POVLAKY Z PRÁŠKOVÝCH PLASTŮ

Práškové plasty se začaly postupně používat jako náhrada za klasické rozpouštědlové nátěrové hmoty z důvodu dalšího neúnosného růstu používání rozpouštědel v souladu s celosvětovým ekologickým uvědomováním postupně v 70. létech 20. století. Svůj význam dnes tyto povlaky celosvětově dokazují svými aplikacemi i kvalitou.

Hlavní funkcí těchto povlaků je bariérová ochrana základního materiálu při ochraně proti korozi. Další z požadovaných vlastností může být chemická odolnost, odolnost proti opotřebení, antibakteriálnost, nesmáčivost povrchu, teplotní odolnost, definovaný elektrický odpor či vodivost, fasádní kvalita, neměnnost vlastností i v extrémních podmínkách atmosféry a řada dalších funkčních požadavků strojírenství, elektrotechniky i stavebnictví.

Chceme-li bezchybně rozvíjet tyto technologie, je potřebné znát požadavky na úspěšné aplikace práškových plastů, a to v souvislostech především s vhodnými předúpravami povrchů, tepelným zpracováním povlaků a volbou optimálních technologií nanášení práškových plastů.

Oproti klasickým organickým nátěrovým systémům mají technologie povrchových úprav z práškových plastů řadu výhod. Použitím povlaků z práškových plastů místo povrchové úpravy rozpouštědlovými nátěrovými hmotami se sníží ekonomická i ekologická náročnost. Produktivita práce se zvýší až o 400% a výrobní náklady klesnou až na 25% podle toho, kolika vrstvý nátěrový systém se nahrazuje a do jaké míry je postup mechanizován či automatizován. I tyto technologie mají nevýhody a technologická i aplikační omezení. Tato omezení, která je možné úspěšně snižovat novými materiály a netradičními technologiemi.

Výhody technologií a povlaků z práškových plastů

• Vysoká ekologická úroveň procesu výroby i aplikace, při kterých se nepoužívají žádná rozpouštědla znečišťující venkovní ovzduší nebo pracovní prostředí.
• Při aplikaci práškových plastů nevzniká téměř žádný odpad (pokud se materiály recyklují a respektive i regenerují).
• Při vytvrzování v pecích se neuvolňují prakticky žádné těkavé látky.
• Vysoká kvalita a užitné vlastnosti povlaku (při vhodné volbě tloušťky a dostatečné předúpravě) odolné proti korozi,chemikáliím i mechanickému namáhání.
• Práškové lakování umožňuje snadnou automatizaci procesu nanášení, zvyšuje produktivitu a snižuje náklady na povrchové úpravy
• Práškové povlaky (zejména ve strukturním provedení) lépe kryjí nerovnosti povrchu.
• Potřebné skladovací prostory pro práškové barvy jsou cca poloviční oproti rozpouštědlovým nátěrovým hmotám a nevztahují sena ně předpisy pro hořlaviny (práškové materiály jsou 100% sušinou, navíc není potřeba skladovat ředidla potřebná pro aplikaci a čištění zařízení)
• Bezpečnost provozu (práškové plasty mají podstatně lepší požární charakteristiky ve srovnání s rozpouštědlovými nátěrovým hmotám).
• Práškové plasty umožňují dosažení speciálních vzhledových efektů, které nelze získat tekutými barvami (zejména různé strukturní povrchy).
• Odpadní prášek (pokud neobsahuje těžké kovy) není nebezpečným odpadem a lze ho proto snadno likvidovat nebo použít při výrobě nového prášku.
• Skladovatelnost běžných prášků za vhodných podmínek (suché prostředí a teploty obvykle do 20°C dle typu prášku) je téměř neomezená (výrobci sice garantují skladovatelnost 6 měsíců nebo 1 rok, ale délka skladování při vhodných podmínkách má pouze malý vliv na užitné vlastnosti povlaku.
• Při použití prášků je snadnější čištění nanášecího zařízení (kabin, pistolí) oproti klasickým rozpouštědlovým materiálům (i znečištěných pracovních oděvů nebo pokožky pracovníků).
• Úspora energií (jednovrstvý povlak se vytvrzuje pouze jednou, při použití klasických nátěrových hmot je potřebných víc vrstev se samostatným sušením, vytvrzovací pece pro práškové plasty prakticky nevyžadují větší výměny vzduchu, neboť při procesu vytvrzování nedochází k uvolňování těkavých složek).
• Práškové technologie umožňují vytvářet povlaky z různých druhů plastů, které je obtížné nebo nemožné připravit v rozpuštěném stavu vhodném k aplikaci.

Nevýhody technologií a povlaků z práškových plastů

• Materiál upravovaného zboží musí snést vytvrzovací teplotu.
• Velikost výrobků je u většiny technologií limitována svými rozměry a hmotností.
• Komplikovaná oprava již zabudovaného nebo poškozeného dílce.
• Minimální teploty vytvrzování zpravidla 160 °C.
• Potřeba delšího času při změně barevného odstínu.
• Nebezpečí vzniku povlaků o nestejnoměrných tloušťkách (dáno Faradayovým jevem).
• Obtížné odstranění vadných povlaků.
• Kvalitní povlaky vyžadují vysoký stupeň čistoty na pracovišti lakovny.

Technologie povlaků z práškových plastů

Pro přehlednější orientaci lze technologie vytváření povlaků z práškových plastů rozdělit na tyto způsoby:

• s předehřevem upravovaného materiálu (fluidní způsob, naprašování)
• bez předehřevu upravovaného materiálu (stříkání elektrokinetické a elektrostatické)
• kombinované
• speciální (žárový nástřik)

Pro tvorbu povlaků z práškových plastů se používá řada materiálů (plastů), které těmto povlakům dávají potřebné technologické i užitné vlastnosti. Skládají se ze směsi pryskyřic, pigmentů, aditiv a tvrdidel. Tyto směsi mají suchou práškovou konzistenci, která se u výrobce získá postupným smícháním jednotlivých složek, tepelným zpracováním, vytlačováním z extruderu, zchlazením, mletím a protříděním na sítech na potřebnou velikost částic.

Práškový plast se pro aplikaci ničím neředí. Pomocí stlačeného vzduchu se smísením s práškem vytvoří aplikační směs. Ta se danou technologií nanese na povlakovaný předmět, kde se bezprostředně nebo následně dodaným teplem prášek roztaví a vytvrdí na teplotu a v čase dle složení a charakteru prášku.

Podle charakteru základní složky (pryskyřice) lze práškové materiály používané pro povrchové úpravy rozdělit na:

• termosety (reaktoplasty) (materiály, které po vytvrzení nelze působením tepla roztavit
  • nejčastěji používané: Epoxidy, Polyestery, Polyuretany, Akryláty
• termoplasty (materiály, které lze opakovaně působením tepla roztavit)
  • nejčastěji používané: Polyetylen, Polyamidy, Fluoroplasty

Nanášení fluidní

Provádí se ponorem předehřátého předmětu do zfluidizovaného prášku ve fluidnívaně, kde působením předem naakumulovaného tepla dojde k natavení částic práškového plastu napovrch předmětu. V dokončovací peci dojde k vyhlazení a vytvrzení povlaku (viz obr 1).

Linka pro fluidní nanášení je tvořena dvojicí pecí – předehřívací a dokončovací, mezi nimiž je umístěna fluidnívana. Manipulace s výrobky je prováděna pomocí dopravníku se spouštěcím úsekem nadfluidní vanou. V případě termoplastů se předmět s povlakem nechá vychladnout,u termosetů se předmět s povlakem dále ohřívá, aby mohlo proběhnout vytvrzení. Velikost zboží je omezena ohřívací pecí a fluidní vanou.

Nanášení stříkáním

Nejrozšířenější technologie nanášení práškových plastů je nanášení stříkáním. Na zavěšený uzemněný předmět se stříká prášek, jehož jednotlivé částice ve stříkací pistoli získají potřebný náboj, a tak jsou k předmětu přitahovány. Částice prášku přilnou vlivem elektrostatických, resp. elektrokinetických dějů a vytvoří povlak, který se následně v peci roztaví. Tepelné zpracování závisí na tom,zda jde o termoplast či termoset.

Stříkáním lze nanášet povlaky o tloušťce od 40μm do 100 μm, povlaky jsou rovnoměrné, dekorativní. Tepelné zpracování je obvykle do 200 °C po dobu 10 až 20 minut Takto lze povlakovat i tenkostěnné předměty, velikost zboží je omezena velikostí stříkací kabiny a pecí pro tepelné zpracování.

K nabití nanášených částic prášků se využívá dvou základních principů vytváření náboje. Přirozený přírodní princip spočívá na elektrokinetickém (tribostatickém, frikčním) efektu, tj. v tření dvou izolantů, při vzniku kladně nabitých částic. Druhý princip, elektrostatický (koronární), je založen na průchodu prachové částice elektrickým polem vysoké intenzity, kde získá záporný náboj.

Výhody jsou nesporné v tom, že touto technologii docilujeme rovnoměrného povlaku při malých tloušťkách a vůči ponoru lze snadno a levně změnit druh práškového plastu případně barevný odstín.

Elektrostatické nabíjení

Vysoké napětí (40-100 kV), soustředěné na trysce stříkací pistole způsobuje ionizaci vzduchu procházejícího pistolí. Při průchodu prášku tímto ionizovaným vzduchem se volné ionty přichytí na určitém počtu částic prášku, čímž se na částicích vytvoří záporný náboj (Obr. 2).

Elektrokinetické nabíjení

Částice prášku se elektrokineticky nabíjejí díky tomu, že při rychlém pohybu se otírají o speciální druh izolačního materiálu, kterým je vyložen válec stříkací pistole. Mezielektrokinetickou stříkací pistolí a předmětem, jak znázorňuje obr 3., jsou přítomny nenabité a kladně nabité částice prášku.

U elektrokinetického nabíjení není přítomno vysoké napětí, které by mohlo generovat volné ionty nebo vytvářet elektrická pole. Účinnost elektrokinetického nabíjení částeček prášku závisí na proudění prášku ve stříkací pistoli. Optimálního výkonu lze zpravidla dosáhnout regulací průtoku vzduchu pistolí a poměru množství prášku
a vzduchu.

Žárový nástřik

Důležitým směrem vývoje povlaků a technologií z práškových plastů, který je podpořen velkým aplikačním zájmem, jsou termoplastické práškové materiály. Kromě materiálů pro fluidní technologie i pro klasické technologie stříkání se rozšířil rychle i sortiment pro nástřiky těchto materiálů pro technologie žárových nástřiků plynovými pistolemi.

Zařízení pro žárové nanášení termoplastů se skládá z těchto funkčních celků:

• zásobník prášku povlakovacího termoplastu s dávkovacím zařízením.
• zdroj stlačeného vzduchu (kompresor nebo centrální rozvod stlačeného vzduchu)
• tlakové plynové láhve s redukčním ventilem
• hořák s přívodními hadicemi pro plyn, vzduch a termoplastický prášek
• bezpečnostní a ovládací prvky

Tato technologie je určena zejména pro ochranu kovových povrchů. Je ale možné ji aplikovat i na ošetření dřeva a jiných materiálů.

 

Princip činnosti tohoto zařízení spočívá v tom, že prášek z termoplastu je ze zásobníku nasáván pomocí podtlaku vytvořeného Venturiho trubicí a dopravován do hořáku. Aby se v zásobníku nevytvářely shluky prášku, je zásobník vybaven zvláštním generátorem vibrací poháněným vzduchovou turbínkou, který brání shlukování prášku a vytváření hrudek. Speciální hořák má zvláštní přívod pro plyn a stlačený vzduch i pro práškový termoplast. Nejdříve se zapálí směs plynu a vzduchu, a pak se do plamene začne dávkovat práškový termoplast. Jak hořák, tak i dávkování práškového termoplastu se nastavují nezávisle. Horké plyny vzniklé hořením směsi plynu a vzduchu způsobují natavení práškového termoplastu, jeho strhávání a nástřik na ošetřovanou plochu. Použitý plyn je nejčastěji propan nebo směs propanu-butanu.

Upravovaná plocha musí být čistá. Pro lepší zakotvení termoplastického povlaku je nutné ji předehřát na teplotu 90 – 110°C. Předehřátí povrchu umožňuje pracovat i v exteriéru, a to i za špatných klimatických podmínek. Pokud by bylo nutné pracovat za extrémních klimatických podmínek, lze pro nahřívání povrchu použít speciální samostatné zařízení. Teplota předehřátí se kontroluje vhodným pyrometrem, který je součástí příslušenství zařízení, a to vždy před zahájením práce a dále průběžně dle potřeby.

Nanesený práškový termoplast vytvoří souvislou, pružnou a pro vodu nepropustnou vrstvu, kterou lze v případě porušení snadno opravit. Povlak po vychladnutí je okamžitě plně funkční, tj. pružný,nepropustný a hladký.

Výhody této metody:

• Metoda muže být použita na různé druhy konstrukčních materiálů: ocel, kovy, beton, sklolaminát, plasty, dřevo, karton, a také pro vytváření protiskluzových nátěrů
• Použít lze nejrůznější termoplastické práškové materiály:
  • Polypropylen
  • Polyetylen
  • PolyHotCote
• Další vhodně připravené polymerové práškové materiály (Polyamidy – „Rilsan“).
• Jednovrstvá aplikace: přímý nástřik termoplastických materiálů na připravený a předehřátý povrch
• Nedochází k nánosu neúměrně silné po povlaku.
• Netoxické k životnímu prostředí (bez rozpouštědel, plastifikátorů, halogenů, izokyanidů a bez těžkých kovů).
• Výrobky jsou ihned po vychladnutí použitelné (odpadá doba nutná k vytvrzení barvy).
• Snadné opravy a vyrovnání povrchu pouhým opětovným zahřátím a nanesení nového materiálu.
• Životnost povlaku významně delší oproti tradičním nátěrovým hmotám a metodám.
• Použití této metody je možné bez ohledu na parametry prostředí (teplota, rosný bod) vzhledem k předehřevu.

Typické příklady aplikací

• Nástřik velkých dílů na volné ploše (provádění údržby a oprav)
• Opravy nátěru uvnitř objektu nebo mimo, a to i na výrobky ošetřené tradičními metodami (např. elektrostaticky nanesené termoplastické povlaky).
• Ošetření velkých dílů, které by vyžadovaly velmi velké boxy či pece.

Vývoj

Za necelých 50 let vývoje i aplikací technologií na bázi práškových plastů došlo všeobecně u těchto povrchových úprav k progresivnímu vývoji. K dalšímu jejich rozvoji dochází především plněním náročných požadavků na nové vlastnosti povlaků a na potřeby udržitelného rozvoje oboru povrchových úprav.

Vývoj těchto technologií pokračuje především následujícími směry:

• Nové povlaky na bázi termoplastů
• Vysokorychlostní vypalování (IR pod 30 s, UV pod 10 s)
• Vypalování při nízkých teplotách (pod 160 °C, pod 120 °C)
• Tenké povlaky (pod 40 µm, respektive pod 20 µm)
• Vysoká tepelná odolnost (do 530 °C)
• Nové vzhledové vlastnosti (metalické efekty, sublimace z folie)
• Vysoká odolnost a stálost (antikorozní základy, antigraffity, samočistící povrchy)

Ukázky současných možností práškových plastů na řadě aplikací (Obr. 5, 6) potvrzují nejlépe rozvoj těchto technologií povrchových úprav.