Powłoki lakiernicze: nowe technologie i trendy rynkowe

Powłoki lakiernicze muszą mieć formulację i sposób nanoszenia dobrane w zależności od przeznaczenia elementu i warunków pracy (fot. Novol)

Powłoki lakiernicze stosowane w pojazdach użytkowych muszą mieć co najmniej niską zawartość LZO, muszą być przyjazne dla środowiska i łatwe do nałożenia oraz usunięcia. Poszukiwane są więc trwałe powłoki o ulepszonej trwałości koloru i odporności na korozję, zadrapania, wgniecenia i odpryski, łatwe w aplikacji i o wydłużonej żywotności.

Przemysł powłok samochodowych ewoluował równolegle z przemysłem motoryzacyjnym. Obie branże nieustannie się rozwijają, aby dostarczać kupującym zaawansowane technologie i produkty przyjazne dla środowiska. Na popyt na powłoki duży wpływ mają trendy w branży motoryzacyjnej, przepisy dotyczące ochrony środowiska, normy BHP, preferencje kupujących, styl życia i ekonomia. Oprócz poprawy wyglądu pojazdów powłoki samochodowe odgrywają ważną rolę w ochronie metalowych powierzchni pojazdów przed korozją i innymi uszkodzeniami. Różne kolory, tekstury i wzory uatrakcyjniają pojazdy i mogą stanowić kluczowy czynnik decyzyjny dla kupujących.

Regulacje prawne dotyczące stosowania powłok przyjaznych dla środowiska, zmieniające się preferencje nabywców, rozwijająca się gospodarka, poprawa stylu życia i konkurencja wśród producentów pojazdów działają stymulująco na producentów samochodowych powłok lakierniczych – firmy te rozwijają się, zwiększają przychody, ale również wydatki na badania i rozwój. Wszystkie te czynniki sprawiają, że producenci powłok samochodowych mogą zaoferować nowe i innowacyjne technologie lakiernicze w ekonomicznej cenie.

Niezależnie od tego, czy lakierowane są autobusy, kabiny kierowcy, czy pojazdy specjalnego przeznaczenia, zawsze najważniejsze jest skoncentrowanie się na jakości i wydajności procesów aplikacji lakieru (fot. Spies Hecker)

Wyzwania do pokonania
Najtrudniejszym zadaniem dla dostawców składników i formulatorów powłok jest zapewnienie wszystkich pożądanych właściwości w jednym systemie powłokowym. Producenci pojazdów i warsztaty lakiernicze oczekują, aby możliwe było osiągnięcie tego samego wyglądu i wydajności przy użyciu mniejszej liczby warstw powłoki czy też krótszego czasu przetwarzania w celu zmniejszenia zużycia energii i zwiększenia wydajności. Producenci OEM chcą zwiększyć produktywność, stosując powłoki o większej zawartości części stałych i mniejszej liczbie warstw, ale jednocześnie nie chcą poświęcić wyglądu pojazdu lub wydajności i ryzykować pogorszenia wizerunku swojej marki. Udowodnienie, że nowe technologie mogą zapewnić wzrost wydajności w krótkim okresie przy jednoczesnym utrzymaniu najlepszej w swojej klasie wydajności w perspektywie długoterminowej to trudne zadanie dla każdego  producenta powłok wprowadzającego na rynek nowe rozwiązania lakiernicze.

Większość inwestycji w badania i rozwój oraz udoskonalenia techniczne w powłokach lakierniczych nadal koncentrują się na odporności na korozję. Jeśli powłoki wydłużają żywotność sprzętu lub jego części, producenci OEM postrzegają to jako wielką wygraną dla siebie i swoich klientów. Szczególnie trudnym zadaniem pozostaje zapewnienie doskonałej odporności na korozję tradycyjnej powłoki epoksydowej w systemie wodorozcieńczalnym. Powłoki na bazie rozpuszczalników są zwykle oparte na stałych roztworach żywicy epoksydowej, które są utwardzane poliamidowym środkiem utwardzającym o dużej masie cząsteczkowej. Spoiwo epoksydowo-poliamidowe na bazie rozpuszczalnika zapewnia szybkie schnięcie, doskonałą odporność na korozję i elastyczność oraz odporność na uderzenia. Przejście na system wodorozcieńczalny może skutkować powstaniem powłoki o zmniejszonej odporności na korozję lub niższej elastyczności, lub obu, więc prawidłowy dobór bardziej wydajnego wodorozcieńczalnego systemu wiążącego staje się bardzo ważny.

Również trudne może być osiągnięcie większej trwałości wówczas, gdy konieczne jest, aby powłoka była łatwo usuwalna, ponieważ te dwie właściwości na ogół są ze sobą sprzeczne. Rozmiar niektórych ciężkich pojazdów stwarza z kolei inne wyzwania: zabezpieczanych elementów często nie da się zanurzać w kąpieli katodowej ani suszyć w piecu. Wyzwaniem jest zatem uzyskanie wymaganej odporności na korozję i odporności chemicznej za pomocą systemu powłok suszonych na powietrzu.

Najtrudniejszym zadaniem dla dostawców składników i formulatorów powłok jest dostarczenie wszystkich pożądanych właściwości w jednym systemie powłokowym. Producenci pojazdów i warsztaty lakiernicze oczekują, aby możliwe było osiągnięcie tego samego wyglądu i wydajności przy użyciu mniejszej liczby warstw powłoki czy też krótszego czasu przetwarzania w celu zmniejszenia zużycia energii i zwiększenia wydajności (fot. Spies Hecker)

Mnogość formulacji
Dzięki intensywnym pracom badawczo-rozwojowym przemysł powłok samochodowych ewoluował od powłok rozpuszczalnikowych do powłok wodorozcieńczalnych i proszkowych. Celem było zminimalizowanie zagrożenia stwarzanego przez powłoki rozpuszczalnikowe, które mają wysoką zawartość LZO (lotnych związków organicznych) i HAP (niebezpiecznych zanieczyszczeń powietrza). Lakiery wodorozcieńczalne i proszkowe zyskują na popularności ze względu na przyjazną dla środowiska etykietę o zerowej/niskiej zawartości LZO. Kraje Ameryki Północnej i Europy wydały przepisy dotyczące zawartości LZO w powłokach, co zwiększyło zapotrzebowanie na powłoki wodorozcieńczalne i proszkowe – na terenie Unii Europejskiej jest to np. dyrektywa 2004/42/WE. Kraje rozwijające się, takie jak Chiny, Indie, Brazylia i Rosja, również zaczęły stosować powłoki wodorozcieńczalne i proszkowe w konwencjonalnych procesach malarskich.

Głównym rodzajem powłok stosowanych w pojazdach użytkowych są uretany na bazie rozpuszczalników, epoksydy i akryle, a także wodorozcieńczalne epoksydy i powłoki galwaniczne. Dokładny skład chemiczny zależy od przeznaczenia pojazdu oraz, co równie ważne, od tego, gdzie ma zostać nałożona powłoka.

Dostępne badania rynku północnoamerykańskiego wykazują, że w przypadku samochodów ciężarowych o dużej i średniej ładowności ok. 30% stosowanych powłok ochronnych (objętościowo) stanowią systemy lakier bazowy + bezbarwny, a ok. 20% to różnego rodzaju lakiery epoksydowe i akrylowe. Jednowarstwowe powłoki uretanowe lub akrylowe są standardem jako powłoki do zabezpieczania podwozi. Pokrycia galwaniczne dominują w nadwoziach ciężarówek, elementach ramy oraz wielu komponentach podwozia i nadwozia. Wodorozcieńczalne powłoki epoksydowe stanowią ok. 30%, podczas gdy monopowłoki uretanowe na bazie rozpuszczalników to ok. 20%.

Lakierowanie natryskowe jest nadal bardziej rozpowszechnione w Stanach Zjednoczonych i Kanadzie, natomiast najczęściej stosowaną technologią powlekania na rynku pojazdów użytkowych w Chinach, Europie i na Bliskim Wschodzie jest powlekanie galwaniczne lub różne kombinacje e-powłok i lakierowania proszkowego.

Poszukiwane są wciąż powłoki uniwersalne, które spełniają różnorodne potrzeby rynku związane z rosnącą trwałością, wydajnością w ekstremalnych warunkach i ogólną wartością (fot. Spies Hecker)

Stały postęp
Zarówno dostawcy składników, jak i twórcy powłok muszą sprostać rosnącym oczekiwaniom klientów na rynku transportu ciężkiego, jednocześnie pokonując te różnorodne wyzwania i spełniając rosnące wymagania normatywne. Wprowadzane są nie tylko nowe materiały, ale również doskonalone są sposoby nanoszenia powłok, które pozwalają na wydłużenie trwałości powłoki i skuteczniejszą ochronę podłoża.

Wypełniacze i grunty gwarantują wysoką odporność chemiczną i doskonałą ochronę przed korozją oraz przyczepność na odpowiednio przygotowanych podłożach – także o szorstkiej powierzchni, jaką ma przeszlifowany metal (fot. Spies Hecker)

Wśród aktualnych rozwiązań można wymienić wysokowydajne, odporne na warunki atmosferyczne powłoki nawierzchniowe nakładane bezpośrednio na metal, które nie wymagają podkładu, oraz powłoki o zwiększonej odporności na korozję. Rośnie również wydajność pokrycia krawędzi i wydajność nakładania powłok w zastosowaniach przemysłowych, takich jak pojazdy użytkowe. Inne godne uwagi rozwiązania to technologie samooczyszczania, zwiększona odporność na zabrudzenia i wykończenia o niskim połysku.

Poszukiwane są alternatywy dla tradycyjnie stosowanych układów inhibitorów, które zawierają metale ciężkie lub inne niepożądane składniki. Aktywnie rozwijane są wodne systemy epoksydowe (dyspersje żywic i specjalne środki utwardzające), które powodują możliwość zwiększenia wydajności formulatorów powłoki, zmniejszenie kosztów lub zmniejszenie zawartości LZO (np. poniżej 50 g/l LZO). Innym przykładem mogą być wypalane powłoki o wysokiej zawartości części stałych (do 60%) i niskiej zawartości LZO przy lepkości gotowej do rozpylania nanoszone na samochody ciężarowe, a także powłoki o wysokiej zawartości części stałych i wodorozcieńczalnych poliuretanów 2K do stosowania w autobusach.

Na stałe zaimplementowano już kilka innowacyjnych rozwiązań. Wymieńmy choćby takie, jak np. uzyskanie zwiększonej twardości i odporności chemicznej dzięki technologii żywic usieciowanych, stosowanie podkładów poliestrowych HAA i TGIC z dodatkami antykorozyjnymi, wypełniaczami barierowymi i właściwościami hydrofobowymi czy lakierowanie w technologii suche na sucho dla lepszej wydajności i zmniejszonego zużycia energii. Natryskowe powłoki termoplastyczne umożliwiają aplikację ultratrwałego tworzywa termoplastycznego, powłoki suszone w obniżonych temperaturach pomagają zmniejszyć zużycie energii, a powłoki zaprojektowane w celu przyspieszenia powlekania i utwardzania pozwalają zwiększyć wydajność procesów lakierniczych.

Wiele nowych rozwiązań zaprojektowano w celu zwiększenia wydajności. Przykładem mogą być podkłady na wiele substratów. Powłoki te zapewniają doskonałą wydajność na prawie wszystkich podłożach używanych w branży transportowej, a tym samym eliminują konieczność stosowania podkładów specyficznych dla danego rodzaju podłoża. W efekcie pojawia się oszczędność czasu i maleją koszty.

Producenci powłok chcą umożliwić producentom pojazdów zwiększenie wydajności przez redukcję warstw bez poświęcania cyklu życia powłoki. Nowe technologie wprowadzane na rynek (np. systemy powłok 2K) charakteryzują się skróconym czasem schnięcia nawet w temperaturze pokojowej, co pozwala na skrócenie czasu cyklu powlekania wszystkich części pojazdu, które są zbyt duże, aby je wysuszyć w piecu. Odbywa się to bez obniżenia jakości powłoki.

Niezależnie od tego, czy lakierowane są autobusy, kabiny kierowcy, czy pojazdy specjalnego przeznaczenia, zawsze najważniejsze jest skoncentrowanie się na jakości i wydajności procesów aplikacji lakieru (fot. Spies Hecker)

W kierunku bardziej zrównoważonych rozwiązań
Ogólnie dąży się do tego, że powłoki do pojazdów ciężarowych będą musiały spełniać coraz większe oczekiwania w zakresie zrównoważonego rozwoju. Oznacza to wydłużenie żywotności powłok. Ostatecznym długoterminowym celem może być zastosowanie jednowarstwowych systemów powlekania w 100% ciałami stałymi, ale wciąż jest sporo do zrobienia, zanim rynek zdoła zrealizować tę idealną kombinację.

Ważnym tematem pozostaje również redukcja kosztów całego procesu powlekania. Najnowsze rozwiązania znajdują zastosowanie przede wszystkim w produkcji pojazdów nowych, nieco później migrują na sąsiedni rynek związany z odtwarzaniem powłok na pojazdach już eksploatowanych.

Eksperci uważają, że na rynek wpłyną dwa długoterminowe trendy: tendencja do dzielenia się pojazdami i odejście od posiadania pojazdu oraz rosnąca popularność pojazdów autonomicznych. Spowodują one wzrost zapotrzebowania na materiały wrażliwe na szybkie zmiany w lokalnym środowisku. Przyszłe innowacje pozwolą na to, że powłoki będą reagować na już niewielkie zmiany energii cieplnej, świetlnej czy dźwiękowej.

Formulatorzy powłok i użytkownicy końcowi będą też nadal poszukiwać powłok uniwersalnych, które spełnią różnorodne potrzeby na rynku zrównoważonego transportu ciężkiego, związane z rosnącą trwałością, wydajnością w ekstremalnych warunkach i ogólną wartością.

Autor: Dariusz Piernikarski

Nowoczesne rozwiązania w praktyce: trójwarstwowa powłoka NOVOL Industrial Coating Systems stosowana w lakierowaniu aluminiowych wywrotek Bodex (fot. Novol)