Renowacja pokryć malarskich na dużych konstrukcjach
Dla dużych konstrukcji przemysłowych czy obiektów budowlanych przewidywany okres eksploatacji wynosi kilkadziesiąt lat. Pokrycie malarskie, wykonane nawet z najwyższej klasy farb, nie jest w stanie zabezpieczyć obiektu na taki okres z uwagi na degradację powłok pod wpływem działania czynników atmosferycznych i eksploatacyjnych. W zależności od środowiska w jakim eksploatowana jest powłoka, procesy jej degradacji przebiegają w zróżnicowany sposób.
Wprowadzenie
Czynnikami degradującymi powłoki eksploatowane w atmosferze są: wilgoć, tlen i inne agresywne gazy, promieniowanie słoneczne, a szczególnie jego widmo ultrafioletowe, zmiany temperatury i wilgotności. Naturalną własnością powłok jest porowatość, skłonność do pęcznienia pod wpływem wilgoci oraz przepuszczalność tlenu, pary wodnej i innych gazów. Woda na powłoki eksploatowane w atmosferze działa w postaci rozproszonej - aerozol kropelek rosy lub w postaci fazy ciągłej w czasie deszczu. W pierwszej kolejności wypełnia ona pory powłoki. Rozmiar i ilość porów w świeżo nałożonej powłoce zależy od ilości wyparowanego rozpuszczalnika oraz wielkości jego cząstek i szybkości parowania. W czasie eksploatacji powłoki składniki organiczne ulegają degradacji, w wyniku czego pory pogłębiają się i poszerzają, ułatwiając tym samym pęcznienie powłoki i przyspieszając drogę dyfuzji wody do przestrzeni międzyfazowej: metal-powłoka. W czasie wysychania, pod wpływem promieni słonecznych, następuje skurcz powłoki, jednakże w stopniu nieodpowiadającym poprzedniemu przyrostowi jej objętości [1]. Tak przemiennie po sobie następujące cykle sorpcji i desorpcji związane są ze zmianami strukturalnymi powłoki w czasie jej naturalnego starzenia i mają duży wpływ na zespół czynników decydujących o przebiegu tego procesu starzenia.
Rys. 1. Podstawa filaru kładki dla pieszych w jednym z polskich miast.
Promienie UV niosą z sobą dużą energię, która w obecności tlenu i pary wodnej powoduje pękanie łańcuchów w usieciowanych makromolekułach, tworzą się związki o krótszych łańcuchach, a naturalne przemiany chemiczne powodują powstanie niskocząsteczkowych związków rozpuszczalnych w wodzie i tym samym zmywanych przez opady bądź też w wyniku transformacji powstają produkty gazowe, które odparowują. Proces ten trwa miesiącami i latami, a widzialnym efektem jest utrata grubości, która w zależności od typu spoiwa wynosi od 5 do 25 μm/rok w powłokach niepigmentowanych. Obecność pigmentów na ogół przyhamowuje ten proces. W pracy [2] przytoczono następujące rezultaty badania ubytku grubości powłok, eksponowanych przez rok w tych samych warunkach:
- powłoka niepigmentowana alkidowa – ubytek ok. 10 μm/rok;- to samo spoiwo z bielą tytanową (SOP 15%) – ubytek ok. 3 μm/rok;
- to samo spoiwo z czerwienią żelazową (SOP 15%) – ubytek ok. 1,5 μm/rok.
Duże znaczenie dla odporności pokrycia na działanie promieni UV odgrywa SOP (stężenie objętościowe pigmentów). Powłoki nawierzchniowe dla uzyskania wysokiego połysku nie mogą mieć większe SOP niż 20%, a dolną granicę, która wynosi 5%, limituje zdolność krycia. Pigmenty mogą promienie słoneczne absorbować, odbijać lub transformować. Istotny jest również kolor pigmentu. Do pigmentów odbijających promienie słoneczne należy np. wypływający płatkowy pigment aluminiowy oraz mikroperełki ceramiczne. Płatki szklane, aluminiowe, mika krzemionkowa i błyszcz żelazowy spowalniają dyfuzję O2, H2O i agresywnych gazów, a więc przeciwdziałają degradacji spoiwa i wydłużają drogę elektrolitu do przestrzeni międzyfazowej.
Zmiany chemiczne wewnątrz powłoki w pierwszej fazie objawiają się obniżeniem połysku, czasem nieznaczną zmianą barwy. Druga faza zniszczeń obejmuje stopniowy wzrost twardości powłoki, co często prowadzi do wyzwolenia napięć zmniejszających wewnętrzną spoistość, występuje kredowanie. W przypadku silnego kredowania może nastąpić znaczny ubytek grubości powłoki; zależy to od rodzaju spoiwa, pigmentów i wypełniaczy. Ostatnim etapem starzenia się powłoki jest występowanie spękań. Przyczyna spękań tkwi w naprężeniach występujących w powłokach. Naprężenia występujące bezpośrednio po nałożeniu farby są przede wszystkim wynikiem reakcji polimeryzacji oraz dyfuzji resztek rozpuszczalnika przez częściowo zestalony film. Naprężenia w trakcie eksploatacji powłoki powstają w wyniku zmian temperatury i wilgotności, ekstrakcji rozpuszczalnych w wodzie cząstek lub migracji komponentów powłoki w filmie. Spękania mogą być powierzchniowe, wgłębne, np. skórka krokodylowa lub tzw. mudcracking, zależnie od typu i wielkości naprężeń. Z czasem na powierzchni powłoki pojawiają się wypukłości i wgłębienia jako następstwa zmian erozyjnych, a pod powłoką pierwsze produkty korozji, które stopniowo ją przebijają. W następstwie coraz większe obszary powłoki pokrywają się produktami korozji, następuje utrata przyczepności do podłoża i międzywarstwowej, powłoka może się łuszczyć i odpadać. Czasami tym zjawiskom towarzyszy spęcherzenie, szczególnie wtedy, kiedy z powierzchni nie usunięto w wystarczającym stopniu zanieczyszczeń jonowych.
