Probarvené antistatické nátěry s vynikající chemickou odolností na bázi uhlíkových nanostruktur

Antistatický nátěr je druh povrchové úpravy aplikované na materiály nebo předměty za účelem snížení nebo odstranění hromadění statické elektřiny. Ta vznikne, když dojde k nerovnováze elektrických nábojů na povrchu předmětu. Tato nerovnováha může způsobit různé problémy, jako je přitahování prachu, poškození součástek elektronických zařízení, popř. riziko úrazu elektrickým proudem. Antistatické nátěry se běžně používají v průmyslových odvětvích, kde může být statická elektřina významným problémem. Používají se na širokou škálu materiálů, včetně plastů, kovů, skla a tkanin, aby poskytovaly ochranu před statickým výbojem.

Nejčastější potíže způsobované hromaděním statické elektřiny

Přestože se jedná o jeden z nejobyčejnějších jevů, se kterým se často setkáváme, je překvapivé, do jaké míry může statický náboj ovlivnit chod výrobních zařízení v různých průmyslových odvětvích, jako je např. plastikářský, zpracovatelský, farmaceutický nebo potravinářský průmysl, výroba elektroniky, výroba polovodičů. Elektrostatický výboj (ESD) může způsobit poškození citlivých elektronických součástek. Statická elektřina může způsobit požár nebo výbuch v prostředí, kde jsou přítomny hořlavé plyny, páry nebo prachové částice. To je zvláště nebezpečné v odvětvích, jako je chemický a farmaceutický průmysl, nebo u manipulační techniky. Statický náboj může způsobit, že částice, jako je prach nebo vlákna, budou přitahovány k povrchům nebo zařízením. To může vést k problémům s kontaminací v čistých prostorách či při výrobních procesech nebo s citlivými zařízeními, což může ovlivnit kvalitu produktu nebo snížit přesnost daných operací. Znečištění povrchu prachem může snížit i kvalitu lakovaných a leštěných výrobků, např. v automobilovém průmyslu, kde je kvalita na prvním místě. Nejdůležitější je však ochrana osob. Pokud se člověk s nahromaděným statickým nábojem dostane do kontaktu s vodivým povrchem, může utrpět elektrický šok. I když jsou tyto otřesy obvykle neškodné, mohou být nepříjemné nebo překvapivé. Navíc v situacích, kdy personál pracuje s citlivým zařízením nebo nebezpečnými materiály, může náhodný výboj způsobit bezpečnostní rizika nebo narušit kritické operace. Statická elektřina též může potenciálně způsobit ztrátu nebo poškození dat v elektronických úložných zařízeních.

Ke zmírnění těchto nepříznivých jevů lze zavést různá opatření, včetně použití antistatických materiálů, uzemnění, kontroly vlhkosti, zavedení správných manipulačních postupů a začlenění zařízení a vybavení pro kontrolu statické elektřiny. Školení personálu v oblasti opatření proti elektrostatickému výboji a implementace komplexních programů kontroly statické elektřiny může významně snížit rizika spojená se statickým nábojem.

Antistatické povrchové úpravy

Antistatické povrchové úpravy fungují tak, že na povrchu materiálu nebo předmětu vytvoří vodivou nebo disipativní vrstvu. Obvykle obsahují vodivé přísady nebo materiály, které umožňují, aby jimi protékal statický náboj a bezpečně se rozptýlil do prostředí. Taková úprava pomáhá předcházet hromadění statické elektřiny a snižuje bezpečnostní rizika. Je nutné si též uvědomit, že antistatické povlaky se mohou časem opotřebovávat a budou vyžadovat renovaci, aby byla zajištěna jejich účinnost.

Antistatické nátěry

Antistatické nátěrové hmoty jsou formulovány s vodivými nebo disipativními přísadami pro zajištění kontroly statické elektřiny. Vodivý nebo disipativní podlahový nátěr může zahrnovat řadu různých pryskyřic, např. epoxidy, uretany, polyaspartáty, metylmetakryláty nebo vinylestery. Nejrozšířenější variantou jsou materiály na bázi epoxidových pryskyřic. Jedná se o dvoukomponentní systémy, které poskytují vynikající trvanlivost, chemickou odolnost. Mohou být přizpůsobeny tak, aby splňovaly specifické požadavky na vodivost nebo disipativní vlastnosti. Vyžadují minimální údržbu a v případě poškození jsou snadno opravitelné. Další oblíbenou variantou jsou nátěry na bázi polyuretanů. Tyto materiály navíc poskytují vysokou odolnost poškrábání a estetický vzhled. Je však vždy důležité zvážit specifické požadavky daného zařízení a poradit se s odborníkem na antistatické podlahy, aby byl určen nejvhodnější typ nátěru pro dané potřeby. Při výběru antistatického nátěru na podlahu je třeba vzít v úvahu faktory, jako je požadovaná úroveň statické kontroly, životnost, údržba a rozpočet.

Podle vodivosti jsou nátěrové systémy děleny do několika kategorií:
antistatické (109 –1012 Ohm/sq);
disipativní (106 –109 Ohm/sq);
vodivé (101 –106 Ohm/sq).

První antistatické nátěry byly na bázi pryskyřice plněné vysokými koncentracemi sazí nebo grafitu. Tyto podlahy fungovaly extrémně dobře a obvykle byly instalovány v místech pro manipulaci s municí a výbušninami. Nevýhodou byl jejich černý vzhled. V průběhu let s častějšími požadavky na aplikace antistatických povrchových úprav bylo nutné řešit možnosti barevných variant. Tento požadavek splňovalo zavedení vícevrstvého nátěrového systému (2. generace), kdy byl polovodivý probarvený vrchní nátěr aplikován na mnohem vodivější vrstvu. Stejně jako u technologie 1. generace byla základní vodivá vrstva přeplněna sazemi nebo grafitem. Správně navržené a instalované povlaky 2. generace poskytují elektrické odporové vlastnosti ve vodivém i disipativním rozsahu. Tato technologie je v současné době nejvíce rozšířená, nicméně má i svá úskalí. Rizikem může být nerovnoměrné rozložení vodivých částic v krycím nátěru nebo nekonzistentní tloušťka vrchního nátěru. V případě porušení nátěru pak může být jeho oprava komplikovaná. Příliš velká tloušťka polovodivé vrstvy totiž může být riziková pro správnou funkci povrchové úpravy.

Tyto nedostatky odstraňuje nová aditivní technologie na bázi uhlíkových nanotrubiček, která umožňuje vyrábět plně vodivé probarvené vrchní nátěry 3. generace, a to barevné i transparentní.

Ve srovnání s uhlíkovými vlákny a vodivou slídou umožňují nanotrubičky získat požadovanou vodivost při mnohem nižších koncentracích. Neexistuje žádné jiné vodivé plnivo schopné dosáhnout stejné vodivosti při tak nízkém dávkování. Oproti konvenčním plnivům je tak jen málo ovlivněna barva antistatické podlahy, což umožňuje instalovat vodivou podlahu v podobě pouze jedné vrstvy vrchního nátěru, který se aplikuje přímo na standardní betonový základ. Největší výhodou tohoto řešení je vrchní probarvená a zároveň vodivá vrstva. Ta může poskytnout povlak s extrémně nízkými triboelektrickými vlastnostmi (triboelectric charging: nabíjení třením, přesněji dotykem dvou těles a jejich oddělením). Tenčí vrchní nátěr má i další výhody spočívající v tom, že je např. méně náchylný k tvorbě puchýřů, které mohou vznikat při aplikaci na betonový substrát s vysokou relativní vlhkostí. V případě, že takováto podlaha vyžaduje opravu, lze novou vrchní vrstvu nanést přímo na stávající podlahu nebo její část, aniž by došlo ke snížení funkčnosti. To u technologie 2. generace vodivých povlaků není možné. Neopominutelnou výhodou je však i spotřeba materiálu a realizace antistatické podlahy pouze ve dvou technologických krocích.

Nicméně je nutné mít na paměti, že i zde jsou jistá rizika.

1. Koncentrát uhlíkových nanotrubiček musí být vždy kompatibilní s cílovou matricí – povrch uhlíkatých nanostruktur je příliš hydrofobní pro některé polymerní systémy, a proto mají neupravené uhlíkové nanostruktury značnou tendenci se v polymerní matrici agregovat a následně pak i sedimentovat. Vlivem rozsáhlé agregace nanostruktur dochází ke zhoršení některých rozhodujících vlastností (pevnost v tahu, lomová houževnatost, bariérový efekt atd.) v porovnání se samotným pojivovým systémem. Perkolační práh (koncentrace nezbytná ke skokovému nárůstu teplotní a elektrické vodivosti) je také silně závislý na obsahu agregátů a s kvalitou dispergace významně klesá. Z uvedených důvodů je tedy nutné upravit povrch uhlíkatých nanomateriálů tak, aby byl kompatibilní
   s vybraným cílovým polymerním systémem.
2. Je nutné zajistit dokonalou dispergaci koncentrátu do finálního nátěrového systému, a to při vysokých otáčkách míchání, aby se zajistilo dokonalé rozptýlení nanočástic v celém objemu.
3. Bude vždy existovat pouze omezená barevná škála a nelze dosáhnout plné barevnosti RAL.

Produkty na trhu

Ve společnosti SYNPO byly vyvinuty polymerní koncentráty uhlíkových nanostruktur, které lze jednoduchou dispergační technikou zamíchat do finální nátěrové hmoty, popř. připravit koncentráty na míru zamýšleným aplikacím. Do produktového portfolia SYNPO byly zavedeny nové výrobky, např. dvousložkový antistatický polyuretanový probarvený vrchní nátěr pro vysoce odolné povlakování plastů, nabízený pod označením LV AKZ 421 NAS.

Do produktového portfolia společnosti Spolchemie, a.s., byl zaveden produkt SADURIT® Z 1 NAS, který představuje tónovaný dvousložkový epoxidový rozpouštědlový antistatický vrchní nátěr na beton a stěny se zvýšenou odolností vůči chemickým a ropným produktům. Dalším produktem je EPOSTYL 521-01 NAS, což je tónovaná dvousložková bezrozpouštědlová antistatická epoxidová podlahovina, vhodná pro izolaci podlah ve výrobních halách určených pro montáž elektronických zařízení nebo v nemocnicích.

Závěr

Třetí generace antistatických povrchových úprav pomocí aditivace stávajících nátěrových hmot vodivými koncentráty umožňuje připravit funkční a estetické probarvené nátěry. Neopominutelným faktem je i úspora materiálu, snížení technologických kroků a zejména snadnost budoucích oprav.

Ing. Kateřina Zetková
www.synpo.cz