Wprowadzenie: Zbiorniki i wymienniki w przemyśle chemicznym są narażone na agresywne media – silne kwasy, zasady i rozpuszczalniki – które mogą szybko korodować stalowe ściany urządzeń. Zastosowanie specjalistycznych powłok ochronnych znacząco wydłuża ich żywotność (nawet do 20–30 lat) oraz zwiększa bezpieczeństwo pracy[1][2]. Poniżej przedstawiono przegląd dostępnych powłok chemoodpornych, ich właściwości, metody aplikacji oraz porównanie pod kątem efektywności i praktyczności wdrożenia.

1. Fluoropolimerowe powłoki ochronne (PTFE, FEP, PFA)

Fluoropolimery to tworzywa znane z wyjątkowej odporności chemicznej i wysokiej trwałości termicznej. Do najczęściej stosowanych należą PTFE (politetrafluoroetylen, znany jako teflon), FEP (kopolimer fluoru etylenu i propylenu) oraz PFA (perfluoroalkoksylany). Powłoki z tych materiałów są wykorzystywane jako wykładziny wewnętrzne zbiorników, rurociągów, wymienników ciepła i innych urządzeń procesowych, oferując alternatywę dla kosztownych stopów metali odpornych na korozję[2].

Skład chemiczny i struktura

• PTFE (Teflon) – polimer o wzorze chemicznym (C₂F₄)n, zbudowany z łańcucha węglowego w pełni nasyconego atomami fluoru. Dzięki wiązaniom C–F jest on chemicznie obojętny i nie wchodzi w reakcje z większością substancji[3]. Ma strukturę liniową, a ze względu na bardzo dużą masę cząsteczkową nie topi się w typowych warunkach – zamiast tego ulega spiekaniu (sintering).
• FEP – kopolimer tetrafluoroetylenu (monomer jak w PTFE) z heksafluoropropylenem. Posiada w łańcuchu boczne grupy –CF_3, które obniżają masę cząsteczkową i umożliwiają przetwórstwo w stanie stopionym (termoplastyczny charakter)[4]. FEP zachowuje pełne nasycenie fluorem, co zapewnia mu podobną odporność chemiczną do PTFE.
• PFA – kopolimer tetrafluoroetylenu z perfluorowanym eterem alkilowym. Również jest termoplastem (przetwarzalnym przez topienie) i cechuje się właściwościami zbliżonymi do PTFE, łącząc wysoką odporność chemiczną i termiczną PTFE z lepszą przetwarzalnością (niższą lepkością w stanie stopionym).

Uwaga: Wszystkie wymienione fluoropolimery należą do rodziny teflonów. Handlowo dostępne powłoki fluoropolimerowe często zawierają również inne pokrewne polimery, jak PVDF (polifluorek winylidenu), ETFE, ECTFE itp., które jednak mają nieco niższe zakresy temperatur pracy lub węższe spektrum odporności chemicznej. W dalszej części skupiamy się na PTFE, FEP i PFA jako reprezentatywnych przykładach.

Właściwości ochronne (chemiczne i termiczne)

Fluoropolimerowe wykładziny zapewniają praktycznie niezrównaną odporność chemiczną. Są one obojętne wobec silnych kwasów, zasad i rozpuszczalników – PTFE nie jest zwilżany przez żadne znane ciecze i nie wchodzi z nimi w reakcje chemiczne[3]. W praktyce oznacza to, że nawet w środowiskach ekstremalnego pH (bardzo silne kwasy czy ługi) fluoropolimer nie ulegnie korozji ani degradacji chemicznej[5]. Co więcej, fluoropolimery nie absorbują wody ani wilgoci, co zapobiega podsiąkaniu mediów korozyjnych pod powłokę[3]. Tego typu powłoki są również nieprzywierające (antyadhezyjne) – osady i zanieczyszczenia trudniej się na nich gromadzą, co ułatwia czyszczenie zbiorników i utrzymanie wysokiej czystości procesowej (ważne np. w przemyśle farmaceutycznym czy półprzewodników)[5].

Pod względem odporności termicznej, fluoropolimery znacząco przewyższają inne powłoki organiczne. PTFE zachowuje swoje właściwości w temperaturach do ok. 200°C (392°F) ciągłej pracy, a maksymalnie nawet do ~260°C (500°F) dla okresowej ekspozycji[6][7]. FEP i PFA również mogą pracować w zbliżonym zakresie – według danych z przemysłu, w wielu środowiskach chemicznych FEP i PFA sprawdzają się do 260°C (500°F), podobnie jak PTFE[8]. (FEP ma nieco niższą dopuszczalną temperaturę ciągłą – typowo do ok. 200°C – lecz PFA dorównuje PTFE z ciągłą temperaturą pracy ~260°C[9]). W przeciwieństwie do większości powłok żywicznych, fluoropolimerowe nie ulegają zniszczeniu w mrozie – pozostają ciągliwe nawet w bardzo niskich temperaturach (poniżej -50°C).

Właściwości mechaniczne: Warto zauważyć, że pomimo znakomitej odporności chemicznej i termicznej, czyste powłoki fluoropolimerowe są stosunkowo miękkie i podatne na uszkodzenia mechaniczne. PTFE ma bardzo niski współczynnik tarcia (porównywalny do tarcia lodu o lód)[10], jednak jest materiałem o niskiej twardości – łatwo się rysuje i ściera pod wpływem cząstek ściernych lub uderzeń. Występuje także zjawisko pełzania (odkształcania pod stałym obciążeniem) – PTFE potrafi “płynąć zimno” pod naciskiem[11]. W praktyce oznacza to, że powłoka teflonowa nie wzmocni mechanicznie konstrukcji – wymaga ona stabilnego podparcia (podłoża), a w zastosowaniach z erozyjnymi mediami (np. zawiesiny ścierne) istnieje ryzyko erozji i ścierania powłoki[12]. W razie lokalnego uszkodzenia powłoki fluoropolimerowej jej naprawa in situ jest bardzo trudna – zazwyczaj wymaga wycięcia i wstawienia nowego fragmentu wykładziny lub odesłania elementu do ponownego powleczenia w warunkach fabrycznych[12]. Mimo tych ograniczeń, w warunkach prawidłowej eksploatacji (bez uszkodzeń mechanicznych) powłoki PTFE/PFA są bardzo trwałe – praktycznie nie starzeją się chemicznie nawet przez kilkadziesiąt lat, o ile nie przekracza się ich limitów termicznych.

Metody nanoszenia (wyłożenie, natrysk, wygrzewanie)

1. Mechaniczne wykładziny (lining) – W przypadku dużych zbiorników często stosuje się wykładanie ich wnętrza arkuszami fluoropolimeru. Może to być tzw. luźna wykładzina (nieprzyklejana, utrzymywana mechanicznie), choć częściej używa się wykładzin bondowanych do ścian zbiornika. Typowym przykładem są elastyczne wykładziny z PVC używane w mniej wymagających aplikacjach, natomiast dla wyższych temperatur i agresywniejszych mediów stosuje się wykładziny z fluoropolimerów takich jak PVDF, ETFE, ECTFE, FEP, PTFE, PFA, nakładane fabrycznie na przygotowaną powierzchnię stali[13]. Technologia polega zwykle na przyklejeniu arkusza tworzywa do ścian zbiornika za pomocą systemu klej + podkładka z tkaniny (np. z włókna szklanego). Podkład z tkaniny zostaje zaimpregnowany żywicznym klejem i umieszczony między metalem a folią fluoropolimeru; następnie w procesie laminacji na gorąco warstwy zostają trwale spojone[14]. Taka warstwowa wykładzina jest sztywno związana ze ścianką zbiornika, co zapobiega podciekaniu cieczy pod folię. W przypadku luźnych wykładzin (rzadziej stosowanych) fluoropolimerowa folia z zgrzewanymi szwami jest po prostu włożona do zbiornika – ich zaletą jest niższy koszt, ale istnieje ryzyko gromadzenia się płynu korozyjnego między wkładką a ścianą zbiornika, dlatego preferowane są systemy klejone lub kotwione.

2. Natrysk powłok fluoropolimerowych – Fluoropolimery można również nanosić w postaci powłoki malarskiej, jednak wymaga to specjalnych procesów. PTFE z uwagi na niemal niemożliwość klasycznego przetwórstwa topienia (wysoka lepkość w temp. topnienia) jest dostępny jako wodna dyspersja drobnych cząstek, którą nanosi się podobnie do farby. Po odparowaniu nośnika i wstępnym podsuszeniu warstwy, element podgrzewa się do temperatury spiekania (~380–400°C), aby cząstki PTFE stopiły się ze sobą w jednorodną powłokę. FEP i PFA, dzięki termoplastyczności, są dostępne także w formie proszków lub zawiesin, które po natryśnięciu można stopić (wytopić) w piecu w niższej temperaturze (typowo 300–340°C). Zwykle przemysłowe systemy powłok fluoropolimerowych składają się z podkładu (primer) i warstwy wierzchniej, czasem kilku warstw, aby zbudować odpowiednią grubość[15]. Podkład często zawiera żywicę poprawiającą przyczepność do metalu, ponieważ czysty PTFE niemal nie przywiera do podłoża (ma bardzo niską energię powierzchniową)[3]. Kolejne warstwy teflonu (np. łączna grubość 500–1000 μm) nakłada się z suszeniem i wygrzewaniem każdej z nich. Dostępne są także metody fluidyzacyjne i elektrostatyczne: drobne elementy można zanurzać w fluidyzowanym złożu proszku PTFE rozgrzanego elementu (proszek topi się na jego powierzchni) lub napylać elektrostatycznie proszek na uziemione podłoże, a następnie wygrzewać.

3. Wygrzewanie (utwardzanie termiczne) – Niezależnie od metody nakładania, powłoka fluoropolimerowa wymaga etapu wygrzewania w wysokiej temperaturze. Proces ten można porównać do wypiekania emalii: w piecu konwekcyjnym lub indukcyjnym następuje spieczenie warstwy, czyli stopienie cząstek fluoropolimeru i ich związanie w ciągły film. PTFE spieka się ok. 380–400°C (powyżej punktu topnienia 327°C), a czas wygrzewania zależy od grubości powłoki (od kilkudziesięciu minut do kilku godzin). FEP topi się już przy ok. 260°C, zatem jego powłoki wymagają wygrzewania właśnie w okolicach 270–280°C (co wystarcza do uzyskania gładkiej, nieporowatej warstwy)[9][16]. PFA topi się w podobnym zakresie co PTFE (ok. 300°C) – proces wygrzewania jest więc zbliżony (zwykle ~340°C, by obniżona lepkość PFA zapewniła rozpływ powłoki).

Wymagania procesowe (temperatura, czas, atmosfera)

Temperatura i czas: Jak wspomniano, aplikacja powłok fluoropolimerowych jest procesem wysokotemperaturowym. Konieczność rozgrzania elementu do ~280–400°C oznacza, że zastosowanie tych powłok ogranicza się do warunków fabrycznych lub specjalnych autoklawów/pieców przemysłowych. Małe i średnie elementy (np. wymienniki ciepła, mieszadła, rury) można umieścić w piecu i wypalić powłokę. W przypadku dużych zbiorników przenośnych stosuje się czasem ruchome piece lub nagrzewnice in situ, choć jest to skomplikowane i kosztowne. Dlatego dla zbiorników o dużych gabarytach częściej wybiera się metodę wykładzin z arkuszy (bondowanych klejem), która nie wymaga nagrzewania całej konstrukcji do kilkuset stopni.

Atmosfera procesu: Wygrzewanie teflonu zazwyczaj odbywa się w powietrzu atmosferycznym – polimery te są odporne na utlenianie do ok. 370°C. Należy jednak ściśle kontrolować temperaturę, gdyż przegrzanie (>400°C) może powodować rozkład PTFE i wydzielanie toksycznych gazów (np. fluorowane związki, które są niebezpieczne dla zdrowia). Piece do wygrzewania muszą mieć dobrą wentylację. Przy aplikacji natryskowej (np. farby teflonowej) stosuje się utleniające piece konwekcyjne, aby usunąć spoiwa organiczne i wodę przed stopieniem polimeru – może to wymagać etapowego grzania (np. wstępne suszenie w 100–120°C, potem wygrzewanie właściwe 350+°C). Atmosfera obojętna (azot) jest rzadko wymagana, chyba że specyficzna formuła powłoki tego potrzebuje; większość systemów korzysta ze standardowego pieca.

Przygotowanie powierzchni: Wymogi dotyczą też stanu podłoża – stalowy zbiornik musi być wytrawiony/piaskowany do białego metalu (czystość klasy Sa 2½–3) przed nałożeniem powłoki. Chropowatość powierzchni zwiększa przyczepność mechanicznego zakotwienia powłoki. Każda niedoskonałość czy zanieczyszczenie może skutkować miejscowym odspojeniem teflonu (tzw. pęcherzem) podczas eksploatacji.

Metody utwardzania lub topienia

Fluoropolimerowe powłoki nie utwardzają się chemicznie, w odróżnieniu od żywic epoksydowych czy winyloestrowych. Utwardzanie polega na topieniu (fuzji) termicznej polimeru. W przypadku PTFE mówimy o spiekaniu – materiał ten nie ma klasycznego stanu ciekłego (bardzo wysoka lepkość stopu), lecz cząstki łączą się w temperaturze powyżej punktu topnienia krystalitów (~327°C). Dla FEP/PFA proces to wytapianie (firing) – podgrzanie powyżej temperatury topnienia powoduje rozpłynięcie polimeru i utworzenie gładkiej, nieporowatej warstwy[16]. Po ostygnięciu powłoka staje się z powrotem stała. Ważne jest kontrolowane chłodzenie, aby uniknąć naprężeń. Nie stosuje się tu żadnych utwardzaczy czy inicjatorów – jedynym czynnikiem sieciującym jest temperatura.

Czasami fluoropolimery łączy się z tradycyjnymi spoiwami tworząc powłoki hybrydowe utwardzane wieloetapowo. Przykładowo, w tzw. systemach “resin bonded” fluoropolimer (PTFE/FEP w formie mikroproszku) jest zawieszony w matrycy żywicznej. Po aplikacji żywica utwardza się (chemicznie), tworząc lepiszcze, a część cząstek teflonu migruje ku powierzchni powłoki, nadając jej właściwości ślizgowe i chemoodporne[17]. Takie systemy pozwalają nakładać powłoki w niższych temperaturach (np. 150–200°C dla utwardzenia żywicy), choć zazwyczaj ustępują czysto fluoropolimerowym pod względem odporności chemicznej.

Podsumowanie fluoropolimerów: Powłoki z PTFE, PFA, FEP oferują najlepszą możliwą ochronę chemiczną (praktycznie uniwersalna odporność chemiczna) i najwyższą odporność termiczną spośród polimerów[18][6]. Są one jednak trudne w aplikacji – wymagają wysokich temperatur i fachowego sprzętu – oraz drogie (zarówno materiał, jak i proces nakładania są kosztowne)[19]. Ich właściwości mechaniczne (twardość, odporność na ścieranie) są ograniczone; często łączy się je z innymi warstwami lub stosuje tylko tam, gdzie wystarczająca jest ochrona chemiczna i termiczna, a ryzyko uszkodzeń mechanicznych jest minimalne.

2. Inne alternatywne powłoki chemoodporne

W praktyce inżynierskiej poza fluoropolimerami stosuje się szereg powłok organicznych i elastomerowych, które – choć nie tak uniwersalne jak teflon – zapewniają wystarczającą odporność w wielu zastosowaniach, przy mniejszych kosztach i łatwiejszej aplikacji. Poniżej omówiono główne typy: powłoki epoksydowe, winylowe (żywice winyloestrowe), elastomerowe (np. poliuretanowe, polimocznikowe) oraz gumowe wykładziny. Wspomniano ich odporność chemiczną, łatwość nakładania oraz porównano koszty i trwałość.

Powłoki epoksydowe

Charakterystyka: Powłoki epoksydowe bazują na żywicach epoksydowych utwardzanych chemicznie (zazwyczaj poliaminami lub utwardzaczami aminowymi). Po zmieszaniu dwóch komponentów następuje reakcja sieciowania, w wyniku której powstaje twardy, nierozpuszczalny i nietopliwy materiał (termoutwardzalny).

Odporność chemiczna: Typowe wykładziny epoksydowe cechują się bardzo dobrą ogólną odpornością chemiczną – są odporne na wodę, roztwory soli, wiele rozpuszczalników organicznych i słabsze kwasy/zasady[20][21]. Epoksydy świetnie znoszą kontakt z alkalicznymi mediami (np. roztwory wodorotlenków) oraz większością rozpuszczalników organicznych i paliw. Nieco gorzej radzą sobie z silnymi kwasami, szczególnie utleniającymi (stężony kwas azotowy, chromowy) – w takich środowiskach standardowe powłoki epoksydowe ulegają stosunkowo szybkiemu uszkodzeniu (np. zwęgleniu). Dostępne są jednak specjalne formulacje epoksydowe na bazie żywic novolac (epoksyd fenolowy), które znacząco poprawiają odporność na kwasy i podwyższają temperaturę pracy powłoki. Przykładowo, modyfikowane powłoki epoksydowe potrafią wytrzymać zanurzenie w chemikaliach w temp. do ~160°C[22], co czyni je odpowiednimi do wielu gorących mediów procesowych (choć nadal poniżej możliwości teflonu). Ogólnie epoksyd uznaje się za bardzo odporny chemicznie polimer, ale nie tak “uniwersalny” jak fluoropolimer – przed zastosowaniem należy sprawdzić kompatybilność z konkretnym odczynnikiem i jego temperaturą.

Właściwości fizyczne: Powłoki epoksydowe po utwardzeniu są twarde i sztywne. Cechuje je wysoka wytrzymałość mechaniczna i przyczepność do różnych podłoży (metalu, betonu)[23]. Dzięki temu dobrze znoszą ścieranie (istnieją wersje wypełnione ceramicznie o znakomitej odporności na erozję – stosowane np. w pompach, rurociągach zawiesin)[24]. Wadą jest kruchość – epoksyd nie jest elastyczny, może pękać przy uderzeniach lub pracy konstrukcji (np. jeśli stal mocno pracuje pod wpływem zmian temperatury, sztywna powłoka może pękać)[25]. Dlatego przy drganiach lub odkształceniach lepiej sprawdzają się powłoki elastyczne (gumowe, poliuretanowe).

Aplikacja: Nakładanie wykładzin epoksydowych jest stosunkowo proste w warunkach polowych i fabrycznych. Dostępne są formuły pędzlarskie, wałkowe lub do natrysku airless – od cienkich powłok malarskich (kilkadziesiąt mikronów) po grubopowłokowe systemy 2-3 warstwowe o łącznej grubości 500–1000 μm (0,5–1 mm) na sucho. Przed aplikacją stal należy dokładnie oczyścić (śrutowanie do poziomu SA 2½) podobnie jak dla teflonu[26], bo epoksyd wymaga czystego, chropowatego podłoża dla dobrego związania. Po nałożeniu powłoka sieciuje w temperaturze pokojowej – typowy czas utwardzania wynosi od kilku godzin (systemy szybkie) do kilkudziesięciu godzin. Pełne utwardzenie i uzyskanie odporności chemicznej może zająć 7 dni (lub można przyspieszyć podgrzewając powłokę np. 60°C przez kilka godzin). Nie jest potrzebny piec ani autoklaw – jest to duża zaleta powłok epoksydowych. W trakcie utwardzania należy jedynie utrzymać odpowiednie warunki (minimalna temperatura zwykle >10°C, niska wilgotność, dobra wentylacja jeśli rozpuszczalnikowe). Istnieją powłoki epoksydowe 100% stałych cząstek (bezosolwentowe), co eliminuje emisję LZO i pozwala nakładać grube warstwy jednorazowo (niektóre specjalistyczne epoksydy nakłada się pacą w warstwie 6–10 mm do renowacji zniszczonych powierzchni betonowych i stalowych).

Koszt i trwałość: Powłoki epoksydowe są szeroko dostępne i relatywnie niedrogie. Cena żywic epoksydowych jest wyższa od poliestrowych/winyloestrowych, ale nadal niższa niż fluoropolimerów. Koszt aplikacji to głównie przygotowanie powierzchni (piaskowanie) i robocizna malarska – standardowe prace dla ekip antykorozyjnych. Trwałość zależy od agresywności środowiska: w umiarkowanych warunkach (np. kwasy o średnim stężeniu, temperatura <60°C) epoksyd może chronić przez wiele lat (10+). W bardzo ciężkich warunkach (np. zbiornik z 98% H₂SO₄ w 80°C) powłoka epoksydowa może wytrzymać tylko kilka miesięcy, jeśli w ogóle – w takich zastosowaniach sięga się raczej po winyloestry, gumę lub fluoropolimery. Orientacyjnie, w zastosowaniach w kontakcie z silnymi kwasami, powłoki żywiczne (epoksydowe/winyloestrowe) mają żywotność rzędu 3–7 lat, podczas gdy alternatywna wykładzina gumowa nawet 10–15 lat[27][28]. Oczywiście dużo zależy od konkretnej formulacji i warunków (np. epoksyd fenolowy wytrzyma dłużej w kwasie niż zwykły epoksyd bisfenolowy).

Powłoki winylowe (żywice winyloestrowe)

Charakterystyka: Żywica winyloestrowa to hybryda epoksydu i poliestru – chemicznie jest to żywica epoksydowa z zakończeniami winylo- (akrylowymi), utwardzana poprzez polimeryzację rodnikową (podobnie jak poliestry). Z tego powodu bywa zaliczana do grupy „poliestrowych”, ale ma znacznie lepsze właściwości niż typowe poliestry nienasycone. Wykładziny winyloestrowe łączą dobrą wytrzymałość i adhezję epoksydów z odpornością chemiczną poliestrów, dając materiał idealny do środowisk korozyjnych.

Odporność chemiczna: Powłoki winyloestrowe wyróżniają się znakomitą odpornością na silnie korozyjne chemikalia – w tym stężone kwasy i zasady[29]. Są one standardem w przemyśle do wykładania zbiorników na kwas siarkowy, solny, podchloryn, ługi itp. Winylester przewyższa typowy epoksyd w odporności kwasowej (np. w 98% H₂SO₄ żywica winyloestrowa wytrzyma dłużej). Również odporność na ługi jest bardzo dobra. Pod względem odporności rozpuszczalnikowej – radzi sobie dobrze z większością rozpuszczalników organicznych, choć bardzo silne rozpuszczalniki mogą go nieco pęcznieć (podobnie jak epoksyd). W porównaniu do czystych poliestrów nienasyconych, winyloestr znacznie lepiej znosi środowiska chemiczne (poliester szybko ulega hydrolizie w kwasach/ługach, a winylester jest stabilny). W praktyce przy projektowaniu zbiorników z kompozytów lub powłok chemoodpornych uznaje się, że winyloestr jest właściwym wyborem, gdy priorytetem jest odporność korozyjna przy rozsądnych kosztach[30]. Epoksyd stosuje się raczej tam, gdzie kluczowa jest najwyższa wytrzymałość mechaniczna i adhezja (np. konstrukcje), natomiast w zbiornikach chemicznych to winyloester uchodzi za standard z uwagi na doskonałą odporność chemiczną i relatywnie niższą cenę[30].

Właściwości fizyczne: Utwardzony winyloester jest materiałem twardym i dość sztywnym, choć nieco bardziej udarnym niż czysty epoksyd (ma odrobinę lepszą odporność na pękanie). Jego wytrzymałość i adhezja do podłoża są dobre, choć nie aż tak jak epoksydu (epoksydy wciąż górują w kategoriach wytrzymałości mechanicznej i przyczepności)[21]. Winylester wykazuje pewien skurcz przy utwardzaniu (większy niż epoksyd, mniejszy niż poliester)[31] – to oznacza tworzenie się naprężeń własnych powłoki podczas sieciowania. Może to skutkować mikrospękaniami, jeśli powłoka jest gruba lub utwardza się bez dodatków. Często w formulacjach powłok winyloestrowych dodaje się wypełniacze (np. płatki szklane), które zmniejszają skurcz i poprawiają szczelność powłoki. Powłoki winyloestrowe z płatkiem szklanym są szeroko stosowane – płatki tworzą barierę ograniczającą dyfuzję chemikaliów. Należy jednak pamiętać, że systemy flake mogą być kruche, jeśli żywica jest niewłaściwie utwardzona lub zbyt gruba[32]. W literaturze opisano, że powłoki winyloestrowe wzmacniane szkłem bywają podatne na pękanie przy uderzeniach oraz mogą mieć obniżoną przyczepność w porównaniu do czystego epoksydu[32]. Mimo to, ich odporność chemiczna jest znakomita, więc są używane np. do zabezpieczania basenów chemicznych, wnętrz rurociągów i zbiorników.

Aplikacja: Żywice winyloestrowe nakłada się podobnie jak powłoki poliestrowe. Są to systemy najczęściej wielowarstwowe: podkład, 2–3 warstwy laminatu z maty szklanej nasączonej winyloestrem (jeśli wymagana większa grubość >1 mm), a na koniec warstwa wierzchnia tzw. topcoat. Utwardzanie zachodzi w temperaturze pokojowej poprzez dodatek inicjatora (np. nadtlenku) i przyspieszacza (np. kobaltu). Kluczowe jest, aby ostatnia warstwa utwardzała się bez dostępu tlenu (bo utwardzanie winyloestru jest hamowane przez tlen z powietrza, tworząc lepką warstewkę powierzchniową)[33]. Często dodaje się do topcoatu wosk parafinowy, który migrując na powierzchnię odcina dopływ tlenu, zapewniając pełne utwardzenie. Alternatywnie można po utwardzeniu spłukać lepki film i nałożyć dodatkową warstwę utwardzającą. Metody nakładania obejmują laminowanie ręczne (pędzel + wałek do odpowietrzania maty) gdy stosuje się zbrojenie z włókna, albo natrysk bezpowietrzny specjalnymi pompami (do żywic o wysokiej lepkości) w przypadku powłok nie zbrojonych. Grubości są z reguły większe niż epoksydowych – typowo 1–5 mm (1000–5000 μm) w zależności od wymagań chemicznych. Po utwardzeniu w temperaturze pokojowej (ok. 24–48 godzin) powłoka zwykle wymaga sezonowania przed ekspozycją na bardzo agresywne chemikalia – pełne reakcje utwardzania i usieciowania mogą trwać kilka dni w temperaturze pokojowej lub można przyspieszyć to wygrzewając powłokę (np. 80°C przez kilka godzin), jeśli obiekt na to pozwala. W odróżnieniu od gumy czy teflonu, nie potrzeba autoklawu – wystarczy zapewnić właściwe warunki klimatyczne podczas sieciowania (temp. ~20°C, umiarkowana wilgotność).

Koszt i trwałość: Żywice winyloestrowe są tańsze od epoksydowych (co jest jednym z powodów ich popularności w dużych aplikacjach)[34][35]. Ich aplikacja jest szybsza niż gumy (brak długiego wulkanizowania) i nie wymaga specjalistycznego sprzętu jak teflon. Dlatego koszt jednostkowy powłoki winyloestrowej jest zwykle niższy niż gumowej czy fluoropolimerowej. Według danych branżowych, powłoka winyloestrowa (np. o grubości ~0,5–0,8 mm) może być o kilkadziesiąt procent tańsza za m² od wykładziny gumowej 6 mm[36]. Trwałość – jak wspomniano – 3–7 lat w ciężkich warunkach to orientacyjna wartość[37], ale wiele instalacji pracuje >10 lat bez uszkodzeń (przy umiarkowanych warunkach). Konieczne są regularne inspekcje powłok winyloestrowych (np. co 2 lata) pod kątem pęknięć czy pęcherzy, szczególnie gdy zbiornik pozostaje długo wyłączony z użytku. W odróżnieniu od gumy, powłoki winyloestrowe nie ulegają uszkodzeniu gdy zbiornik jest pusty i suchy – mogą stać otwarte bez medium procesowego i nie wpływa to negatywnie na nie (guma może wysychać/pękać, o czym dalej)[38].

Powłoki elastomerowe (poliuretanowe, polimocznikowe)

Pod pojęciem powłok elastomerowych rozumiemy tutaj powłoki tworzące elastyczną, gumopodobną warstwę, zdolną do rozciągania i pochłaniania uderzeń bez pękania. Najpopularniejsze w tej kategorii są powłoki poliuretanowe oraz polimocznikowe (polyurea). Są one szeroko stosowane nie tylko w przemyśle chemicznym, ale też np. w budownictwie (membrany hydroizolacyjne) i w górnictwie (odporne wykładziny). Ich wspólną cechą jest ciągliwość i wysoka odporność udarowa, przy jednoczesnej dobrej przyczepności do podłoża.

Poliuretany (PUR): Powłoki poliuretanowe powstają z reakcji polioli z izocyjanianami. W wersjach powłokowych zwykle są to systemy dwuskładnikowe mieszane tuż przed aplikacją. Ich zaletą jest połączenie elastyczności z dobrą odpornością chemiczną i pogodową. Powłoki PUR są znane z doskonałej odporności na uderzenia i ścieranie, co ma znaczenie np. w zbiornikach, gdzie występuje ruch medium lub obijanie (pływające elementy, mieszadła)[39]. Odporność chemiczna poliuretanów jest dobra na wiele mediów, ale ograniczona w stosunku do epoksydów: poliuretany dobrze znoszą wodę (często stosowane jako powłoki zewnętrzne zbiorników, dachy, itp.), surową ropę naftową, benzynę, oleje, ale w kontakcie z silnymi kwasami mogą ulegać hydrolizie lub pęcznieniu. Istnieją specjalne poliasparginianowe powłoki PUR do posadzek chemoodpornych, czy hybrydy PUR-epoksyd, które poprawiają odporność chemiczną. Generalnie jednak czysty poliuretan nie dorównuje epoksydowi czy winyloestrowi w kwasoodporności, więc rzadziej stosuje się go do ciągłego kontaktu z mocnymi kwasami. Za to świetnie sprawdza się w aplikacjach wymagających elastyczności i odporności na czynniki atmosferyczne (promieniowanie UV, skoki temperatury) – jest odporny na starzenie pod wpływem słońca (epoksydy kredowieją na UV). Dlatego poliuretany często pokrywają zewnętrzne powierzchnie aparatury chemicznej jako warstwa ochronna. Aplikacja poliuretanów jest podobna do epoksydów – najczęściej natrysk lub wałek, przy czym wiele z nich utwardza się szybciej (kilka godzin) dając względnie cienkie, ale elastyczne powłoki (grubość typ. 200–500 μm). Nie wymagają wypalania ani wysokiej temp., chociaż wilgotność powietrza musi być kontrolowana (izocyjaniany reagują z wodą). Powłoki poliuretanowe są dostępne także w wersjach jednoskładnikowych (wilgocioutwardzalne), używanych np. do powłok zbiorników przeciwko korozji pod izolacją.

Polimoczniki (polyurea): Powłoki polimocznikowe to bardzo szybko utwardzające się elastomery powstałe z reakcji izocyjanianów z aminami. Ich czas reakcji to sekundy, dlatego nakłada się je metodą natrysku specjalnymi reaktorami wysokociśnieniowymi. Dają powłokę, którą można chodzić po kilkudziesięciu sekundach od natryśnięcia! Zalety polimoczników: tworzą grubą, bezszwową membranę o znakomitej szczelności i elastyczności, ściśle przylegającą do podłoża[40]. Świetnie mostkują rysy i pęknięcia – nawet przy ruchach podłoża polimocznik nie pęka, rozciąga się i utrzymuje barierę. Mają też bardzo dobrą odporność na ścieranie i erozję, porównywalną z gumą (stąd np. stosuje się je jako powłoki wewnątrz rurociągów z piaskiem, wykładziny skrzyń załadunkowych, itp.). Odporność chemiczna polimoczników jest zazwyczaj dobra na szerokie spektrum umiarkowanie agresywnych mediów – są odporne na wodę morską, ścieki, ropę, wiele nawozów, rozcieńczone kwasy/zasady. Jednak do długotrwałej ekspozycji na stężone kwasy lub rozpuszczalniki aromatyczne trzeba dobierać specjalne formulacje. Ich odporność temperaturowa jest ograniczona – typowe polimoczniki pracują do ok. 70–90°C (powyżej mogą mięknąć lub starzeć się). Aplikacja polimoczników wymaga specjalistycznego sprzętu: agregat dwukomponentowy podgrzewający składniki (do ok. 60–70°C) i mieszający je w momencie rozpylania. Obsługa wymaga doświadczonej ekipy, jednak sam proces jest bardzo szybki – duży zbiornik można pokryć w kilka godzin warstwą 2–3 mm grubości, która w ciągu następnej godziny uzyskuje pełne utwardzenie. To ogromna przewaga, gdy zależy na minimalizacji przestojów (np. naprawy awaryjne). Koszt materiału polimocznikowego jest stosunkowo wysoki, ale rekompensuje to szybkość aplikacji (mniej roboczogodzin) i długa żywotność. Polimoczniki często używane są w oczyszczalniach ścieków, zbiornikach ppoż., secondary containment (niecek bezpieczeństwa), pokryciach betonów – wszędzie tam, gdzie potrzebna jest nieprzepuszczalna membrana i odporność na mieszane czynniki chemiczne. W przemyśle chemicznym polimocznik bywa alternatywą dla gumy, jeśli medium nie jest skrajnie agresywne a potrzeba szybkiego wykonania i elastyczności.

Koszt i trwałość elastomerów: Zarówno poliuretany, jak i polimoczniki, plasują się cenowo pomiędzy epoksydami a gumą. Materiał jest droższy od żywic epoksydowych, ale aplikacja szybsza, więc całkowity koszt projektu bywa porównywalny. Trwałość w warunkach atmosferycznych i umiarkowanych chemicznie jest świetna – powłoki te mogą służyć >10 lat. W bardzo ciężkich chemicznie warunkach (ciągłe zanurzenie w stężonych kwasach) raczej się ich nie stosuje, więc trudno porównać. W typowych zastosowaniach (woda, solanki, ścieki, itp.) przewyższają trwałością powłoki sztywne, bo nie pękają (zwykle awarie wynikają z mechanicznego uszkodzenia punktowego, które można łatwo naprawić – polimocznik/poliuretan daje się relatywnie prosto załatać przez ponowny natrysk, choć wymaga to znów maszyny).

Powłoki gumowe (wykładziny gumowe)

Charakterystyka: Wykładziny gumowe to tradycyjna metoda ochrony przeciwkorozyjnej w przemyśle chemicznym, stosowana od dziesięcioleci. Polega na wyłożeniu wnętrza zbiornika lub aparatu arkuszami gumy (naturalnej lub syntetycznej), które następnie są wulkanizowane w celu uzyskania ciągłej, elastycznej powłoki. Stosuje się różne rodzaje gum w zależności od medium: np. guma naturalna miękka lub twarda (ebonit) dla kwasów nieutleniających, guma butylowa/chlorobutylowa dla stężonego H₂SO₄, neopren dla kwasów utleniających i zasad, EPDM dla gorących ługów, itd. Dobór elastomeru jest kluczowy, bo odporność chemiczna gumy jest specyficzna dla danego polimeru (np. naturalna guma świetna na kwas solny, ale słaba na rozpuszczalniki ropopochodne; neopren odporny na oleje i ozon, ale nie na stężony HNO₃, itp.).

Odporność chemiczna: Generalnie, wykładziny gumowe zapewniają bardzo wysoką odporność na kwasy – zwłaszcza kwasy mineralne (solny, siarkowy, fosforowy) praktycznie nie atakują odpowiednio dobranej gumy. Guma nie ulega korozji chemicznej, może jedynie pęcznieć w niektórych mediach. Na przykład butyl jest prawie nieprzepuszczalny dla gazów i bardzo odporny na przenikanie kwasów, dlatego jest używany przy kwasie siarkowym i fluorowodorowym. Naturalna guma (miękka) ma wyjątkową odporność na ścieranie i dobrze radzi sobie z rozcieńczonymi kwasami, ale w stężonych wymaga utwardzenia (ebonit). Ebonit (hard rubber) to prawie w 100% zwulkanizowana guma naturalna – jest twardy, kruchy, ale nadzwyczaj odporny chemicznie; stosuje się go np. na elementy aparatury kontaktujące się z kwasem azotowym czy chromowym, gdzie inne polimery zawiodą. Zasady: tu z kolei najlepiej sprawdzają się gumy nienasycone jak EPDM (np. 50% NaOH jest ok dla EPDM). Rozpuszczalniki organiczne: większość gum pęcznieje w węglowodorach – tu prym wiedzie guma fluorowa (Viton), choć ta z kolei słabiej radzi sobie z silnymi kwasami. Reasumując, prawidłowo dobrana guma może wytrzymać długotrwały kontakt nawet z najbardziej agresywnymi chemikaliami, gdzie typowe powłoki żywiczne uległyby zniszczeniu. Należy jednak uwzględnić, że guma jest materiałem przepuszczalnym (dyfuzyjnym) – np. z czasem cząsteczki gazów czy małych molekuł kwasu mogą powoli przenikać przez wykładzinę do metalu. W rezultacie guma nie zawsze jest w 100% niezawodna w długim horyzoncie – przy bardzo surowych warunkach może dojść do utajonej korozji pod wykładziną, jeśli powłoka nie była perfekcyjnie zwulkanizowana[41]. Mimo to, w praktyce przemysłowej gumowe wykładziny są uznawane za jedne z najskuteczniejszych barier przy transporcie i magazynowaniu silnych kwasów.

Właściwości mechaniczne: Elastyczność i udarność gumy są znakomite – to materiał najbardziej odporny na uderzenia i ruchy podłoża spośród omawianych powłok. Guma ugina się i powraca do kształtu pod wpływem uderzenia, dzięki czemu nie ulega trwałemu uszkodzeniu tam, gdzie sztywne powłoki popękałyby[42]. Ma także najlepszą odporność na ścieranie erozyjne – np. w rurociągach hydrotechnicznych wykładziny gumowe przewyższają stal w odporności na erozję zawiesiną. Miękka guma “amortyzuje” cząstki stałe, podczas gdy twarde powłoki są przez nie wyszczerbywane. Guma działa też jako izolator wibracji i dźwięku – gumowa wykładzina w zbiorniku redukuje hałas i drgania podczas przepływu medium[43]. Wady mechaniczne gumy: jest mniej odporna na wysoką temperaturę (mięknie, traci własności sprężyste powyżej pewnej temp.), a także może twardnieć i pękać przy starzeniu oksydacyjnym (np. długie wystawienie na działanie tlenu, ozonu w wysokiej temp. powoduje utlenianie i spękanie gumy). Zakres temp. pracy gumowych wykładzin to zwykle do ~90°C dla miękkich gum i do ~120°C dla ebonitu; powyżej tych temperatur guma szybko się degraduje (zwłaszcza w obecności czynnika utleniającego). Ponadto guma nie jest tak twarda jak epoksyd – łatwo przeciąć lub przebić ostrym narzędziem – dlatego podczas montażu czy czyszczenia zbiornika trzeba uważać, by jej nie uszkodzić mechanicznie.

Aplikacja (montaż wykładzin gumowych): Proces wykładania zbiornika gumą jest stosunkowo złożony i wymaga wysoko wykwalifikowanych ekip. Zwykle przebiega to w następujących krokach: 1. Przygotowanie powierzchni stalowej – piaskowanie do białego metalu (bez tego guma nie przyklei się dobrze), gruntowanie specjalnym klejem (np. na bazie żywicy fenolowej lub chloroprenu) lub naniesienie cienkiej warstwy podkładowej z ebonitu. 2. Wyklejanie gumą – arkusze surowej (niezwulkanizowanej) gumy są docinane i przyklejane na styk do wewnętrznych powierzchni zbiornika przy użyciu kleju kontaktowego. Stosuje się wałkowanie, by usunąć pęcherze powietrza. Grubość wykładziny wynosi typowo 3–6 mm (dla bardzo agresywnych mediów nawet 10–12 mm). 3. Obróbka połączeń – łączenia arkuszy (zakładki lub styk) uszczelnia się i wygładza ręcznie (czasem wulkanizatem w postaci sznura wciśniętego w rowek na krawędzi arkusza). 4. Wulkanizacja – po ułożeniu całości wykładziny, gumę trzeba zwulkanizować (utwardzić). Są dwie metody: – Wulkanizacja termiczna (parowa): Cały zbiornik umieszcza się w autoklawie/parowniku lub podłącza do niego instalację parową i podgrzewa parą wodną pod ciśnieniem przez określony czas (typowo 24–48 godzin w temp. ~120–140°C)[44]. Para może być wytwarzana np. przez przenośny kocioł parowy. Po ostygnięciu guma jest trwale zwulkanizowana. – Wulkanizacja chemiczna (na zimno): Stosuje się specjalne mieszanki gumowe, które utwardzają się samoistnie w ciągu ~7 dni od aplikacji, wskutek dodatku akceleratorów i utleniaczy (tzw. chemcuring)[44]. Metoda ta eliminuje potrzebę ogrzewania, lecz daje nieco niższą jakość powłoki (wulkanizacja „na gorąco” zapewnia lepsze właściwości). Chemicznie wulkanizowana guma może być dopuszczona np. do kontaktu z wodą pitną (brak śladu siarki ze zwykłego procesu). Zaletą jest brak kosztu autoklawu, wadą – długi czas oczekiwania i potencjalnie krótsza żywotność. 5. Kontrola jakości – gotową wykładzinę testuje się iskrownikiem (detektorem przebicia) na ewentualne pory lub nieszczelności. Wszystkie krawędzie, kołnierze itd. są dokładnie sprawdzane.

Czas i trudność: Montaż gumy jest pracochłonny i trwa dłużej niż malowanie żywicą[45]. Zwłaszcza jeśli wymagane jest zorganizowanie dużego autoklawu lub obiegu pary, co logistycznie bywa wyzwaniem na placu budowy. W przypadku dużych zbiorników często buduje się je w częściach, wykłada gumą i wulkanizuje sekcje w fabryce, a następnie łączy na miejscu (co wymaga kolejnego wulkanizowania spoin – stosuje się czasem przenośne komory do wulkanizacji lokalnej). Alternatywnie, jeśli autoklaw jest niemożliwy, używa się gum utwardzanych na zimno mimo ich nieco gorszych parametrów. Ograniczeniem jest też temperatura aplikacji – w przeciwieństwie do farb, gumę można kleić tylko w zakresie umiarkowanych temp. (zbyt zimno – klej nie wiąże, zbyt gorąco – trudno układać arkusze).

Koszt i trwałość: Wykładziny gumowe należą do najdroższych rozwiązań początkowo, ale rekompensują to długą żywotnością. Według danych, koszt materiału i instalacji gumy półtwardej 1/4″ (6 mm) to ok. $38–90 za stopę kw., podczas gdy powłoki winyloestrowej 0,5 mm – $26–63/stopę kw.[36]. Oznacza to, że inwestycyjnie guma może kosztować do ~1,5 raza więcej niż powłoka żywiczna. Jej żywotność jest jednak około dwukrotnie dłuższa (10–15 lat vs 3–7 lat w ciężkich warunkach)[28], co w cyklu życia często przemawia na korzyść gumy. Wadą jest potrzeba okresowego zwilżania/utrzymania – gumowe wykładziny nie powinny pozostawać długo suche, bo mogą tracić elastyczność i pękać[38]. Zbiorników z gumą nie zostawia się pustych na lata; jeśli muszą stać puste, zaleca się co jakiś czas je przepłukać by utrzymać wilgotność wykładziny. W trakcie eksploatacji prawidłowo wykonana guma nie wymaga szczególnej obsługi – jest praktycznie bezobsługowa (kontrole co 3–5 lat wystarczają)[38]. Naprawy są możliwe: miejscowo uszkodzoną gumę można naprawić przez ponowne zwulkanizowanie łaty lub zastosowanie łaty z gumy wstępnie zwulkanizowanej przyklejonej specjalnym klejem[46]. Naprawy chemoutwardzalne są najczęstsze (łatę wkleja się i zostawia do utwardzenia). Wiele firm oferuje serwis gumowych wykładzin, bo mimo trwałości mechanicznej, zdarzają się uszkodzenia (np. spadający ciężki przedmiot, nieostrożne spawanie w pobliżu, etc.).

Podsumowanie gumy: Gumowe wykładziny to bardzo skuteczna bariera dla większości agresywnych chemikaliów i świetne właściwości mechaniczne (elastyczność, odporność na udary, tłumienie drgań). Ich wdrożenie jest jednak wymagające technicznie – wymaga specjalistów i często skomplikowanego procesu wulkanizacji. Koszt początkowy jest wysoki, ale w perspektywie długoterminowej bywają opłacalne. Stosuje się je tradycyjnie tam, gdzie nawet stal kwasoodporna by nie wytrzymała – np. przy kwasie fluorowodorowym, solnym, chlorosiarczanym, w instalacjach chloro-alkalicznych, zbiornikach sorbentu w FGD (odsiarczanie spalin), czy w przemyśle wydobywczym (rurociągi szlamów).

Odporność chemiczna poszczególnych powłok

Z powyższego porównania wynika, że najwyższą odporność chemiczną zapewniają fluoropolimery (PTFE, PFA, FEP). Są one praktycznie obojętne chemicznie – nawet ekstremalne środowiska kwasowe czy zasadowe nie naruszają powłoki teflonowej[3]. Dlatego w zastosowaniach, gdzie mamy do czynienia z mieszankami agresywnych chemikaliów, skokami stężeń itp., fluoropolimer jest najbezpieczniejszą opcją. Żywice winyloestrowe plasują się na kolejnym miejscu – zostały zaprojektowane do znoszenia długotrwałego kontaktu z silnymi kwasami, zasadami i rozpuszczalnikami i faktycznie w wielu takich środowiskach wytrzymują lata[29]. Epoksydy oferują nieco węższe spektrum odporności: znakomicie radzą sobie z wieloma rozpuszczalnikami i substancjami organicznymi, dobrze ze słabszymi kwasami/ługami, ale przy bardzo silnych kwasach (np. stężony HNO₃, H₂SO₄) ulegają stosunkowo szybkiej destrukcji – wymagają wówczas modyfikacji (np. epoksydy novolac) lub zastąpienia innym systemem. Guma z kolei jest niezastąpiona przy pewnych chemikaliach, jak kwas fluorowodorowy (HF) – teflon też go znosi, ale w praktyce często wybiera się wykładziny gumowe butylowe do instalacji HF z uwagi na łatwość wykonania i dobrą trwałość. Guma i fluoropolimer mają tę przewagę, że nie ulegają utlenieniu ani hydrolizie – podczas gdy powłoka polimerowa (epoksyd/winyloester) ma wiązania chemiczne podatne na reakcje hydrolizy/utleniania, guma (kauczuk naturalny czy butyl) to węglowodór nasycony, bardzo odporny na czynniki chemiczne, a PTFE to fluorowęglowodór – praktycznie niezrywany przez żadne z tych czynników. Elastomery poliuretanowe/polimocznikowe plasują się niżej: radzą sobie z umiarkowanie agresywnymi substancjami, ale nie są polecane do ciągłego kontaktu ze stężonymi kwasami czy silnymi rozpuszczalnikami. Podsumowując: fluoropolimery > guma ≈ winyloester > epoksyd > elastomery PUR/PUA w typowej skali odporności chemicznej. Oczywiście, każdy przypadek trzeba analizować indywidualnie – np. epoksydowy kompozyt z wypełniaczami ceramicznymi może lepiej wytrzymać gorący H₂SO₄ niż winyloesterowa powłoka z defektami; albo specjalny poliuretan może być sformułowany do kontaktu z 50% NaOH. Ogólna zasada jednak jest taka, jak wskazano powyżej.

Warto wspomnieć, że istnieją też alternatywne rozwiązania materiałowe, jak emaliowanie szkłem (powłoki szklane), które mają doskonałą odporność chemiczną na większość kwasów i rozpuszczalników – przewyższając nawet teflon w niektórych aspektach (szkło jednak nie wytrzymuje HF i gorących alkaliów)[53]. Emalia szklana jest jednak krucha i kosztowna, stąd stosuje się ją głównie w specjalnych reaktorach (np. w farmacji). W kontekście pytania skupiliśmy się na powłokach polimerowych.

Odporność termiczna i mechaniczna

Odporność termiczna: Pod względem tolerancji temperatur bezsprzecznie królują fluoropolimery – działają tam, gdzie wszystkie inne polimery już dawno by się rozłożyły (200+°C)[6]. Powłoki szklane/emaliowane dorównują im (szkło wytrzymuje wysokie temp.), ale te mają inne ograniczenia. Epoksydy i winyloestry dobrze sprawują się do ok. 100°C, powyżej czego następuje spadek właściwości mechanicznych; w wielu zastosowaniach praktycznych przyjmuje się limit ~90°C dla typowych powłok, chyba że producent podał wyższą wartość dla konkretnego produktu (np. powłoka epoksydowa novolac dopuszczona do 130°C w kwasie – są i takie na rynku). Guma w wysokiej temperaturze traci elastyczność – nie przekracza się zwykle 80–90°C, żeby zachować bezpieczny margines (pamiętajmy też, że reakcje korozji są szybsze w wyższej temp., więc jeśli jakaś minimalna penetracja czynnika przez gumę jest możliwa, to w wysokiej temp. szybko może dojść do odspojenia). Elastomery PUR/PUA podobnie – one co prawda nie „stopią się” (utwardzone są sieciowane), ale mogą np. mięknąć i odkształcać, a chemicznie przyspiesza ich starzenie. Dlatego do naprawdę gorących mediów pozostają fluoropolimery lub specjalne powłoki epoksydowe.

Odporność mechaniczna: Tutaj trzeba rozdzielić odporność na obciążenia statyczne/dynamiczne (np. rozciąganie, zginanie, uderzenia) od odporności na ścieranie. – Uderzenia, rozciąganie: Powłoki gumowe i elastomerowe są bezkonkurencyjne – jako jedyne potrafią rozciągać się i pochłaniać energię bez uszkodzeń[42]. Idealnie nadają się na podłoża pracujące lub tam, gdzie istnieje ryzyko mechanicznego uderzenia (np. narzędzia, spadające przedmioty w zbiorniku). Epoksydy/winyloestry są sztywne i kruche, więc choć same w sobie twarde, to uderzenie może je zniszczyć (np. odpryski)[25]. Fluoropolimery leżą pośrodku – czysty teflon jest miękki i dość plastyczny (trochę się odkształci, ale nie pęknie przy małym uderzeniu), natomiast gruba warstwa może się odspoić jeśli podłoże ugnie – bo przyczepność jest jego słabą stroną. Ogólnie jednak, jeśli potrzeba elastyczności, to guma lub polimocznik są preferowane. – Ścieranie, erozja: Guma i polimocznik również tu wiodą prym w wielu zastosowaniach – np. zsyp rudy wyłożony gumą wytrzyma dłużej niż twardy epoksyd, bo drobiny „wbijają się” w gumę nie krusząc jej. Jednak w pewnych warunkach twarde powłoki epoksydowe z wypełniaczem ceramicznym mogą przewyższyć gumę – np. przy erozji cieczy z drobnym ścierniwem (piasek w wodzie) ceramiczne epoksydy tworzą ultra-twardą powierzchnię, której drobiny nie są w stanie szybko zarysować[22]. W górnictwie często stosuje się zarówno gumę (na duże uderzenia i cząstki) jak i powłoki bazaltowe czy ceramiczne (na drobny ścierny szlam). Fluoropolimer niestety wypada słabo – jest łatwo ścieralny (niska twardość, można go zarysować paznokciem), stąd w środowisku erozyjnym szybko mogą pojawić się uszkodzenia[12]. Dlatego np. płaszcze mieszadeł teflonowych w reaktorach muszą być okresowo kontrolowane, bo jeśli medium niesie stałe cząstki, teflon może zostać przetarty. Z kolei w warunkach czystej korozji chemicznej bez ścierania – tu teflon błyszczy i utrzymuje się latami, podczas gdy powłoka epoksydowa może się powoli “przeżreć”.

Łatwość aplikacji i wymagany sprzęt

Najłatwiejsze w aplikacji są powłoki malarskie – epoksydowe i winyloestrowe. Nie wymagają one specjalnych urządzeń poza standardowym wyposażeniem antykorozyjnym (pompy natryskowe, mieszalniki). Można je nakładać w warunkach polowych, co najwyżej zapewniając osłonę przed deszczem czy kurzem. Czas wykonania dla powłoki ~1 mm wynosi kilka dni (z uwagi na konieczność nałożenia paru warstw i przerwy na utwardzenie między nimi). Poliuretanowe/polimocznikowe powłoki są również dość proste, szczególnie polimocznik – sam proces natrysku jest błyskawiczny. Tutaj barierą jest konieczność posiadania odpowiedniego agregatu natryskowego i doświadczenia – ale są wyspecjalizowane firmy wykonawcze dysponujące mobilnymi jednostkami do natrysku polimoczników. Dla inwestora oznacza to konieczność zatrudnienia takiej firmy, ale samo wykonanie powłoki np. na dużej posadzce czy w zbiorniku jest kwestią jednego dnia, plus ewentualnie dzień na przygotowanie powierzchni – więc całkowity przestój jest krótki. Polimocznik utwardza się tak szybko, że kolejne warstwy kładzie się praktycznie jedna po drugiej w ciągu minut – w jeden dzień można uzyskać 2–3 mm gotowej powłoki, co przy epoksydzie/winylu zajęłoby tydzień (ze względu na schnięcie).

Najtrudniejsze w aplikacji są fluoropolimery i wykładziny gumowe. Obie te technologie wymagają specjalistycznych warunków fabrycznych lub “półfabrycznych”. Fluoropolimery – piece do wypalania, precyzji i czystości (mikroskopijna drobina brudu pod powłoką może spowodować pęcherz w teflonie). Guma – duża ilość pracy ręcznej oraz potrzeba wulkanizacji (co często oznacza transport elementu do autoklawu lub instalacji grzewczej na miejscu). Czas wykonania gumowej wykładziny jest znaczny: liczy się w tygodniach (wraz z przygotowaniem i wulkanizacją) zamiast w dniach, jak przy farbach. Przestoje produkcyjne pod instalację gumy są zatem najdłuższe. Fluoropolimerowe wykładziny z kolei często są instalowane już na etapie produkcji aparatu – np. zbiornik jest kupowany z wykładziną wykonaną fabrycznie (bo wykonanie tego na miejscu byłoby zbyt trudne lub niemożliwe, np. nie przewieziemy pieca 400°C w teren). Istnieją co prawda techniki naprawcze z użyciem tzw. “solderingu” – np. pistolet gorącego powietrza do zgrzewania teflonu w miejscu uszkodzenia, ale jest to trudne i raczej doraźne.

W aspekcie bezpieczeństwa: powłoki malarskie (epoksyd, winyl) mają rozpuszczalniki i lotne związki, wymagają zatem zapewnienia wentylacji podczas malowania i zabezpieczenia ppoż. Polimocznik wymaga ochrony przed potencjalnym rozpyleniem izocyjanianów (ścisłe BHP dla aplikatorów). Wulkanizacja gumy generuje opary siarki – też potrzebna wentylacja. Wypalanie teflonu – wydzielają się śladowe ilości gazów (np. UF_6 jeśli przegrzejemy), więc też piece mają filtry.

Podsumowując, łatwość wdrożenia maleje w kolejności: epoksyd ≈ winyloester (najłatwiej) > poliuretan > polimocznik > guma > fluoropolimer (najtrudniej).