Порошковые покрытия для архитектурного алюминия

Порошковые полимерные покрытия

Порошковые полимерные покрытия применяются на самых разных изделиях и объектах: от фасадов до мебели, от кухонных плит до компьютеров, от колесных дисков до окон, от велосипедов до высотных зданий и от холодильников до перил.  Как холодильник, так и высотный навесной фасад оба имеют «порошковое покрытие». Однако вряд ли кто-то будет применять одинаковое порошковое покрытие и на домашнем холодильнике, и на фасаде небоскреба, для которого требуют гарантию сохранение привлекательного внешнего вида на 20 и более лет. В обоих случаях применяются порошковые покрытия, но эти покрытия совершенно разные и предназначены для совершенно различных условий эксплуатации.

Состав порошковых покрытий

Полимерные порошковые покрытия состоят из четырех типов компонентов [2]:

  • связующие полимерные материалы и их отвердители
  • пигменты
  • наполнители
  • добавки.

Химический состав этих компонентов порошковой краски и соотношение их количества определяют характеристики готового порошкового покрытия.

Связующий материал состоит из одной или нескольких органических смол, а также отвердителя. Вместе они определяют основные характеристики полимерной порошковой краски (реакционная способность, способность к формированию покрытия, механические свойства и т. д.).

Тип краски определяется основным типом связующей органической смолы. В настоящее время применяются следующие  типы связующих органических смол [1, 2]:

  • эпоксидные
  • полиуретановые
  • акриловые
  • гибридные (например, эпоксидно-полиэфирные)
  • полиэфирные
  • фторполимерные.

Кроме этих органических смол и их отвердителей порошковые краски также содержат:

  • Пигменты. Могут быть органическими, неорганическими или металлическими. Они влияют на цвет и внешний вид поверхности покрытия, а также на долговечность покрытия.
  • Наполнители. Улучшают реологические или химические свойства полимерного покрытия.
  • Добавки. Добавляют к полимерному порошковому материалу в небольших количествах для улучшения некоторых характеристик полимерных покрытий, например, глянец.

Типы порошковых красок

Назначение различных типов порошковых красок [1]:

  • Эпоксидные порошковые краски разработаны для изделий, которые требуют высокой химической и коррозионной стойкости, а также привлекательного внешнего вида, при условии незначительного воздействия наружной окружающей среды.
  • Полиуретановые порошковые краски проявляют свойства, которые схожи со свойствами эпоксидных красок, но обладают более высокой стойкостью к воздействию климатических условий.
  • Акриловые порошковые краски применяют в основном в виде прозрачных покрытий.
  • Гибридные порошковые покрытия представляют собой компромисс между эпокисидными и полиэфирными покрытиями. Их производят в различных соотношениях этих типов полимеров в зависимости от специальных требований к готовым покрытиям.
  • Полиэфирные порошковые покрытия специально разработаны для применения в условиях открытого воздуха, в том числе в качестве архитектурных порошковых покрытий на зданиях и сооружениях общего назначения.
  • Фторполимерные порошковые покрытия обеспечивают самый высокий уровень стойкости к климатическим и другим воздействиям окружающей среды, которые доступны в настоящее время. Фторополимерные порошковые покрытия применяют на престижных и монументальных архитектурных объектах, которые требуют длительного сохранения высокого декоративного качества.

Стандарты для архитектурных порошковых покрытий

В настоящее время в мире работают несколько международных отраслевых стандартов, которые регламентируют применение порошковых покрытий для архитектурного алюминия. К архитектурному алюминию обычно относят наружные строительные конструкции, изделия и детали, которые несут не только конструкционную, но и декоративную  функцию. Это, в первую очередь, окна и двери, фасадные конструкции, фасадные облицовочные материалы и т. п.

Все эти стандарты имеют свою страну происхождения, но на сегодняшний день широко применяются в глобальном масштабе. Эти стандарты описывают полные технические требования к показателям качества порошковых покрытий для архитектурных алюминиевых конструкций, изделий и деталей. Эти характеристики включают:

  • механические свойства
  • химическую стойкость
  • долговечность при воздействии различных наружных климатических условий.

Характеристики долговечности, особенно стойкость к воздействию ультрафиолетового излучения, обычно оцениваются по изменению блеска и цвета окрасочного покрытия.

В настоящее время самыми известными и широко применяемыми стандартами являются для архитектурных порошковых покрытий :

  • GSB AL 631
  • Qualicoat Specifications
  • AAMA 2603, AAMA 2604 и AAMA 2605
  • HG/T 3793.

В таблице рисунка 1 показаны страны происхождения каждого из этих стандартов и перечень стран и регионов, где эти стандарты в основном применяются.

  

Рисунок 1 – Основные международные стандарты
на архитектурные порошковые покрытия:
страны происхождения, страны и регионы применения [3]

Долговечность: глянец и цвет

Остаточный глянец

На рисунке 2 суммированы требования, которые прописаны в этих стандартах для натурных испытаний покрытий в условиях южной Флориды. Для каждого класса долговечности (Флорида 1, 3, 5 или 10) задана минимально допустимая величина сохранения глянца (остаточный глянец) в процентах. Кроме того, стандарт Qualicoat устанавливает минимальные уровни глянца для нескольких контрольных точек в ходе испытаний на долговечность. Например, для Класса 3, требуется, чтобы:

  • после 1 года во Флориде остаточный глянец был более 90 %;
  • после 4 лет – более 70 %;
  • после 7 лет – более 55 % и
  • после 10 лет – более 50 %.

Рисунок 2 – Классификация порошковых покрытий
по длительности натурных испытаний во Флориде:
требования по минимальный остаточному глянцу
по различным стандартам на архитектурные порошковые покрытия [3]

В отличие от стандартов GSB, Qualicoat и AAMA китайский стандарт HG/T 3793-2005 не устанавливает требований по результатам испытаниям во Флориде, а учитывает только результаты ускоренных испытаний на долговечность с применением ксенонового света (рисунок 3).

Рисунок 3 – Искусственные ускоренные испытания порошковых покрытий
по  различным стандартам на архитектурные порошковые покрытия [3]

В таблице рисунка 3 показаны  требования стандартов по искусственным ускоренным испытаниям на долговечность и корреляция требований этих искусственных испытаний с натурными испытаниями в условиях южной Флориды. Видно, что различные стандарты применяют для оценки долговечности покрытий очень разные методы. Некоторые из них требуют более коротких сроков испытаний, что дает очевидные преимущества испытуемым покрытиям, но снижает степень их корреляции с натурными испытаниями [3]:

  • Стандарт GSB устанавливает испытания с применением флюоресцентного ульрафиолетового излучения, которые являются самыми быстрыми и дешевыми.
  • Qualicoat и HG/T 3793-2005 применяют испытания с облучением образцов ксеноновым светом. Считается, что испытание ксеноновым светом более точно моделирует полный спектр естественного солнечного света, что дает хорошее соотношение между искусственными и натурными испытаниями на долговечность.
  • AAMA не устанавливает ни каких искусственных ускоренных испытаний на долговечность, а полагается только на натурные испытания во Флориде.

Изменение цвета

Все четыре стандарта задают предел максимального отклонения цвета после испытаний на долговечность, искусственных или натурных (рисунок 4). GSB и Qualicoat задают предельное отклонение цвета для каждого из цветов RAL, тогда как AAMA и HG/T 3793-2005 устанавливают общее допустимое отклонение для всех цветов.


Рисунок 4 – Максимально допустимое изменение цвета
по различным стандартам на архитектурные порошковые покрытия [3]

Контроль показателей долговечности порошковых покрытий

Обычно порошковые покрытия подразделяются на:

  • покрытия для применения внутри зданий;
  • покрытия для применения снаружи зданий, но без декоративных требований;
  • покрытия для применения снаружи зданий на изделиях, деталях и конструкциях, которые являются архитектурными компонентами.

Очевидно, что марки покрытия для наружного применения должны показывать намного более высокие показатели по стойкости к ультрафиолетовому излучению, чем марки покрытия для внутреннего применения, которых подвергаются незначительному воздействию ультрафиолетового излучения, например, через окна.

Покрытия марок для наружного применения повреждаются в основном сильным ультрафиолетовым излучением, часто в комбинации с влагой. Влага является особенно критической в присутствии гидроксильных радикалов, которые образуются под воздействием ультрафиолетового излучения. Эти радикалы интенсивно химически реагируют с полимерами органического покрытия, что приводит к его деградации [1].

Полиэфирные порошковые покрытия

В наше время строители и архитекторы могут выбирать порошковые покрытия, которые специально разработаны для применения в условиях открытого воздуха. Наиболее признанными из них являются порошковые покрытия на основе полиэфирных полимеров. Обычно полиэфирные порошковые покрытия подразделяются на:

  • стандартные
  • повышенной долговечности («супердолговечные»).

Стандартные полиэфирные порошковые покрытия

Стандартные порошковые полиэфирные покрытия – standard – относятся к категории покрытий, которые называют «1 год Флориды».  Они широко применяются в центральной Европе и географических районах с низким воздействием ультрафиолетового излучения. Они предлагают хорошую комбинацию доступности и достаточно высокого уровня качества.

«Супердолговечные» полиэфирные порошковые покрытия

В последние два десятка лет стали известными и получили широкое распространение полиэфирные порошковые покрытия повышенной долговечности – super durable («супердолговечные»). Эти полиэфирные порошковые покрытия обычно применяются в географических районах с повышенным воздействием ультрафиолетового излучения, таких как южная Европа и субтропические климатические зоны, а также в районах с низким ультрафиолетовым воздействием, но с очень высокими требованиями к качеству покрытий. Эти «супердолговечные» полиэфирные порошковые покрытия подразделяются  на:

  • покрытия, которые способны выдержать 3 года вылеживания на открытом воздухе на полигоне во Флориде
  • покрытия, которые способны выдержать 5 лет вылеживания на открытом воздухе на полигоне во Флориде [3].

Полиэфирные порошковые покрытия Qualicoat Class 1.5

Несколько лет назад в организации Qualicoat решили, что различия между полиэфирными покрытиями Qualicoat Class 1 и Qualicoat Class 2 слишком велики. Поэтому был введен дополнительный промежуточный класс Qualicoat Class 1.5. Этот класс широко применялся в Австралии и был там принят в качестве минимального стандарта. Покрытия этого класса имеют повышенную стойкость к ультрафиолетовому излучению и остаточный блеск выше, чем у покрытий класса 1. Ожидается, что в ближайшие годы рынок порошковых покрытий в Европе примет этот класс в качестве минимального стандарта.

«Гипердолговечные» фторполимерные порошковые покрытия

Архитекторы, которые ищут самую высокую долговечность и максимальную стойкость к воздействию условий открытого воздуха обычно выбирают фторполимерные порошковые покрытия. Фторполимеры давно были известны в виде жидких архитектурных красок очень высокого качества. Относительно недавно аналогичные фторполимерные технологии стали доступными и для порошковых красок.

К недостаткам фторополимерных покрытий относят то, что они являются более дорогими, по сравнению с полиэфирными покрытиями, а также имеют ограниченный спектр доступных цветов.

Фторополимерные порошковые покрытия применяются почти исключительно для наружных элементов зданий, особенно на престижных архитектурных объектах, которые требуют длительного сохранения высокого декоративного качества, в том числе, на дорогих жилых домах, входах в дорогие престижные магазины, монументальных зданиях, офисных небоскребах, правительственных зданиях и стадионах.

Не все цвета RAL

Для «супердолговечных» и «гипердолговечных» порошковых покрытий имеются определенные ограничения доступных цветов RAL. Так, из 190 цветов RAL, с которыми работает Qualicoat, 12 цветов не могут обеспечивать требования по долговечности для Класса 2, а 67 цветов – для Класса 3 [2].

Ускоренные испытания на долговечность

На рисунке 5 показаны результаты ускоренных испытаний с применением облучения образцов ксеноновым светом образов порошковых покрытий различных классов долговечности:

  • стандартных полиэфирных
  • «супердолговечных» полиэфирных
  • «гипердолговечных» фторполимерных.


Рисунок 5 – Сравнение результатов искусственных ускоренных испытаний
с применением ксенонового света
различных категорий порошковых покрытий [3]

Как задают требования к порошковому покрытию

Долговечность порошкового покрытия зависит не только от категории порошковой краски.  Поэтому в договор на поставку алюминиевых архитектурных изделий и конструкций, особенно для больших, дорогих, престижных или монументальных архитектурных объектов, обычно включают, в том числе, следующие положения, требования и условия [4-6]:

  • Категория долговечности порошкового покрытия: например:
    – Class 1, 1.5, 2 или 3 по Qualicoat
    – Standard, Master или Premium по GBS.
  • Тип химической подготовки поверхности: «желтая» хроматация, «зеленая» хроматация, бесхроматная подготовка, подготовка анодированием).
  • Тип здания: нежилое, жилое, малоэтажное, многоэтажное, офисное, престижное, монументальное (рисунок 6).
  • Географическое положение строящегося объекта.
  • Климатическая зона объекта (континентальная, приморская, городская, сельская)
  • Цвет по утвержденному каталогу, например, RAL.
  • Категория глянца.
  • Требования по отклонению цвета и глянцу в партии изделий с покрытием или между партиями.
  • Только сертифицированный, например, Qualicoat или GBS, производитель порошкового покрытия («окрасчик») или одобренный производителем порошковой краски.
  • Только сертифицированный, например, Qualicoat или GBS, производитель порошковой краски.
  • Согласование условий чистки и технического обслуживания порошкового покрытия.
  • Гарантия на порошковое покрытие:
    – на что распространяется;
    – как будет измеряться;
    – срок действия.
  • Рекомендации по ремонту повреждений покрытия, которые могут возникнуть во время строительства.


Рисунок 6 – Типы зданий с различными требованиями для порошковых покрытий:
нежилое, жилое малоэтажное, жилое многоэтажное, офисное малоэтажное,
офисное многоэтажное, офисное престижное, монументальное [6]

Источники:

  1. The Architect’s Guide to Powder Coating – www.ifscoatings.com
  2. Qualicoat Specifications – 16th Edition – 2020
  3. Material Testing Product and Technology News – Volume 42 – Issue 92 – 2012
  4. Guide to correct specifcation of powder coated aluminium – Qualicoat Guidance Note – No.2 – July 2019
  5. How to Specify / Ben Parsley – Qualicoat Presentation Oct 2017
  6. How to get a Dulux Powder Coat Warranty on your project / architectureanddesign.com.au