Published: 04.06.2024
autor: Ondřej Horecký
www.epochtimes.cz
Rozhovor s naší přední kapacitou v oblasti nátěrových hmot, paní profesorkou Kalendovou o ekologizaci barev a jejich funkčnosti, o boji s korozí, o trvanlivosti fasádních barev, ale i o tom, jak se lakuje čokoláda.
Prof. Ing. Dr. Andréa Kalendová působí na Ústavu chemie a technologie makromolekulárních látek Fakulty chemicko-technologické Univerzity Pardubice. Je garantem doktorského studia „Povrchové inženýrství“ a členkou ediční rady několika odborných zahraničních časopisů, kam i přispívá.
Svůj výzkum směřuje do oblasti ochrany kovových materiálů před korozí. V posledních letech se věnuje povrchové úpravě morfologicky zajímavých pigmentových částic pomocí nanovrstev a vytváření vysoce účinných antikorozních pigmentů pro organické povlaky. Výsledky její vědecko-výzkumné práce byly v minulosti několikrát oceněny v zahraničí.
V rozhovoru se dozvíte:
Jaká barva vám vydrží nejdéle
Proč není dobré natírat přímo na rez
Že koroze je návrat k přirozenosti
Jak často se natírá Eiffelova věž
Co dělat s fasádou napadenou plísní
Co je to samočistící fasáda
Že se lakuje i čokoláda
Jaké nové materiály akademici v Pardubicích vyvíjejí
Paní profesorko, začneme trochu netradičně. Proč jste se vydala na tuto dráhu? Co vás na světě nátěrových hmot lákalo? Co na to říkali vaši rodiče?
Můj otec byl jedním z prvních absolventů tehdejší VŠCHT v Pardubicích (nyní Univerzita Pardubice, Fakulta chemicko-technologické). Měl doma spoustu knih a s kamarády se bavili o chemii, já je někdy tajně poslouchala. Chemie mne vždy bavila, tak trochu naivně jsem si myslela, že bych něco mohla objevit. A měli jsme naštěstí také dobré učitele chemie na základní škole a na gymnáziu. Proto nakonec rodiče nebyli proti.
Já jsem absolventkou studijního programu chemicko-technická ochrana životního prostředí, kde se studovaly kromě jiného technologie zaměřené na ekologii. Později jsem se ve svém studiu zaměřila na nátěrové hmoty a suroviny pro nátěrové hmoty, kde chtěla jsem vyvíjet pigmenty a nátěrové hmoty, které neškodí životnímu prostředí.
Jakých změn doznal svět barev a laku od té doby, když jste ho začínala studovat vy? Jaké jsou nejvýznamnější změny, k nimž došlo?
Já bych začala změnami vyvozenými v důsledku ekologického, toxikologického, zdravotního, hygienického – tedy všeobecně tzv. environmentálního aspektu nátěrových hmot (NH), které se objevují v oblasti nátěrových hmot a také v technologiích s nimi spojenými. Tyto environmentální požadavky se staly také impulsem zejména pro vývoj v oblasti vodou ředitelných NH. Environmentální požadavky se týkaly a týkají tedy nejenom samotných pojiv, ale promítají se i v technologiích předúprav povrchu, kde znamenaly například eliminaci chromátování. Také v technologiích nanášení NH se zavedlo mnoho opatření při práci nejen s těkavými organickými rozpouštědly, ale například i s tužicími přípravky na bázi polyizokyanátů a jiné další.
Environmentální aspekt neznamená něco úplně nového, otázky okolo obsahu olova nebo kadmia v pigmentech a jejich náhrady se řeší přes půl století, v podstatě od té doby, co se tyto pigmenty začaly používat.
Co já si uvědomuji, tak tyto environmentálního požadavky gradují a spočívají v zavádění stále přísnějších kritérií, co se týče jak samotných nátěrových hmot, tak i surovin pro jejich výrobu. Za mého působení vyvstaly pro výrobce NH přísnější požadavky, přibyly také další chemické prvky, které je třeba „hlídat“, například zinek (sloučeniny zinku), fluor, jsou posuzovány nanočástice a jejich účinek na organismus.
Velmi výrazný vývoj doznala také oblast hodnocení vlastností NH, jak v kapalném stavu, tak v zaschlém stavu. Fyzikální vlastnosti povlaků, mechanická a korozní odolnost se dnes hodnotí různými novými postupy a přesnými instrumentálními technikami. Využívají se metody termické analýzy, rentgenová difrakční analýza, vibrační spektroskopie, hmotnostní spektroskopie a další. Také přesná charakteristika barevného odstínu a barvy jak pigmentů, tak povrchu již není problém, včetně dosažení žádané barvy při výrobě NH.
Také surovinová základna prošla za posledních 20 až 30 let viditelným vývojem, zejména v pojivové bázi nebo v aditivech. Vývojem prošly i práškové materiály – pigmenty a plniva. Výrobci mají k dispozici nové suroviny jako jsou vodou ředitelná a hybridní pojiva nebo nové pigmenty, funkční plniva a aditiva, mají k dispozici i moderní účinné výrobní zařízení/technologie. Přišly nové technologie pro duplexní povlaky a rozšířily se progresivní nanášecí techniky a celé technologie, jako je coil coating.
Došlo také k pokroku v technologiích předúprav a čištění povrchu, kde se zavedlo například tryskání suchým ledem, jsou k dispozici nové tryskací prostředky, vyvíjí se nové konverzní a chemické vrstvy, atd.
A kam podle vás vývoj směřuje? Povede to k větší, řekněme, ekologizaci výroby nebo k větší kvalitě či trvanlivosti barev?
Povede to v podstatě ke všemu dohromady. Vývoj je takový, že nátěrové hmoty musí zahrnovat všechny tyto tři aspekty. Výrobek – nátěrová hmota musí splňovat ekonomiku výroby, vyhovovat po ekologické i ekonomické stránce. Peníze jsou až na prvním místě, jak se říká, proto kvalita je v mnoha případech limitována cenou a ekologií, ale já to vnímám pozitivně jako takový motivační nástroj popohánějící další rozvoj oboru.
V konečném efektu se toto vše promítá v úsilí ve snižování počtu nanášených vrstev nátěrů, ve zkracování doby schnutí nátěrů, v celkovém zvyšování kvality konečné povrchové úpravy a především v tolik požadovaném snižování nákladů u mnoha průmyslových odběratelů nátěrových hmot.
V souvislosti se zvyšujícími se nároky na ekologičnost produktů vznikají tlaky na změnu technologických postupů výroby i složení výrobků. Někdy se však může stát, že enviromentální požadavky snižují kvalitu a trvanlivost nátěrů. Vydrží dnešní barvy to, co kdysi? Před časem jsem totiž vyslechl v obchodě s barvami, že prodejce říká zákazníkovi: „No to víte, když si dneska natřete plot, už vám ty barvy nevydrží tak dlouho jako dřív, s tím počítejte. Tím, že se přestalo používat olovo, snížila se i trvanlivost.“ Je to pravda?
Nechci být jako Šalamoun. Na tuto otázku lze dát odpověď ano – vydrží, ovšem otázka je, s jakými výrobními náklady a s kolika doprovodnými technologiemi. Nemůžeme srovnávat ekologické NH vodou ředitelné a ekologické NH vysoko-sušinové, kde mezi jednotlivými kategoriemi existují rozdíly především z důvodu rozmanitosti chemického složení a struktury pojiva. I v rámci vodou ředitelných barev existuje stupnice od 1 do 5. Například zejména základní vodou ředitelné epoxidové NH pro průmyslové aplikace prošly v poslední době velkým vývojem. Nelze říci, že se snížila trvanlivost barev tím, že se přestalo používat olovo.
Je to prostě také o ceně. Když půjdete do drogerie, tak vás možná prodejce jemně upozorní, že nemůžete čekat nic převratného. Musíme si rovněž uvědomit, že nemůžeme srovnávat NH určené pro malosektor a průmyslové NH.
Co se týče oblasti ochrany kovů proti korozi, lze obecně konstatovat, že vypalovací a speciálně nanášené nátěrové systémy chrání ocelové povrchy poměrně dobře. Nevidíme na ulicích zkorodované karosérie automobilů, výrobky, jako jsou pračky nebo ledničky, nejsou likvidovány kvůli koroznímu napadení, ale nejčastěji z technických důvodů.
Mě by zajímalo, jestli ty nátěrové hmoty, které si kupujeme dnes, jsou stejné jako barvy, co jsme si kupovali řekněme před 20 lety, co se týká trvanlivosti.
Nátěrové hmoty, které byly k dispozici před 20 lety, se v zásadě neliší od NH, co si kupujeme dnes. Dnes ale existuje bohatší nabídka, co se týče pojivové báze, zejména ve vodou ředitelných nebo vysoko-sušinových variantách.
Co chceme od kvalitní nátěrové hmoty? Požadujeme určitě mechanickou odolnost nátěru, tedy zejména zajištění přilnavosti k podkladu, soudržnost, pružnost, odolnost UV záření, atd.… Zde si myslím, že splnění těchto požadavků by mělo být celkem zajištěno. Horší to je s třeba termickou stabilitou nebo s oblastí náročné protikorozní ochrany, kde je plnění těchto požadavků složitější. Záleží také na tom, v jakém prostředí NH aplikujeme, jaké jsou tam klimatické faktory.
Co se týče účinnosti (trvanlivosti) antikorozních nátěrových hmot, pro běžné malospotřebitele se zdá nabídka sortimentu tohoto typu NH poněkud užší ve srovnání s typy určenými pro průmyslový sektor. Musíme rozlišovat v kategoriích jednotlivých typů NH. Je jasné, že klasické rozpouštědlové NH na bázi epoxidů a polyurethanů byly a jsou trvanlivé, čili vykazují dostatečnou odolnost vůči vlivům okolního prostředí. Vodou ředitelné NH mají řadu výhod, ale bohužel i nevýhod. Vyžadují řádnou přípravu povrchu a zajištění některých podmínek při nanášení a sušení. A je třeba si uvědomit, že natřený povrch bez řádné údržby těžko vydrží 20 let.
Z toho mi vyplývá, že průmyslové barvy, například ty používané na stožáry nebo lampy, jsou kvalitnější, trvanlivější, než jaké my dostaneme v obchodech, je to tak?
Ano, používají se kvalitnější nátěrové systémy a technologie, než dostaneme v obchodě. Jsou zavedeny technické normy a doporučené předpisy a postupy pro ochranu kovových povrchů (konstrukcí) v různých podmínkách. Nejrůznější ocelové konstrukce byly v minulosti opatřovány nátěrovými systémy, které používaly základní antikorozní nátěry na bázi přírodních pojiv a později syntetických materiálů – byly to olejové, alkydové a v pozdější době epoxyesterové nebo další syntetické typy NH. Doporučené tloušťky nátěrů se pohybovaly okolo 150 mikrometrů, jako účinné složky (antikorozní pigmenty) byly aplikovány, kromě suříku, také pigmenty obsahující chromanový anion.
Výhodou klasických lněnoolejových NH s obsahem olova bylo i to, že výrazně neselhávaly ani při nanesení na nedokonale očištěném povrchu. Ekologické tlaky si vynutily odstranění těchto složek z nátěru a začal vývoj nových pigmentů, ekologicky přijatelných. Byly syntetizovány nové, netoxické, bohužel ne srovnatelně účinné antikorozní pigmenty. A řešením, když nebyly k dispozici účinné pigmenty, bylo to, že se používají nátěrové systémy pro dlouhodobou ochranu o vysokých tloušťkách, dané dle agresivity prostředí a druhu nátěru. Po eliminaci toxických pigmentů a jejich náhradou netoxickými, ale poměrně málo účinnými pigmenty, zůstaly nyní v oblasti nátěrových hmot jako účinné pigmenty především zinkový prach nebo molybdenanové pigmenty, i když jako nejrozšířenější typ antikorozního pigmentu je stále fosforečnan zinečnatý a jeho různé modifikace.
Základní vysokosušinové epoxidové nátěry s vysokým obsahem zinku kombinované vrchním polyuretanovým povlakem byly a jsou v současnosti dlouhodobě příkladem povlaků s vysokou ochrannou účinností. Zlepšení ochranných a fyzikálních vlastností epoxidových povlaků se docílí kombinací s polysiloxanovým pojivem, jsou vyvíjeny tzv. polysiloxanové nátěry. A taky jsou dostupné kvalitní technologie úprav povrchu před zhotovením nátěru. Pro nové konstrukce je výhodný ochranný duplexní systém, tvořený zinkovým povlakem zhotoveným metalizací a vrchním organickým nátěrem.
Dřív jsme vždycky brousili rez, abychom se jí zbavili a barva se nanášela až potom. Dneska jsou přípravky, které se údajně můžou natírat přímo na rez. Bude mít takový nátěr potom stejnou trvanlivost?
Zkušenosti s nejrůznějšími přípravky jsou nejednoznačné, myslím si, že to je cíleno na lidi, kteří si chtějí ušetřit práci navíc. Nátěr bez důkladného očištění povrchu dlouhodobě nevydrží, nebude mít takovou trvanlivost.
Abychom to pochopili, musíme si uvědomit, co je to vlastně rez, jaké je složení rzi, že kovový povrch může být pokryt slabší vrstvou povrchové rzi nebo může být pokryt již silnější vrstvou rzi. Na povrchu kovu a ve rzi je navíc obsažena celá řada dalších nečistot z okolí, složení rzi se časem i místy mění, atd.. Hlavním problémem pro vznik koroze jsou elektrolyty a iniciátory koroze oceli, tedy chloridy, sírany, popílek, pevné prachové částice, prostě nečistoty různého původu a různého skupenství. Pokud je povrch již opatřen barvou, jsou místa, kde mohlo dojít již k prokorodování v době, kdy chceme natírat.
Proč je třeba rez odstranit, než začnu natírat, a není dobré ji uzamknout jenom pod nátěr? Převážná většina kovů není vůči vnějšímu prostředí stálá. Příčinou koroze kovů je jejich termodynamická nestálost v mnohých prostředích, kdy vzájemným chemickým působením prostředí a kovu dochází k jeho rozrušení a znehodnocení – korozi. Tato vlastnost je snadno pochopitelná, uvědomíme-li si, že většina kovů se v přírodě nachází v podobě svých sloučenin – rud. Z nich se kovy získávají různými hutnickými pochody pomocí přivedené energie. Znehodnocení kovů korozí není vlastně ničím jiným než přechodem kovů do jejich stálejších forem. Při tomto pochodu se energie opět uvolňuje.
Při vytváření rzi se uvolňuje stejné množství kyseliny sírové, jaké odpovídá množství, které původní korozi způsobilo, a při vzniku korozních zplodin se nejdůležitější korozní činitel, tedy kyselina sírová, opět obnovuje a dále znehodnocuje napadený kov. Zkorodovaný ocelový povrch nelze tedy chránit nátěrem, neboť rez se rozšiřuje i pod nátěrem a postupně ho znehodnocuje.
Jednou z nejznámějších ocelových konstrukcí je bezesporu světoznámá Eiffelova věž. Ta v minulosti prošla vícekrát údržbovými pracemi, které zahrnovaly očištění povrchu pomocí kartáčů od prachu a očištění prokorodovaných míst oklepáním korozních produktů s následným kartáčováním.
Mohli bychom si vzít i příklad i z jiných z průmyslových objektů, jejichž povrchová úprava a předúprava se neobejde bez důkladného čištění povrchu. Myslím, že ocelový kartáč má doma každý.
Jak často se taková Eiffelová věž natírá, když jste ji zmínila?
Eiffelova věž by se měla opatřovat novým nátěrem každých 7 let. V podstatě se dá říct, že jak se skončí, mělo by se s pracemi začít znova. Pro zhotovení nátěrů se už spotřebovalo několik desítek tun nátěrových hmot. Také zde povrchové úpravy již používají ekologické pigmenty, především ty antikorozní. Ale i pigmentů na bázi zinkfosfátu se již týkají určitá omezení.
Stává se vám, že jedete někam jako turistka, řekněme k té Eiffelově věži nebo po Brooklyn Bridge v New Yorku a zkoumáte, čím to natírali?
Určitě (směje se). Já mám i tu Eiffelovou věž vyfocenou, tam jsou ty korozní bodíky trošku vidět. Anebo si někde něco uloupnu nebo tak. Anebo čekáte někde na trolejbus nebo jste na nádraží a vidíte, hele, tamhle to stéká, tohle teče… Nebo od studentů dostávám i obrázky speciálních projevů koroze.
Vyvíjíte i u vás na škole nějaké nové postupy, technologie k vylepšení nátěrových hmot?
Snažíme se, v podstatě to máme tak nějak i v popisu práce. Zaměřili jsme se v poslední době ve výzkumu nejen na vodou ředitelné nátěrové hmoty, máme různé granty a spolupráci s průmyslem. Protože vývoj v nátěrových hmotách je vždy spojen i s vývojem polymerní pojivové složky, tak například v oblasti novějších typů pojiv jsou vyvíjeny latexy s funkcionalizovanými skupinami, které by mohly vyhovovat trendu green chemistry. Co se týče formulací v oblasti rozpouštědlových NH, například epoxyesterových, řešíme nové suroviny, pro částečnou náhradu zinku jsou to například vodivé polymery nebo uhlíkové nanotrubky či polovodivé 2D sulfidické materiály.
Jaký úspěch z poslední doby hodnotíte nejvýznamněji ze svého pohledu?
Tak třeba se nám povedla s kolegy nová latexová pojiva. Do struktury latexu byly včleněny některé nanočástice oxidů nebo vodivých polymerů, díky nimž nátěrová hmota nemusí obsahovat tolik antimikrobiálních aditiv nebo má i vyšší chemickou a korozní odolnost. To také znamená, že se nemusely používat některé z ekologického hlediska horší materiály, například pro fasádní nátěrové hmoty nebo pro vnitřní omítky.
Latexové nátěrové hmoty obecně těm breberkám, když to tak řeknu, chutnají, takže jsou snadněji napadnutelná různými mikroorganizmy – vidíme na fasádách různé řasy, plísně a tak. U vodouředitelných hmot jsme přišli s pojivy s nižší nasákavostí pro vodu nebo jsme vyvíjeli vnitřní nátěry na omítky a antikorozní nátěry s novými surovinami z tuzemska, kterými mohou být také kalcinované kaolíny. V minulosti se řešily také geopolymerní pojiva pro památkáře, protože památkáři obecně mají rádi přírodní suroviny nebo pojiva, kde je málo organiky. Ve vile Tugenheit se například kolegové z Fakulty restaurování podíleli poměrně náročným postupem na opravách omítky na schodišti.
Teď je trend zateplovat a v souladu s vizí Evropské komise má dojít k velké vlně zateplování v rámci snižování energetické náročnosti budov. Jenže často vidíme, že paneláky nebo i jiné stavby, které byly před lety zatepleny, mají již po pár letech na fasádě černou plíseň. Souvisí to nějak s kvalitou fasádních barev?
Ano, souviset s kvalitou fasádních barev to může. V daných místech mohly být aplikovány typy fasádních nátěrových hmot, které neměly v sobě správná aditiva nebo jejich účinné množství, antimikrobiální prostředek proti řasám, plísním, houbám se mohl již vyčerpat. Některé materiály prostě mikroorganismům chutnají, navíc se může stát, že mají v daném místě příznivější podmínky ke svému rozvoji. Takovou fasádu je potřeba očistit a ošetřit prostředkem s antimikrobiálním aditivem.
Také jsou vyvíjeny tzv. samočistící nátěry, nebo přesněji nátěry se sníženými náklady na údržbu, určitě jste slyšeli pojem chytrá barva. Je to perspektivní oblast nátěrových hmot. Samočistící nátěry jsou účinné proti organickým látkám, ale i správná formulace nátěru nemusí vydržet dlouho, protože máme v okolí také nečistoty anorganického původu. Takový nátěr využívá fotokatalytický efekt oxidu titaničitého v jeho nanoformě. Zpravidla musí mít takové nátěrové hmoty ve své formulaci i další nezbytné funkční složky.
Jak dlouho by měla vydržet taková fasádní barva za předpokladu, že je nátěr provedený kvalitně?
Fasádní nátěr by měl vydržet 20 let, jak po funkční, tak vzhledové stránce. Ale protože nátěry často obsahují barevně nestálé pigmenty, může se stát, že vydrží jen 10 let. K dispozici jsou různé typy fasádních nátěrových hmot: vápenné (které mají nebo měli rádi památkáři), cementové, disperzní, silikátové modifikované a nemodifikované a silikonové. Pojivem silikonových fasádních NH je vždy akrylátová nebo styren-akrylátová polymerní disperze a silikonová emulze je pouze modifikační přísadou, která dodává nátěru vysokou vodoodpudivost a podstatně tím sníží jeho nasákavost vodou. My máme doma právě silikonovou fasádu.
Kolik je v Česku výrobců nátěrových hmot?
Je jich okolo 30 až 35. Některé firmy se sdružují, působí zde i původní čeští výrobci a výrobci, kteří jsou součástí nadnárodních koncernů jako PPG nebo Akzo Nobel. Tím se podařilo zachovat tradiční značky jako Balakryl apod. Výrobců může být více, protože sortiment typů NH je široký a ne každý do nátěrových hmot zahrnuje třeba stavební omítkoviny a další speciality.
Co vás na vaší práci baví nejvíc?
Práce se studenty. Když se povede student, kterému jde nejenom studium, ale potom i vlastní práce v oboru nátěrových hmot, a vrací se k vám potom v rámci spolupráce při řešení novinek, tak to je rozhodně radost. Ráda ukazuji studentům, co vše aplikace nátěrových hmot znamená, snažíme se ukázat třeba budoucím zájemcům o studium to, že nátěrové hmoty se řadu let používají např. i pro povrchovou úpravu bižuterie, kamínků typu Swarovski nebo i perliček.
Aby taková perlička vypadala jako pravá, vyžaduje šikovnost a znalosti pojiv a některých pigmentů. Barevné skleněné kamínky, když jsou například na plavkách, musí vydržet i v mořské vodě. Další zajímavost pro studenty je třeba lakování čokolády, málokdo si uvědomuje, že se lakuje i čokoláda, tedy její povrch. Zde se používala například pryskyřice benzoe, což je přírodní makromolekulární látka vonící po vanilce. Nyní se tato látka již sice nepoužívá, ale aplikuje se jiná přírodní sloučenina. Zkrátka chci, aby studenti věděli, že ty povrchové úpravy jsou i něco jiného než barva na plot.
