Chemická odolnost materiálů vůči Fridexu a dalším agresivním látkám

V současné době se s požadavky na chemicky odolné materiály setkáváme v mnoha průmyslových odvětvích. Ve strojírenském či automobilovém průmyslu jsou koncové výrobky vystaveny mnoha agresivním látkám, například díly pro výrobní linky jsou běžně v kontaktu s oleji a čisticími prostředky. Ve farmaceutickém nebo potravinářském průmyslu jsou standardem požadavky na chemickou stálost materiálu. Se vzrůstajícím zájmem o 3D tisk se na trhu objevují nové tiskové materiály a s nimi i další možnosti využití 3D tisku. Je již běžnou praxí, že se vytištěné modely používají venku, kde musí odolávat povětrnostním vlivům a UV záření, nebo v průmyslových odvětvích při vystavení mechanické zátěži.

Co je chemická odolnost?

Chemická odolnost je schopnost materiálu odolávat chemicky agresivnímu prostředí, kterému je po dobu své aplikace vystaven. Pokud materiál není chemicky odolný, při kontaktu s agresivní látkou nastává riziko rychlé degradace jeho polymerních vazeb. Pokud u polymeru dochází k chemické reakci, je ovlivněna struktura polymerního řetězce. Při fyzické absorpci látky polymerem nedochází k ovlivnění řetězce, ale dochází k nasáknutí látky do plastu připomínající houbu nasakující vodu. Chemikálie může uvnitř způsobit změny hmotnosti, pohyblivosti polymerních řetězců a rozměrů plastové součásti. Většina difúzních procesů je závislá na teplotě. V praxi to znamená, že chemická degradace polymerů exponenciálně roste s vyšší teplotou látky. Obecně lze říci, že čím je teplota látky vyšší, tím nižší je odolnost materiálu vůči prostředí. Důležitým faktorem při působení chemicky agresivního prostředí je mechanické namáhání. Zatížení materiálu v chemicky agresivním prostředí může vést k roztržení kovalentních vazeb, přestože je zatížení pod mezí kluzu materiálu. U 3D tištěných modelů je dalším důležitým parametrem i design a kvalita vytištěného modelu. Korozivní látky mohou prostoupit skrze vytištěný objekt a značně snížit jeho životnost.

Chemická odolnost plastů závisí primárně na fyzikální a chemické struktuře polymeru a na chemickém složení látky. Polymery používané pro 3D tisk mají po zchladnutí řetězce formované buď jako amorfní (neuspořádanou) nebo semikrystalickou (částečně uspořádanou) fázi. U semikrystalické jsou uspořádané segmenty obklopeny neuspořádanými shluky řetězců. Poměr těchto segmentů (označovaný jako krystalinita) má vliv na teplotní odolnost, pevnost a houževnatost polymeru. Stejně tak ovlivňuje odolnost polymeru vůči chemicky agresivní látce. Více krystalický polymer je tak odolnější vůči agresivní látce než polymer méně krystalický. Schopnost materiálu odolávat náročnému prostředí závisí nejen na chemické odolnosti, ale i dalších faktorech, které jej zatěžují: Mezi ně patří mechanické namáhání, fyzická absorpce látky materiálem či teplota. Obecně platí, že chemikáliím nejlépe odolávají technické materiály. Mezi ty s excelentní chemickou odolností patří např. PEEK. Mezi materiály s dobrou chemickou odolností můžeme řadit PC (polykarbonát), TPU, PETG, ASA či ABS. Rezistivita těchto materiálů je však závislá na konkrétním prostředí, teplotě prostředí a dalším druhům namáhání.

Testování chemické odolnosti 3D tiskových materiálů

Pro přesnější analýzu výsledků bylo provedeno rozsáhlejší laboratorní testování. Odolnost každého materiálu se měnila v závislosti na chemickém složení prostředí, kterému byl vystaven. Bylo změřeno, jaký vliv má prostředí na odolnost materiálu. Pro každý materiál bylo vytisknuto více než 400 zkušebních tělísek, která byla vystavena chemické zátěži a následně podrobena měření pevnosti v tahu a rázové houževnatosti dle Charpyho. Pevnost v tahu byla měřena dle normy ISO 527 na univerzálním zkušebním stroji. Model zkušebních tělísek byl vygenerován programem PrusaSlicer. G-code obsahoval tiskové nastavení pro materiálový profil Prusament pro daný materiál, tedy - Prusament PLA, Prusament PETG, Prusament ASA, Prusament PC Blend a Prusament PVB, infill 100%, 2 perimetry, výška vrstvy 0,2 mm. Všechny materiály byly testovány v devíti látkách, které vykazovaly různé chemické složení - voda, ethanol (EtOH), isopropylalkohol (IPA) 75% a 99%, ocet 8% (jehož hlavní složkou je kyselina octová), kuchyňská sůl (NaCl) 10%, kyselina citronová (C6H8O7), Fridex (ethylenglykol) a Savo (obsahující chlornan sodný jako účinnou látku). Data získaná z měření pevnosti materiálu v tahu a rázové houževnatosti jsou uvedena graficky. Získané hodnoty byly přepočteny na procenta - je tedy možné sledovat, jak se vlastnosti materiálů mění v závislosti na čase expozice a chemickém prostředí. Přírůstek nebo pokles chemické odolnosti v konkrétním prostředí je možné sledovat dle procentuálních změn na grafech. Pro porovnání změn pevnosti či houževnatosti materiálu s výchozí hodnotou je u každého grafu uveden zkušební vzorek (tzv. etalon), který nebyl vystaven žádné chemické látce. Naměřené hodnoty jsou závislé na laboratorních podmínkách a vlastnostech vytištěného vzorku. V reálném prostředí se výsledky mohou mírně lišit, především v závislosti na teplotě, koncentraci chemické látky a případně dalších složkách ve směsi.

Výsledky testů jednotlivých materiálů:

• PLA: Dle hodnot grafu lze sledovat, že pevnost v tahu PLA mírně klesala při kontaktu s vodou. Pokles pevnosti byl výraznější v agresivnějším prostředí. Rychlý pokles pevnosti byl evidován při kontaktu s Fridexem (ethylenglykol) a to již po 1. hodině. Postupný pokles pevnosti nastal při kontaktu s IPA po více než 24 hodinách. Rázová houževnatost materiálu PLA byla mírně vyšší při kontaktu s méně agresivním prostředím.
• PVB: Materiál PVB se projevil jako velmi nasákavý a tím byla jeho pevnost ovlivněna. U méně agresivních látek nedošlo k rapidnímu poklesu pevnosti, avšak trend vykazoval, že s přibývajícím časem se pevnost snížila. Při kontaktu s látkami Ethanol, IPA, Aceton zkušební tělísko změklo a částečně rozpustilo již po 1 hodině, po delším expozici se zbortilo. U materiálu PVB byla patrná nízká chemická odolnost a výrazné navlhání. Díky tomu došlo k zvýšení rázové houževnatosti ve všech testovaných látkách. Látky Ethanol, IPA a Aceton zcela narušily strukturu zkušebních tělísek.
• PETG: U materiálu PETG se pevnost v tahu výrazně změnila při kontaktu s acetonem. Napříč ostatními látkami se pevnost vychyluje v řádu jednotek procent. Výraznější změny nastaly po delší době expozice. Rázová houževnatost PETG zůstala téměř zachována pouze při kontaktu s vodou. Při kontaktu se Savem zůstala hodnota houževnatosti téměř stejná i po 24 hodinách. Při delším času expozice se ale snížila a klesla na hodnoty kolem 92%. U ostatních látek došlo k výraznému poklesu houževnatosti.
• ASA: ASA pevnostně odolala látkám jako je voda, kyselina citronová, Fridex, Savo a to i při delší době expozice. K výraznějšímu poklesu tahové pevnosti došlo v ethanolu, IPA 75% a IPA 99%. V acetonu došlo ke zborcení zkušebního tělíska. Rázová houževnatost ASA se při použití v chemicky agresivním prostředí snížila. Dle grafu můžeme porovnat úbytek houževnatosti, který byl nejvýraznější u NaCl 10% po 24 hodinách expozice. Opakem jsou však hodnoty houževnatosti měřené u vzorků vystavených látkám ethanol, IPA 75%, či kyselina citronová, kde byla houževnatost téměř zachována vůči hodnotě zkušebního vzorku (etalonu).
• PC Blend: PC Blend se projevil jako pevnostně stabilní materiál, avšak je špatně odolný acetonu. Prusament PC Blend můžeme zařadit mezi jeden z našich chemicky nejodolnějších materiálů. Jeho vynikající vlastnosti potvrzují i testy chemické odolnosti. Pevnost v tahu je pro PC Blend vyšší oproti ostatním materiálům a výrazně neklesá ani pokud tištěné díly vystavíme vybraným chemickým látkám. Rázová houževnatost (dle Charpyho): Počáteční hodnota: 110 kJ/m2 = 100 %. Hodnota 100% v grafu uvádí maximální měřitelnou energii pro přeražení testovacího tělíska (etalon). V praxi to znamená, že etalon a další testovaná tělíska s hodnotou 100% vydržela náraz kladiva o energii 4 J, aniž by došlo k jejich přeražení, či výraznému poškození.

Orientační tabulka chemické odolnosti polymerů pro 3D tisk

Níže uvádíme orientační tabulku nejčastěji používaných polymerů pro 3D tisk, které byly testovány v různých chemikáliích. Dle hodnocení odolnosti od A do D lze určit, který polymer je vhodný pro použití v dané látce.
* Fridex je průmyslový název pro chemickou sloučeninu používanou v nemrznoucích chladících kapalinách pro automobily.
** Savo je čisticí a dezinfekční prostředek.

Čtěte také: Druhy nátěrů pro dřevo v interiéru

Speciální nátěry pro extrémní chemickou odolnost

Dvousložkový epoxidový systém Neopox® CR

Dvousložkový epoxidový systém bez rozpouštědel je ideální volbou pro aplikace, které vyžadují extrémně vysokou chemickou odolnost a odolnost vůči agresivním chemikáliím a prostředí.
Oblasti použití: Nádrže (vnitřní) a vnitřní povrchy, které jsou v přímém kontaktu (pravidelně nebo dokonce trvale) s chemikáliemi (kyseliny, zásady, petrochemikálie), kanalizační nádrže, zařízení na úpravu vody, šachty. Povrchy vyžadují vhodnou přípravu a základní nátěr před aplikací Neopox® CR.
Vlastnosti - Výhody: Velmi vysoká chemická odolnost při přímém kontaktu s různými chemickými roztoky, vynikající přilnavost na různých podkladech, mimořádná odolnost proti otěru, pozoruhodná tvrdost a odolnost.
Návod na použití:

• Příprava podkladu: Beton musí být minimálně třídy C20/25 s pevností v tahu ≥ 1,5 MPa a nechat ho ztuhnout minimálně 28 dní, přičemž během jeho tuhnutí musí být provedena veškerá potřebná údržba. Cementový podklad musí být řádně mechanicky připraven (například broušením, otryskáváním, frézováním atd.), aby byly vyrovnány nerovnosti, dosažena otevřená struktura povrchu a zajistila se optimální přilnavost. Povrch musí být suchý a chráněný před vzlínající vlhkostí, stabilní, čistý a zbavený prachu, mastnoty, oleje atd. Volný sypký materiál musí být úplně odstraněn kartáčováním nebo broušením vhodným strojem a vysavačem s vysokým sacím výkonem. Povrch musí být co nejhladší a nejrovnoměrnější, bez děr, trhlin atd. Opravy podkladu, vyplnění spár, děr a vyrovnání povrchu musí být provedeny pomocí vhodných opravných materiálů, jako je například litá epoxidová cementová malta Epoxol® CM a epoxidový tmel Epoxol® Putty.
• Kovové povrchy (železo - ocel): Kovové povrchy musí být řádně připraveny pískováním nebo broušením drátěnou kartáčovačkou a měly by být suché, zbavené prachu, nečistot, mastných a olejových látek a také špatně přilnavých nátěrů. V rezavých oblastech se doporučuje lokálně aplikovat chemický konvertor rezavění Neodur® Metalforce. Nové kovové povrchy by měly být odmastěny rozpouštědlem Neotex® 1021.
• Základní nátěr: K stabilizaci podkladu a uzávěru pórů, stejně jako k vytvoření optimálních podmínek pro silnější přilnavost a lepší pokrytí následného epoxidového nátěru se doporučuje použít rozpouštědlový epoxidový základní nátěr Acqua Primer nebo vhodný alternativní základní nátěr ΝΕΟΤΕΧ® (viz tabulka) v závislosti na povrchu. V případě povrchů s výraznou pórovitostí může být potřebná další vrstva základního nátěru.
• Aplikace: Po zaschnutí základního nátěru se Νeopox® CR nanáší válečkem, štětcem nebo bezvzduchovým stříkáním ve dvou nebo více vrstvách. Druhá (a každá další) vrstva se nanáší ~ 24 hodin po nanesení předchozí (v závislosti na atmosférických podmínkách). Před mícháním se doporučuje mechanické míchání složky A. Obě složky A a B se smíchají v předem stanoveném poměru (7,5A : 2,5B w/w) a míchají se přibližně 5 minut elektrickým míchačem s nízkými otáčkami. Je důležité důkladně promíchat na dně nádoby, stejně jako u jejích stěn, aby se tvrdidlo (složka B) rovnoměrně rozložilo. Nízké teploty při aplikaci a/nebo vytvrzování tyto doby prodlužují, zatímco vysoké teploty je zkracují.

Antikorozní zinkový nátěr ZINGA

ZINGA antikorozní zinkový nátěr na ocel a jiné kovy. Nátěrová hmota ZINGA se používá jako primární nebo finální systém antikorozní ochrany ocelových konstrukcí a jiných kovů v zemědělství, v průmyslu atd., při renovacích i v prvovýrobě. ZINGA je suchá na dotyk za 10 min. Druhý nátěr je doporučeno aplikovat za 1-2 hodiny. Mechanická odolnost po 48 hodinách v závislosti na atmosférických podmínkách. Výrobce: ZINGAMETALL bvba Belgie. "ZINGA má ochranný efekt srovnatelný se žárovým zinkováním..."
Složení: ZINGA je jednosložkový kompozit obsahující elektrolytický zinkový prach s čistotou 99,995%. Další složky produktu tvoří syntetická pryskyřice, pigmenty a aromatická rozpouštědla.
Vlastnosti: Nátěr je nelepivý během 10 minut v závislosti na povětrnostních podmínkách a procesu schnutí. Mechanicky odolný je nátěr po 48 hodinách, přičemž působením vzduchu, vlhkosti a UV záření se dále vytvrzuje. ZINGA obsahuje zinek o čistotě 99,995%, který po zaschnutí nátěru vytvoří povrch s obsahem minimálně 96% čistého zinku. Vzniká vrstva zinkových solí, která vytváří na povrchu nátěru bariéru odolnou vůči působení vnějších vlivů.
Použití: ZINGA se používá jako základní nebo konečný systém antikorozní ochrany ocelových konstrukcí, resp. žárově zinkovaných ocelových komponentů.
Příprava povrchu: Povrch musí být zbavený uvolněných částic vlivem opotřebení, mastnoty, nátěrů a mazadel.
Aplikace: Doporučuje se nátěr ZINGA aplikovat ve dvou vrstvách, přičemž druhý nátěr je možné aplikovat již po 1 hodině.
Skladování: V uzavřených obalech při běžných teplotách je při dodržení skladovacích podmínek trvanlivost přípravku neomezená. Je možné ho skladovat až do -25 °C, protože ani nízké teploty nemají vliv na vlastnosti nátěrových hmot.
Bezpečnost: Vzhledem k tomu, že nátěrový systém ZINGA je tvořený převážně z anorganických složek, není považovaný za nebezpečný. Při práci s nátěrovými hmotami se doporučuje dodržovat obvyklá bezpečnostní opatření.
Technické parametry:

• Fyzikální skupenství (20°C): hmota
• Relativní hustota: 2,67 kg/dm3 při 15°C
• Percentuální podíl pevných částic: 80% hmotnostně, 37,8% objemově
• Teplotní odolnost: -40°C až +150°C
• Viskozita: 3000-3600 cps podle Brookfield Spindle 5/100 RPM 20°C
• Barva: vyleštit do kovového lesku
• Doba schnutí: po cca 10 min nelepivý povrch
• Vydatnost: 0,28 kg/m2 při tl. suché vrstvy 40 um
• Bod vzplanutí: 47°C (hořlavina II. třídy)
• Další aplikace: ZINGOU po 1 hod., jinými kompatibilními nátěry po 4 až 24 hodinách
• Zápach: aromatický, po zaschnutí bez zápachu

TLUMEX plast plus - Vysoce odolný antikorozní a tlumicí nátěr

TLUMEX plast plus představuje prémiovou ochranu podvozků a karoserií s posílenými izolačními a tlumicími vlastnostmi. Tento asfaltový nátěr je navržen tak, aby nestékal ani při aplikaci v silnějších vrstvách a zůstával trvale elastický. Poskytuje nekompromisní bariéru proti vodě, UV záření a agresivním účinkům všech posypových materiálů. Díky své robustnosti je ideální nejen pro automobilový průmysl, ale i pro ochranu dřeva, betonu a lepenkových ploch v nejnáročnějších exteriérových podmínkách.
Přednosti:

• Antikorozní a antiabrazivní nátěr na bázi modifikovaných asfaltů.
• Tixotropní vlastnosti - nestéká při aplikaci ani v silných vrstvách.
• Účinně tlumí hluk a výrazně snižuje vibrace karoserie.
• Možnost nanášet přímo na kovové podklady bez základního nátěru.
• Vynikající přilnavost ke všem běžným stavebním i auto podkladům.
• Nátěr je dlouhodobě pružný s mírným dolepujícím efektem.
• Dlouhodobá ochrana proti korozi a nepříznivým povětrnostním vlivům.

• Použití: Podvozky vozidel, karoserie, beton, dřevo, lepenka.
• Odstín: Černý (nepřetiratelný).
• Spotřeba: 1 kg na 1-2 m2 (dle požadované tloušťky vrstvy).
• Ředidlo: S 6005, S 6006.
• Balení: 0,9 kg, 1 kg (kartuše), 2 kg, 4 kg, 17 kg.

Obecné postupy při přípravě podkladů a aplikaci nátěrů

Příprava podkladu

Příprava podkladu má zásadní význam pro dosažení konečné hodnoty pevnosti v tahu a úspěšné aplikace povlakové vrstvy. Je důležité znát druh i stav podkladu a budoucí provozní podmínky, tzn. tepelné zatížení, mechanické zatížení atd., popř. bezpečnost či omezení pro realizaci, apod. Kontaminace podkladu chemikáliemi nutno tyto neutralizovat.

Metody přípravy podkladu:

• Otryskávání ocelovými broky: Je to nejvhodnější metoda, jelikož neutrpí povrch. Ocelovými broky se zdrsňuje povrch. Odstraňuje vzlínající prach - odsávání. Velikost a druh média ovlivňuje strukturu a drsnost otryskávaného povrchu.
• Tryskání vodním paprskem: Kov pod vysokým tlakem (1500 - 2500 barů) stříkána voda. Vznikající prach je společně s odstraněnou hmotou z podkladu odstraněn vodou.
• Broušení diamantem: Otevření kapilární struktury a vyrovnání povrchu po tmelení. Snížená prašnost.

Opravy podkladu:

Čtěte také: Nátěr pro OSB desky na podlahu

• Praskliny je nutné vyříznout diamantovým kotoučem typ CC do rýh ve tvaru V.
• Případné koroze na armatuře musí být odstraněny.
• Pro tmelení prasklin se použijí speciální vazné hmoty jako ResiFix 20, 30, 30W nebo ResiFix TB. ResiFix 30 je pro největší výtluky a opravy.
• K vyplnění škár, děr a vyrovnání povrchu se používají vhodné opravné materiály, například Epoxol® CM a Epoxol® Putty.
• Při opravách je důležité zajistit správnou vazbu mezi novou maltou nebo mezi maltou a betonem.

Aplikace nátěrů

Dvousložkové epoxidové systémy jsou připraveny ihned k použití. Doba zpracovatelnosti je závislá na teplotě okolí, podkladu a hmoty, tj. od +12°C do +25°C. Optimální teplota hmot Sanax pro aplikaci je +20°C. Rychlé výrazné změny teplot způsobené např. prouděním vzduchu se nedoporučují, mohly by způsobit kondenzaci vzdušné vlhkosti na povrch povlaku. Doporučená teplota je +25°C. Míchání se provádí míchadlem s oběžnicovým pohonem, tj. pohyblivou lopatou a pevnou nádobou. V něm se hmota připraví během 3 minut. Hmotu je doporučeno přelít do jiné nádoby a mísení opakovat. Postupy pro nanášení a mísení jsou podrobně popsány v materiálovém listu. Primerování (dvojvrstvé) se nanáší na připravený podklad vhodnou technologií, např. stříkáním, válečkem nebo štětcem. Při aplikaci je důležité dbát na to, aby nedocházelo vlivem většího množství hmoty k jejímu stékání. Pokud by k tomu došlo, hmota se v čase před počátkem gelace rozetře štětcem. Čištění nástrojů se provádí posypáním písku na zaschlou hmotu a následným zapnutím nástrojů. Tím se písek smísí a jde je celkem snadno odstranit. Pokud již je hmota zatvrdlá, použijte ocelovou škrabku a poté nehořlavé rozpouštědlo.

Bezpečnostní opatření při práci s chemikáliemi:

• Používejte ochranné rukavice, ideálně polyetylenové. Bavlněné rukavice se rychle prosytí a je potřeba je často vyměnit nebo sundat.
• Při použití hořlavých rozpouštědel dodržujte bezpečnostní předpisy (např. nitro nebo celulózové ředidlo).
• Ujistěte se, že prevence při práci je dostatečná.

Čtěte také: Doporučení pro ekologické nátěry

tags: #nater #odolny #chemickemu #pusobeni #fridexu

Oblíbené příspěvky:

• Průvodce renovací futer Erkado
• Moderní řešení pro udržitelné stavby
• Stavba z Ytongu svépomocí
• Komplexní průvodce zateplováním palubkami
• Jak vybrat kancelářskou židli?