Maling redder liv
KRONIK: Mange typer overflader skal beskyttes industrielt. Danske forskere arbejder med nye malinger til skibsbunde, vindmøllevinger, brandbeskyttelse af stålkonstruktioner og isolering af rør på havbunden.

Søren Kiil er modtager af ATV Elastyrenprisen 2014. Prisen blev overrakt af professor Niels Christian Nielsen, iNANO og Kemisk Institut ved Aarhus Universitet.

 

Mange har sikkert prøvet at male derhjemme, og umiddelbart ligner malingen i bøtten et ret simpelt produkt. Men faktisk består maling af 15-20 forskellige nøje udvalgte ingredienser.

Den vigtigste kommercielle komponent kaldes en polymer og det er den, som binder malingen sammen og får den til at klæbe til overfladen. Dertil kommer pigmenter, solventer og additiver, der bl.a. skal give malingen farve og få den til at flyde på den rigtige måde.

Nutidens og fremtidens maling er meget mere end pynt – den har vigtige funktioner på en række områder. I industriel sammenhæng er der behov for en række avancerede malinger med helt særlige funktioner.

Bundmaling med lav friktionsmodstand

Skibe uden en bundmaling på skroget vil hurtigt gro til med alger, bakterier, tang og muslinger. Det resulterer i et uhensigtsmæssigt stort brændstofbrug, et øget udslip af CO2 og syreregn.

Nogle bundmalinger har en meget glat overflade, der gør det svært for organismer at sidde fast, når skibet sejler, mens andre typer frigiver et aktivt stof. Et væsentligt spørgsmål er, hvordan begroningen påvirker brændstofforbruget over tid med forskellige typer maling.

Det arbejder en forskningsgruppe inden for malingsteknologi ved DTU på at besvare sammen med virksomheden Hempel A/S.

Til formålet er konstrueret en 'tømmerflåde' med fire neddyppede malingsrotorer, der skal simulere forholdene, når et skib sejler. Tømmerflåden er placeret i Roskilde Fjord på DTU’s Risø Campus.

Over tid og afhængig af rotationshastigheden helt eller delvis vil de fire roterende cylindre gro til, hvorved friktionsmodstanden øges.

Fakta

Forskningsarbejdet er støttet af Hempel Fonden. DTU Kemiteknik og Hempel A/S har igennem 15 år samarbejdet om forskning i malinger og testmetoder til en lang række industrielle anvendelser. Den danske polymerpris – ATV | Elastyrenprisen uddeles hvert år på ATV’s årsmøde. Prisen tildeles en forsker, der har udmærket sig gennem nytænkning og markante resultater inden for kemisk forskning i og udvikling af syntetiske eller biologiske polymerer.

Med nogle ugers mellemrum afmonteres de fire cylindre og deres friktionsmodstand måles i et nærliggende laboratorium. Derefter sættes de tilbage på tømmerflåden. På den måde kortlægges, hvilke malingstyper der fungerer bedst under længere tids ophold i havvand.

Maling redder liv

Når vi i dag opfører bygninger, er der en række skrappe krav til brandsikkerhed, som skal være opfyldt. Her kan maling også hjælpe til.

Til brandbeskyttelse af stålkonstruktioner anvendes en helt speciel maling, som under en brand skummer op og danner et varmeisolerende lag. Processen forlænger tiden, indtil ståltemperaturen overstiger 500 C, hvor stålet bliver blødt.

Er der tale om en bygning, giver det mennesker, der opholder sig i bygningen, mere tid til at nå i sikkerhed, inden den kollapser. Også på olieboreplatforme er det vigtigt med denne form for brandbeskyttelse. Opskumning af malingen, hvorved den bliver 50 gange tykkere i løbet af en halv time, er baseret på en kompleks række af kemiske reaktioner, der aktiveres ved forskellige temperaturer.

Selv efter 20 år skal malingen fungere helt perfekt i en brand, og det stiller store krav til kvaliteten. Målet med forskningen er her at udvikle matematiske modeller, som kan beskrive de forskellige trin i opskumningsprocessen.

Med en sådan kortlægning kan et stort antal ideer til helt nye typer af opskummende maling lettere afprøves, og relevansen af de anvendte testmetoder kan evalueres. Laboratoriearbejdet foregår i store ovne, som skal simulere forhold under en brand.

Regn ødelægger vindmøllevinger

I de sidste 10-15 år er der rundt omkring i verden opbygget en række store vindmølleparker. Her mange år efter begynder man at se erosionsskader på vingerne. Skaderne opstår over tid, når regndråber rammer de hurtigt roterende vinger.

Rotordiameteren af de største møller er nu oppe på 164 meter og vingehastigheden på den yderste spids næsten 100 m/s. En let eroderet vingekant er på basis af vindtunneleksperimenter estimeret til at kunne reducere den elektriske effektivitet med op til 5 procent.

Eksperimenter med bundmalinger i Roskilde Fjord. (Foto: ph.d.-studerende Asger Lindholdt)

For at forlænge levetiden af vingerne males de med en maling, der har en elasticitet, som gør at energien fra sammenstødet mellem vinge og regndråbe kan optages af malingen, hvorved vingen skånes. Det vurderes, at omkring halvdelen af de nye store vindmøller, som opføres, males med vingemaling.

Forskergruppen på DTU arbejder med at designe et apparat, som på basis af en vandjet hurtigt kan evaluere, om en maling kan forventes at levere den ønskede beskyttelse, så man undgår meget dyre tests med rigtige møller eller i krævende pilotskalaudstyr.

Det kræver en grundig forståelse af erosionsfænomenerne og af, hvordan man tester i lille skala. Apparatet skal, hvis det fungerer efter hensigten, efterfølgende bruges til at kortlægge, hvilke polymertyper som er bedst egnede til vingemaling.

 

Malingen bliver solskoldet

Store skibe bygges af stålsektioner, som svejses sammen på skibsværftet. For at undgå, at sektionerne korroderer (ruster), bliver de hurtigt malet med en antikorrosiv maling. Den er imidlertid ikke særlig robust overfor sollys, som i løbet af dage eller uger kan nedbryde det alleryderste af malingsoverfladen.

Lidt populært kan man sige, at malingen bliver solskoldet. Når man så efterfølgende maler næste lag på, kan man risikere en dårlig vedhæftning og afskalning af malingen. Det er meget dyrt at rette op og kræver en mekanisk rensning af overfladen.

På DTU Kemiteknik undersøges mekanismerne bag nedbrydningen af polymermaterialerne i malingen, og der udvikles matematiske modeller for processen. Målet er nye malinger, der kan give længere overmalingsintervaller.

 

Maling som isoleringsmateriale?

Varmetab fra procesudstyr og rørføringer reduceres typisk med mineral- eller glasuldsprodukter. Det er effektivt, men har den ulempe, at korrosion under isoleringen ofte ikke bliver opdaget i tide. I værste tilfælde kan der opstå brud på f.eks. et stålrør indeholdende varm væske eller damp.

Selv i det tilfælde, hvor stålkonstruktionen er malet med en antikorrosiv maling, kan store temperaturforskelle og dannelse af kondensvand (med opløste urenheder) resultere i korrosion under maling og isolering.

Brandbeskyttende maling efter opskumning. (Foto: ph.d.-studerende Kristian Petersen Nørgaard)

Særligt let vil det forekomme, hvis malingen har svage punkter eller er blevet skadet. Et alternativ til mineraluldsisolering er en såkaldt isolerende maling, som indeholder fyldstoffer med lav varmeledningsevne.

Malingen sprøjtepåføres i et eller flere lag op til en tykkelse af nogle få millimeter og er særligt velegnet til svært tilgængelige hulrum.

Malingen giver naturligvis slet ikke den samme isoleringseffekt som f.eks. 10 centimeter konventionel isolering, men er langt bedre end slet ingen isolering.

Et vigtigt anvendelsesområde er beskyttelse af personale på procesanlæg ('safe-touch' egenskaber), hvor få graders forskel kan have stor betydning for graden af forbrænding, der fås ved f.eks. 5 sekunders kontakt med en varm overflade.

Isolerende malinger anvendes også til overfladebehandling af rør, der placeres på havbunden. Her kan malingerne reducere varmetabet betragteligt i et miljø, hvor andre former for isolering er vanskelige at anvende.

Men hvilke fyldstoffer er mest velegnede, hvor effektive er de, og i hvor høje koncentrationer skal de tilsættes malingen? Det er nogle af de spørgsmål, forskergruppen prøver at besvare.

Der arbejdes med hule glas-, keramik- og polymerkapsler og meget luftige aerogelpartikler. Igen spiller matematiske beskrivelser af malingens opførsel en meget vigtig rolle.

 

Fremtidens malinger

Der dukker løbende behov op for nye malingstyper. F.eks. kan nævnes malinger til cement- og mineralindustrien, hvor syreangreb og mekanisk slid er af stor betydning for apparaturets levetid.

Malinger, der kan modstå høje tryk (200 bar) og temperaturer (200 grader Celcius) i gasledninger er også relevant.

I bygningssammenhæng kan nævnes reflekterende tagmalinger til varme lande, hvor man ønsker at reducere udgifterne til air condition. Der forskes også i selvreparerende malinger til biler eller skibe og selvrensende malinger til vinduer.
 

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.