostota wykonania tego procesu umożliwia produkcje szeregu wyrobów wymagających tego typu zabezpieczeń. Analiza ekonomiczna wykazała, że przy zastosowaniu powłok można przedłużyć żywotność produktów o ok. 20-25% a co za tym idzie efektywne oszczędności walutowe, materiałowe. Dodatkowym walorem powłok polimerowych jest możliwość zastosowania różnych kolorów, a także łatwość zmiany na inny.