Lakiernictwo Proszkowe

Według Światowej Organizacji Korozji (World Corrosion Organization), bezpośredni koszt korozji wynosi 2,2 mld USD rocznie (czyli ponad 3% światowego PKB1). Dzięki zastosowaniu termoplastycznych farb proszkowych możemy ten koszt obniżyć.
Na początku lat 90. XX wieku Axalta Coating Systems, wiodący dostawca farb ciekłych i proszkowych, wprowadził termoplastyczne farby proszkowe Abcite®. Farby proszkowe Abcite oferują unikalną mieszankę właściwości i sprawdzają się w bardzo wielu zastosowaniach, także tych wymagających pracy w skrajnie trudnych warunkach.  

Farby termoplastyczne a tradycyjne
Farby termoplastyczne powstają z różnych polimerów, których właściwości chemiczne decydują o właściwościach całej powłoki. W przeciwieństwie do farb termoutwardzalnych, które wymagają kontrolowanego cyklu utwardzania, termoplastyczne farby proszkowe po prostu rozpuszczają się pod wpływem ciepła i tworzą powłokę po ochłodzeniu. Ochłodzone powlekane detale są już gotowe do użytku lub montażu.

Powłoki termoplastyczne można naprawiać bez utraty właściwości czy jednorodności całej warstwy. Dla porównania, farby ciekłe wymagają suszenia, zaś termoutwardzalne farby proszkowe wymagają utwardzania, a naprawa takich powłok zawsze wiąże się z pewnym ryzykiem.
Inną zaletą farb termoplastycznych jest brak porowatości na powierzchni warstwy, dzięki czemu stanowi ona bardzo skuteczną barierę dla wielu czynników chemicznych, w tym wilgoci i tlenu.

Całkowity koszt użytkowania – porównanie stali nierdzewnej i powłoki epoksydowej oraz powłoki termoplastycznej (Abcite).

Zalety termoplastycznych farb proszkowych Abcite
Farby termoplastyczne są produkowane z różnego rodzaju polimerów o bardzo różnych właściwościach, w tym z PCW, polietylenu, fluoropolimerów, poliamidu czy kopolimerów etylenu. Farby Abcite powstają z kopolimerów etylenu i oferują szereg unikalnych zalet.

- Najwyższy poziom ochrony przed korozją
Kiedy niezbędna jest ochrona przed korozją, szczególnie w trudnych warunkach, najważniejsza jest skuteczność i trwałość warstwy. To z kolei wymaga nałożenia 3-5 warstw farby ciekłej lub tylko jednej warstwy farby Abcite.
Niezależne testy przeprowadzone przez instytut iLF (Forschungs und Entwicklungsgesellschaft Lacke und Farben mbH) potwierdzają, że jedna warstwa farby Abcite, aplikowana bezpośrednio na stal oczyszczoną strumieniowo-ściernie, spełnia najsurowsze wymogi określone w normach ISO 12944-6 i ISO 20340 oraz pozwala uzyskać trwałość na bardzo wysokim poziomie. Zgodnie z normą ISO 12944-6, oznacza to cykl eksploatacji przekraczający 15 lat (nawet w przypadku uszkodzonej powłoki) w warunkach korozyjnych C5M (morskich) i Im3 (zakopanie pod ziemią). Testy obejmują narażenie na działanie mgły solnej przez 1400 h oraz zanurzenie w wodzie słonej na 3000 h, jak również bardzo surowe wymagania dotyczące przyczepności czy rozprzestrzeniania się korozji. Norma ISO 20340 definiuje cykliczny test korozji dla farb stosowanych w branży offshore. W trakcie tego badania uszkodzony system jest poddawany działaniu promieniowania UV, mgły wodnej i zamarzania. Również w tym przypadku pojedyncza warstwa farby Abcite spełnia wymagania testu pod względem przyczepności, delaminacji i rozprzestrzeniania korozji.

- Bezpieczne farby dla branży wody pitnej o międzynarodowych aprobatach
Farby Abcite zostały przetestowane i zatwierdzone pod kątem kontaktu z wodą pitną w wielu krajach. Spełniają stosowne wymagania w USA (NSF61), Australii i Nowej Zelandii (AS/NZS 4020 i 4158), Wielkiej Brytanii (WRAS), Niemczech (KTW i DVGW), Francji (ACS) oraz w Belgii (Belgaqua Hydrocheck).

- Znakomita przyczepność oraz odporność na tarcie i uderzenia mechaniczne  
Dzięki swoim szczególnym właściwościom chemicznym, Abcite zapewnia znakomitą przyczepność na stali bez stosowania podkładu, środka zwiększającego przyczepność czy innej metody przygotowania podłoża. Testy z użyciem wilgotnego piasku przeprowadzone przez Rochester Institute of Technology (RIT) w USA również potwierdzają znakomitą odporność farb Abcite na tarcie.
Badacze z RIT stwierdzili, że uszkodzone wały napędowe pojazdów wodnych można naprawić poprzez aplikację farby Abcite metodą natryskiwania płomieniowego. Tak uzyskana powłoka zapewnia lepszą ochronę przed tarciem i korozją niż oryginalna powłoka PA11 (nylonowa). Dzięki zastosowaniu tego innowacyjnego rozwiązania do odnawiania uszkodzonych wałów napędowych kołowych wozów piechoty, korpus US Marines oszczędza 1,5 mln dolarów rocznie2.
Co więcej, znakomite właściwości mechaniczne farb termoplastycznych gwarantują brak uszkodzeń czy odprysków podczas transportu, montażu lub zakopywania powlekanych części.

- Rozwiązanie ekonomiczne: nie wymaga podkładu i pozwala uzyskać grubą, jednowarstwową powłokę
W przypadku trzywarstwowego systemu ciekłego, każda warstwa wpływa na ogólne parametry całej powłoki. Skuteczność takiego rozwiązania zależy zatem od warunków aplikacji, właściwości każdej warstwy, a także kompatybilności całego systemu. W porównaniu do farb ciekłych, pojedyncza warstwa termoplastycznej farby proszkowej pozwala ograniczyć ogólne zużycie materiałów o ponad 40%. Skróceniu ulega także całkowity czas wykonania – z dni do minut.

- Bezobsługowa eksploatacja przez cały czas użytkowania powlekanej części/konstrukcji
Jak w przypadku każdej innej inwestycji, czas eksploatacji danej części jest niezwykle ważny, a koszty konserwacji mogą szybko przekroczyć zakładany budżet. Dlatego też niektórzy operatorzy wymagają stosowania niezawodnych, ale drogich materiałów, takich jak stal nierdzewna, aby w ten sposób uniknąć potencjalnych problemów z konserwacją.
Jednak kiedy niezbędna jest długotrwała ochrona przed korozją, dostępne są także inne rozwiązania, np. farby epoksydowe lub wysokowydajne farby termoplastyczne typu Abcite.
Przedstawiony wykres całkowitego kosztu eskploatacji porównuje parametry farby termoplastycznej Abcite do powłoki epoksydowej i stali nierdzewnej. Wzięto tu pod uwagę koszt instalacji lub aplikacji, a także koszty bieżącej konserwacji.

- Ochrona środowiska
Istotnym aspektem dla lakierników i użytkowników jest wpływ farb na środowisko naturalne. Substancje chemiczne, takie jak chlorowce, plastyfikatory czy bisfenol A, znacznie poprawiają funkcjonalność farb, ale mają także negatywny wpływ na środowisko naturalne. Dlatego też ich stosowanie podlega coraz ostrzejszym regulacjom. Te zaś w zakresie emisji lotnych związków organicznych (LZO) są coraz surowsze. Proszkowe farby termoplastyczne takie jak Abcite nie zawierają żadnych LZO.

Rura pokryta farbą Abcite po niemal 20 latach użytkowania – brak konserwacji i niemal idealny stan.

Przykłady aplikacji
- Już od 20 lat farby Abcite są stosowane w najbardziej wymagających warunkach
Farby te są wystarczająco wytrzymałe, aby zapewniać długotrwałą ochronę w wielu agresywnych środowiskach przemysłowych i warunkach zewnętrznych. Można je między innymi spotkać w takich zastosowaniach, jak: meble do użytkowania na zewnątrz, latarnie i słupy uliczne, znaki drogowe, wyposażenie placów zabaw, poręcze i schody, ogrodzenia, kraty, uchwyty na akumulatory, instalacje wodne, zawory i złącza, instalacje offshore.  
Ciekawym przykładem zastosowania są pogłębiarki stosowane na całym świecie, w tym w klimatach subtropikalnych i tropikalnych. Pogłębiarki pompują piasek podczas budowy sztucznych wysp. Farby Abcite spotykane są także w specjalnych rurach o średnicy do DN 1000, przeznaczonych do pompowania wody morskiej z piaskiem. Rury, które są narażone na duże tarcie, powlekane są farbami Abcite zarówno na zewnątrz, jak i od wewnątrz.
Pomimo trudnych warunków roboczych i klimatycznych w takich zastosowaniach, proszkowe farby termoplastyczne oferują szereg zalet – w szczególności długotrwałą ochronę przed korozją. Wykazują również znakomitą odporność na tarcie i są znacznie lżejsze niż inne rozwiązania, co pozwala na stosowanie cieńszych rur. Umożliwiają one również użycie stali węglowej zamiast drogich stopów miedzioniklu. Koszty konserwacji i napraw są natomiast niemal zerowe, niezależne od tego, jak trudne są warunki.

Farby termoplastyczne w praktyce
- Złoże fluidalne
Choć napylanie jest coraz popularniejsze, zastosowanie złoża fluidalnego jest wciąż najpopularniejszą, najszybszą i najbardziej ekonomiczną metodą aplikacji farb termoplastycznych.
Procedura jest następująca: po oczyszczeniu, odtłuszczeniu i  przygotowaniu powierzchni (zaleca się obróbkę mechaniczną, np. piaskiem Sa 2,5), podłoże należy podgrzać, zanurzyć w złożu fluidalnym na kilka sekund, wzbudzić, wyciągnąć ze złoża i odwiesić do utwardzenia. Ciepło zgromadzone w metalu powoduje rozpuszczanie się proszku i utworzenie gładkiej warstwy. Po schłodzeniu, części są gotowe do dalszego przetwarzania lub użytkowania, a kolejne podgrzewanie nie jest potrzebne.
Grubość warstwy zależy od temperatury podłoża, czasu zanurzenia w złożu, wzbudzenia i geometrii powlekanego elementu. Zwykle uzyskuje się grubość warstwy w zakresie 300-600 µm. Warto wspomnieć, że energia niezbędna do podgrzania elementu nie jest taka sama dla wszystkich proszkowych farb termoplastycznych. Zależy od temperatury topnienia polimeru i lepkości rozpuszczonego materiału. W porównaniu do innych farb termoplastycznych, np. poliamidu lub fluoropolimerów, Abcite charakteryzuje się niższą temperaturą topnienia i wymaga mniej ciepła, a zatem mniej energii.

- Napylanie
Jak w przypadku proszkowych farb termoutwardzalnych, farbę Abcite można aplikować z użyciem standardowego pistoletu corona lub tribo. Proszek jest napylany na rozgrzaną powierzchnię, a powlekanego elementu zwykle nie trzeba podgrzewać ponownie. Napylanie w ten sposób umożliwia powlekanie większych części lub elementów o złożonym kształcie. Nie musimy również inwestować we fluidyzator. W porównaniu do proszków termoutwardzalnych, aplikacja farby Abcite jest wydajniejsza (mniej przetrysku).

- Powlekanie farby
Farba Abcite jest kompatybilna z lakierami nawierzchniowymi – ciekłymi lub termoutwardzalnymi proszkowymi – i może zostać pokryta warstwą wierzchnią w celu odpowiedniej aktywacji powierzchni i uzyskania optymalnej przyczepności wszystkich warstw. Proces ten może zostać również wykorzystany do poprawy estetyki, np. aby uzyskać efekt matowy lub konkretny kolor.                                     

FrÉderic De Borman Chautems
R&D engineer and product specialist Axalta Polymer Powders Switzerland Sar
Raf Van Os
Van Os Duracoat NV

1 „Now is the Time” (Nadszedł czas), George F. Hays, PE Director General, World Corrosion Organization
2  Fred Allen, Axalta Coating Systems, CoatingsTech, wyd. 11, N°9, wrzesień 2014
Niniejszy tekst powstał na bazie artykułu opublikowanego w magazynie World Pipelines z czerwca 2016 r.
Zdjęcia pochodzą od firmy Van Os-Duracoat, Belgia (www.vanos-duracoat.com).