Většina nátěrových hmot je tvořena pojivovou bází, obvykle rozpuštěnou v rozpouštědle, pevnými částicemi, pigmenty a/nebo plnivy s aditivy. Tyto pevné částice jsou dispergovány nebo rozpuštěny, stabilizovány a rovnoměrně rozptýleny v celém objemu nátěrové hmoty. Po její aplikaci dochází k odtěkání rozpouštědel a k tvorbě filmu. Objem netěkavých látek, které tvoří nátěrový film, vyjádřený v objemových procentech, je jedním z nejdůležitějších parametrů pro tvořící se tloušťku nátěrového filmu a s tím související spotřebu nátěrové hmoty.
Technické listy nátěrových hmot uvádějí kromě objemové sušiny také hmotnostní sušinu. Jaký je mezi těmito technickými výrazy rozdíl? Nejlépe to lze vyjádřit klasickou otázkou: „Jaký je rozdíl mezi objemem 1 kg peří a 1 kg oceli?“ Takto se dá vyjádřit i rozdíl mezi hmotnostní a objemovou sušinou.
Znalost správné hodnoty objemové sušiny nátěrové hmoty je důležitá nejen pro výpočet její spotřeby, ale zejména pro aplikačního technika, aby nastříkal na povrch dostatečné množství nátěrové hmoty, které vytvoří požadovanou tloušťku suchého filmu.
Objemová sušina
Objemová sušina je zbytek získaný odpařením těkavých látek za specifikovaných podmínek, vyjádřený v objemových procentech. Normy, které popisují postup stanovení, vychází z této definice.
Proč je zrovna objemová sušina důležitá? Obecně se objem vyjadřuje v jednotkách 1 litr. Objem 1 litru je možné si představit jako krychli o délce strany 1 dm nebo 10 cm nebo 100 mm atd. Pokud použijeme nátěrovou hmotu bez obsahu rozpouštědel, tak z 1 litru této nátěrové hmoty při tloušťce 1 μm natřeme plochu 1000 m2. Tato skutečnost je základním principem výpočtu spotřeby nátěrových hmot na danou plochu.
Stanovení objemové sušiny je možné provést několika způsoby, které se však mohou ve svých výsledcích lišit.
Stanovení objemové sušiny změřených tlouštěk mokrého a suchého filmu
Stanovení objemové sušiny je možné provést na základě měření tloušťky mokrého (WFT) a suchého (DFT) filmu podle vzorce:
Tento způsob stanovení je však nepřesný a lze ho považovat pouze za orientační.
Lépe je to pochopitelné z příkladů
Jestliže budeme předpokládat, že nátěr má 100 % objemové sušiny a aplikovaná mokrá tloušťka bude 100 μm, bude výsledná tloušťka suchého nátěru také 100 μm, protože se žádné rozpouštědlo neodpaří.
Aplikujeme-li nátěr o tloušťce mokrého filmu 100 μm, který má objem sušiny 50 %, získáme tloušťku suchého filmu 50 μm, protože se 50 % rozpouštědel odpaří.
Stanovení objemové sušiny výpočtem z objemů jednotlivých složek
Sušinu lze vypočítat z objemů jednotlivých složek, které nátěrovou hmotu (NH) tvoří. Je nutné upozornit, že tato hodnota se může docela významně lišit od skutečné a v praxi ověřené hodnoty. Objem, který zaujímá pryskyřice a rozpouštědlo, může být stejný, větší nebo menší než prostý součet jednotlivých složek, protože pryskyřice a rozpouštědlo se mohou smrštit nebo roztáhnout. Dalším činitelem ovlivňujícím objem suchého nátěru je to, do jaké míry jsou prostory mezi částicemi pigmentů a plniv zaplněny pojivem. Objem výsledného filmu může být ovlivněn také použitím těkavých látek v reaktivních systémech. Tyto složky se při reakci mění na netěkavé, a vytváří tak film. To se týká například aminů a reaktivních rozpouštědel v některých dvousložkových nátěrových hmotách.
Objemovou sušinu lze teoreticky vypočítat podle vzorce:
Stanovení objemové sušiny laboratorně
Tato metoda se používá k měření hustoty a stanovení objemu suchého nátěru, který lze získat z daného objemu kapalné nátěrové hmoty. Tento objem je považován za nejvýznamnější míru vydatnosti, tzn. plochy povrchu pokrytého suchým nátěrem specifikované tloušťky na jednotku objemu nátěrové hmoty nebo obdobného výrobku.
Hodnota získaná laboratorním hodnocením a vypočtená na základě sečtení hmotností a objemů surovin uvedených v receptuře nemusí být shodná. Laboratorní stanovení se provádí podle normy ČSN EN ISO 3233-1 Nátěrové hmoty – Stanovení objemového podílu netěkavých látek – Část 1: Metoda s použitím zkušebního tělesa s nátěrem ke stanovení hmotnostního podílu netěkavých látek a ke stanovení hustoty suchého nátěru pomocí Archimedova zákona. Při koncentracích převyšujících kritickou objemovou koncentraci pigmentu nebo blízkých této hodnotě je objem suchého nátěrového filmu větší než teoretický objem, což je způsobeno přibýváním nezaplněných mezer mezi částicemi pigmentu, a tato metoda v důsledku pórovitosti filmu není vhodná pro tento typ nátěrů.
Princip stanovení
Zkušební těleso (kotouč nebo deska) se zváží na vzduchu a ve vodě (nebo v jiné vhodné kapalině známé hustoty), nanese se zkoušená nátěrová hmota, vysuší se a znovu se zváží na vzduchu a ve stejné kapalině. Z těchto měření se vypočtou hmotnosti a objem suchého nátěru a z nich pak jeho hustota. Objemový podíl netěkavých látek se vypočte jako podíl hustoty nátěrové hmoty a hustoty suchého nátěru. Získané hodnoty objemového podílu netěkavých látek závisí na teplotě a době ohřevu při sušení nátěru na kotouči nebo desce. Zkouška je velmi pracná, náročná na čas, pečlivost a preciznost laboranta.
Norma ČSN EN ISO 3233-1 je přednostně určena pro na vzduchu schnoucí nátěrové hmoty, přičemž uvádí, že její použití pro jiné nátěrové hmoty nutno vyzkoušet. Podmínky sušení jsou uvedeny v příloze, která je informativní, a lze podle jejích doporučení použít několik schémat – viz tabulka 1. Přičemž právě tento parametr může významně ovlivnit výslednou hodnotu stanovení.
Tabulka 2 definuje různé typy nátěrových hmot a doporučované podmínky sušení.
Obdobně stanovuje objemovou sušinu také norma ASTM D 2697. Rozdíl mezi uvedenými normami je v dobách sušení mokrých filmů. Jestliže pro úplnost uvedeme také normy pro výpočet hmotnostní sušiny, jsou parametry sušení filmů uvedeny v tabulce 3.
Podmínky sušení a vytvrzování nátěru jsou při stanovení hmotnostní i objemové sušiny nátěrových hmot stejné – (110 ± 5) °C po dobu 1 h.
Z praktických zkušeností je nutné uvést skutečnost, že největšího zkreslení výsledků bylo dosaženo v případě, že během sušení nebo vypalování došlo v nátěru ke vzniku velkého množství bublin, které významně zvyšují objem nátěru – viz obrázek 1. Tím je zdánlivě i jeho objemová sušina vyšší. Tento výsledek proto nelze považovat za správný.
Obrázek 1: Vypěněný nátěr.
Praktický význam objemové sušiny
Praktický význam je uveden na konkrétním příkladu. V něm není uvažováno žádné ředění, které může významně změnit obsah sušiny, a následně nutné navýšení aplikované tloušťky mokrého filmu. To je jedním z důvodů, proč je nutné znát množství přidaného ředidla a není úplně vhodné „nalít něco“ pro dobré rozmíchání a úpravu viskozity. Vždy je potřeba vědět, kolik ředidla bylo přidáno.
Příklad teoretického výpočtu spotřeby nátěrové hmoty
Projektem předepsaná tloušťka (NDFT) je 125 μm; objemová sušina podle technického listu je 75 %. Stanovená objemová sušina však byla nižší, pouze 69 %. Jakou je nutné nastříkat tloušťku mokré vrstvy, aby po zaschnutí odpovídala požadovaným 125 μm?
Tloušťka suché vrstvy (NDFT):
Rozdíl v mokré tloušťce filmu (WFT) je 14 μm, o které musí lakýrník nastříkat více, aby měl jistotu, že tloušťka nátěru po zaschnutí bude požadované tloušťce vyhovovat. Je zřejmé, že tento rozdíl bude mít vliv i na vyšší spotřebu nátěrových hmot. V případě, že by vyšší WFT nenastříkal, bude po vysušení tloušťka DFT nižší – viz výpočet níže.
Závěr
Stanovení objemové sušiny je náročné na preciznost, přesnost provedení a má na něj vliv velké množství faktorů, které je nutné vzít v úvahu. Praktické stanovení aplikací tloušťky mokré vrstvy a po zaschnutí měřením suché vrstvy je relativně rychlé, ale jeho výsledky jsou značně nepřesné a ovlivněné zejména nerovnoměrným nánosem aplikované tloušťky mokré vrstvy. Proto je vhodné považovat toto stanovení za orientační, i když někteří dodavatelé jej považují za dostatečně přesné. Největší význam má a jako nejdůležitější je nutné uvést skutečnost, že je potřeba aplikovat správnou tloušťku mokré vrstvy, aby nebylo po zaschnutí nutné provádět opravy a její doplňování, které mohou prodlužovat vlastní provádění protikorozní ochrany, a také může dojít k ovlivnění výsledné kvality nejen lakýrnických prací, ale zejména kvality protikorozní ochrany.
Ing. Hana Geiplová, SVÚOM
