Maling kan bruges i alt slags vind, vejr … og syre
Maling kan bruges til at beskytte overflader på alt fra skibe og broer til ingeniørudstyr mod fjendtlige miljøer – inklusiv varm svovlsyre. Ny forskning på DTU viser, hvordan god maling kan holde til varm syre og slid.
maling coatings metal industri

Maling er ikke kun noget, der får stakittet eller børneværelset til at se flot ud. I industrien kan overfladebehandlende maling – eller coatings som det hedder på fagsprog – bruges til at forbedre levetiden af for eksempel skibe og broer. (Foto: Shutterstock)

De fleste ved nok, at maling kan bruges kosmetisk, eksempelvis for at give din bil den rigtige glans og dit hus en flot fremtoning.

Men mere interessant for ingeniører er beskyttende og funktionelle malinger.

Sådanne overfladebehandlinger kan ingeniører bruge til at gøre byggematerialer mere holdbare og modstandsdygtige, eller til at tilføje en bestemt funktionalitet uden at skulle ændre selve materialet.

At male vindmøllevinger og skibsbunde

Maling, eller coatings som det kaldes i industrien, kan for eksempel bruges til at beskytte vindmøllevinger mod regn, sne og hagl, som rammer de store vinger med omkring 100 m/s (360 km/timen), ved at danne et gummi-lignende lag, der kan absorbere de hårde stød.

Coatings kan også bruges til at beskytte bygninger ved brand. Ved at svulme op under påvirkning af høje temperaturer kan ildbeskyttende coatings danne et isolerende lag og dermed give dyrebar tid, før det underliggende stål bliver så varmt, at bygningen braser sammen.

Coatings kan også bidrage til bæredygtighed ved at forlænge levetiden af materialer. Det gør den ved at danne en beskyttende film på et materiales overflade, som isolerer mod et skadeligt miljø. Det kaldes en barrierecoating.

På DTU Kemiteknik arbejder vi med alt fra ildbeskyttende coatings, coatings til vindmøller og skibsbundsmaling. Alt sammen med henblik på at udvikle nye metoder og teknologier til at forbedre brug af coatings.

Et syret projekt

I mit nyligt afsluttede ph.d.-projekt har jeg vist, at en bare 1 millimeter tyk film af syreresistent barrierecoating kan bruges til at holde mange millioner liter varm svovlsyre fra at spilde ud i miljøet.

Det betyder, at store syreholdige tanke (som vist i figur 1) kun skal males indvendigt med et tyndt lag syreresistent coating, før de kan bruges.

udludningsreaktorer coatings syre

Figur 1: Udludningsreaktorer i fuld skala. Lastvognen nede til højre giver en ide om størrelsen. 

Coatings er en langt billigere løsning end at bygge med syreresistente metallegeringer, som indeholder mere eksotiske metaller, eller at lave de store tanke ud af syreresistent keramik, som er meget besværligt at bygge.

Projektets udgangspunkt var at få mere viden om, hvordan beskyttende maling kunne hjælpe med at forlænge levetiden af ingeniørvirksomheders udstyr i kradse kemiske miljøer, og om hvordan malinger nedbrydes i sådanne miljøer.

Som i en ørken med syreluft

Kradse kemiske miljøer kan man eksempelvis finde i såkaldte udludningsreaktorer. Disse reaktorer kan bruges til at udvinde kobber fra små fine kobberholdige partikler, da kobber ikke findes naturligt i dens rene tilstand.

Kobber er et essentielt metal for vores moderne samfund, der er afhængigt af elektronik, da det bruges, når der skal ledes strøm rundt i ledninger, mobiler, computere og meget, meget andet. Det gør udvinding af kobber til en kæmpe industri.

Oprensningsprocessen af kobberholdige mineraler kræver mange trin, og en af dem involverer brug af varm svovlsyre (75-80 oC) for at opløse kobbermineralerne. Dette gøres i udludningsreaktorerne, der er store omrørte tankreaktorer, som er op til 15 meter høje.

Disse tanke indeholder store mængder af varm svovlsyre (op til 1.000 m3) med mange små fine kobberholdige mineraler, som bliver rørt rundt for at sætte fart på opløsningshastigheden. 

Det skaber et miljø inde i reaktoren, som svarer til at stå i en sandstorm i en ørken, bare varmere, og hvor luften er erstattet af svovlsyre.

udludningsreaktor lille syre

Figur 2: Den mindre udludningsreaktor, som blev brugt til at lave forsøg.

 

Det er det miljø, som en maling skal kunne klare for at blive anvendt på indersiden af tankreaktorerne som en beskyttende coating.

Maling nedbrydes af slid og syre

For at eksperimentere med forskellige slags malinger i et lignende miljø genskabte vi udludningsreaktoren i et mindre format. Der blev malingsprøver indsat og nøje observeret for at finde ud af, hvordan og hvor hurtigt de blev nedbrudt.

Forsøgene kortlagde de mulige nedbrydningsmekanismer samt nedbrydningshastighederne – altså både hvordan og hvor hurtigt malingerne bliver slidt op.

Danske virksomheder støtter coatings-projekt

Victor Buhl Møllers projekt blev udført i samarbejde med to store danske virksomheder: Malingsproducenten Hempel A/S, kendt for sine skibsbundsmalinger, og FLSmidth A/S, som er specialiseret i cementproduktion og mineral-ekstrahering.

Kort sagt viste resultaterne, at malingsprøver kunne nedbrydes af tre årsager: Slid fra de små omrørte partikler, reaktion med den varme svovlsyre, eller at syren gennemtrængte malingsfilmen.

Det kan virke trivielt, men at skabe et miljø, der både slider prøverne, samtidig med at de skulle modstå den varme svovlsyre, var en unik tilgang. Normalt er syreresistens og slidstyrke nemlig blevet testet hver for sig i forsøg med maling.

Heldigt for det, for nedbrydningsmekanismerne viste sig at være afhængige af hinanden. 

Eksempelvis ville en kemisk nedbrydning af malingen gøre produktet mere sårbart overfor de slidende kræfter, og derfor ville man ikke få et retvisende billede af, hvor lang tid et malingsprodukt ville holde uden den samtidige påvirkning af syre og slid.

model syre coatings

Figur 1: Sådan bliver maling nedbrudt i det syrlige og slidende miljø. Vand og syre nedbryder malingsfilmen, mens små kobbermineraler slider overfladen væk.

Fra viden til praktisk brug

Projektet viste ikke kun, at maling kan bruges i kradse syrlige miljøer – det gav også metoder til at observere nedbrydningshastigheder.

ForskerZonen

Denne artikel er en del af ForskerZonen, som er stedet, hvor forskerne selv kommer direkte til orde.

Her skriver de om deres forskning og forskningsfelt, bringer relevant viden ind i den offentlige debat og formidler til et bredt publikum.

ForskerZonen er støttet af Lundbeckfonden.

Sidstnævnte gør, at vi hurtigt kan give et bud på levetiden for et malingsprodukt uden at skulle bruge årelange forsøg. Det var også muligt at sammenligne nedbrydningshastighederne for de tre forskellige mekanismer; altså at kunne påpege på hvilke punkter en maling klarer sig godt, og hvor det klarer sig dårligt.

Dette kan hjælpe med at udvikle nye malingsprodukter med bedre holdbarhed, hvilket kan forøge levetiden, mindske risikoen for fejl og forbedre de økonomiske fordele ved at bruge coatings.

Og når levetiden er længere, er det både bedre for miljøet og udstyrets bæredygtighed. 

Videnskab.dk Podcast

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