Verf is meer dan mooi

Scheepsconservering 2

Siemon Medema

De strijd tegen corrosie wordt gewonnen of verloren op het grensvlak van metaal en deklaag.
De voorbehandeling van het grensvlak (ondergrond) is behandeld in Bokkepoot nummer 173. Daarom kunnen we nu overgaan tot corrosiebestrijding met verf of coating.
Er bestaan twee vormen van corrosiewering met verf namelijk passieve corrosiewering en actieve corrosiewering. Daarnaast als speciaal geval het binden van roest.

Passieve corrosiewering

Hierbij sluit het verfsysteem de ondergrond af voor de invloed van zuurstof, vocht en chemicaliën. De afsluitende werking is afhankelijk van het verftype, het gebruikte pigment en de vulmiddelen, maar de afsluitende werking wordt toch vooral bepaald door de laagdikte en het aantal verflagen. Bepaalde pigmenten ondersteunen de afsluitende werking, zoals: aluminium en ijzerglimmer door hun lamel- of bladvormig karakter.
Een verflaag heeft poriën. Door die poriën kunnen vocht en zuurstof komen en het onderliggende metaal aantasten. Ook is de lengte van de porie (de dikte van de verflaag) bepalend voor het transport door de verflaag. Hoe meer lagen over elkaar des te kleiner is de kans, dat de poriën in elkaar verlengde liggen en dus vocht en lucht doorlaten. Er is een verband tussen het aantal lagen en de dikte van de totale verflaag om effectief te werken.
In onderstaande tabel zijn de vuistregels gegeven voor passieve bescherming onder normale atmosferische omstandigheden (boven de waterlijn) en voor belasting onder water. Dit is gebaseerd op de droge laagdikte.

aantal lagen	benodigde totale verfdiktemicrometer
	boven waterlijn	onder waterlijn
1	300	450
2	220	325
3	180	250
4	150	200

Meerdere dunne lagen zijn dus beter dan één dikke laag, ook voor de kosten en de problemen bij het aanbrengen.
Speciale verven zoals de High Build (HB) en High Solid (HS) bevatten weinig vluchtige stoffen (minder dan 15%) waardoor de laagdikte in een arbeidsgang groter is dan bij traditionele verven. In de praktijk betekent dit dat in sommige gevallen kan worden volstaan met twee in plaats van drie lagen. Wel moeten we tijdens het aanbrengen er voor zorgen dat er geen luchtinsluitingen plaats vinden (z.g. pinholes).

Actieve corrosiewering

Hierbij heeft de verf een chemische of elektrochemische werking aan het grensvlak van het metaal en de verf. Door toepassing van roestwerende (inhibitieve) pigmenten in primers wordt het roestproces, ondanks de aanwezigheid van zuurstof en water geremd of zelfs verhinderd. Bekende voorbeelden hiervan zijn, in de bij ons meest voorkomende verven loodmenie, zinkfosfaat en zinkstof. Loodmenie is nog steeds het meest doeltreffende pigment, maar dan wel gecombineerd met verzeepbare bindmiddelen dat wil zeggen bindmiddelen op oliebasis zoals een vette alkydhars of visolie (dus niet op basis van vinyl, chloorrubber of epoxy). De alkydhars of visolie vormen de zogenaamde loodzepen, waardoor een basisch milieu wordt gevormd en in een basisch milieu roest ijzer of staal niet.
Zinkfosfaat als pigment werkt in combinatie met zuurstof, vocht en het metaal roestwerend. Wel moet in een zinkfosfaatverf minstens ongeveer 40% zinkfosfaat aanwezig zijn om deze inhibiterende functie te kunnen verkrijgen.
Een bijzondere plaats in de actief corrosiewerende pigmenten neemt zinkstof in. Doordat zink onedeler is dan staal zal het zich ten gunste van staal opofferen. Bij het ontstaan van mechanische beschadigingen zal geen onderroest ontstaan. Een voorwaarde is dat er minimaal 92% gewichtsdelen aan zinkstof in de droge verffilm aanwezig moet zijn. Verder is het belangrijk dat een zinkstofverf op een optimaal gereinigd stalen oppervlak wordt aangebracht (minimaal Sa 2,5 gestraald). Verdere beperkingen zijn de hoge soortelijke massa van 2,5 gr/cm³ en de noodzaak om voor de hechting van de volgende verflagen passende maatregelen te treffen.
Bij toepassing onder water is de afwerkingslaag erg kritisch omdat deze absoluut dicht moet zijn anders kunnen zich blaren vormen in de afwerkingslaag als gevolg van de vorming van hygroscopische zinkzouten. Dat betekent dus, dat deze verf beter niet onder water toegepast kan worden. Na het gebruik van een zinkstofcompound het oppervlak nooit met een oliehoudend product afwerken, maar met een goed afsluitend niet-oliehoudend product afwerken ter voorkoming van de vorming van zinkzouten (en dientengevolge blaasvorming) en het inboeten van elasticiteit van oliehoudende producten.
In de praktijk komt het er op neer dat een actief roestwerende primer wordt gecombineerd met afsluitende verflagen van een passief roestwerend systeem.

Roestbinders

Het principe van deze producten is het impregneren van droge roest, waardoor verdere corrosievorming wordt afgeremd. Daarom kunnen deze producten worden gebruikt om tijdens het vaarseizoen plaatselijk onderhoud te verrichten. Bovendien kunnen moeilijk of niet voldoende te ontroesten ondergronden zo tijdelijk geconserveerd worden. Er is hiervan een aantal types in de handel, die gebaseerd zijn op laagmoleculaire oliën zoals visolie, gecombineerd met gesublimeerde oliën of harsen. Een voorbeeld is Owatrol. Daarnaast zijn er chemische roestvertragende middelen. Deze bevatten alkalische middelen en/of fosfaten. Het probleem van de fosfaten is, dat deze in de praktijk, na hun werk gedaan te hebben, een rest achter kunnen laten. Deze rest heeft een negatieve uitwerking op het afwerkingssysteem.
Algemeen kan worden gesteld dat dikte en aard van roest het type roestbinder bepaalt.
Cementverf kan men eveneens goed gebruiken op moeilijk bereikbare plaatsen.
Deze ‘verf’ heeft een sterk alkalisch (basisch) karakter en dankt hieraan zijn corrosiewering.
Een cementsaus bestaat uit 2 delen zand en 1 deel cement, te verdunnen met water tot een viscositeit van lijnolie. Minstens drie lagen aanbrengen alvorens af te dekken met een niet-oliehoudende verf/coating. Door Herbol bijvoorbeeld is voor betonstaalconservering de z.g. Baustahlschutz in de handel gebracht, die ongeveer dezelfde werking heeft.

Welk verfsysteem?

Het bepalen van het juiste verfsysteem voor de bescherming tegen corrosie is geen eenvoudige zaak. De bescherming wordt niet alleen door de verf bepaald, maar ook door de voorbehandeling, de omstandigheden tijdens applicatie, de applicatie (het aanbrengen) van het verfsysteem, milieu-invloeden en de detaillering van de constructie.
Over het belang van voorbehandeling heb ik het in het vorige artikel al gehad. Voorbehandeling is het fundament van een goede conservering. Een goed verfsysteem faalt op een slecht voorbehandelde ondergrond.
Wanneer een goed verfsysteem niet zorgvuldig wordt aangebracht zal dit minder goede resultaten geven. Gelet moet worden op:
– Het voorkwasten van ribben, hoeken en dergelijke;
– Gevaar van condensvorming;
– Het aanhouden van de juiste droogtijden;
– Het voorkomen van vet, vuil, zouten en dergelijke tussen de verflagen;
– Het bereiken van de juiste laagdikte:
– Het goed onderhouden van de applicatieapparatuur.
De verschillende factoren van het verfsysteem zijn: de kwaliteit van de verf, de eisen die gesteld worden aan de conservering, de applicatiemogelijkheden, welke manier en welke graad van reiniging van de ondergrond mogelijk is,, eisen die aan een toekomstig onderhoud worden gesteld en natuurlijk het beschikbare budget.
Onder milieu-invloed wordt verstaan het vaargebied, zout of zoet water en klimatologische omstandigheden.
Met detaillering bedoel ik hoe een te conserveren onderdeel geconstrueerd is, bijvoorbeeld met veel scherpe kanten, hoe de bereikbaarheid is en dergelijke.
Genoemde zes elementen moeten als één geheel worden gezien, met dien verstande dat elk element een integrerend onderdeel is van het totale conserveringssysteem.
Hieruit valt te zien, dat het aantal variabelen van het conserveringssysteem groot kan zijn. Hierin ligt de verklaring van het grote productaanbod.
Praktische gezien moet de ondergrond vrij van water zijn, ook uit de eventueel te binden roest. Bij het opbrengen van bijvoorbeeld Owatrol moet de roest zeker vochtvrij zijn. Vocht, en met name de lichte aanslag, is visueel slecht te constateren op het te behandelen oppervlak en is voor de meeste verf/coatingssystemen niet aanvaardbaar. Deze aanslag of condensvorming is een functie van het dauwpunt, het temperatuurverschil tussen de omgeving en de ondergrond en de relatieve vochtigheid van de lucht.
Om condensvocht op het oppervlak zonder meetapparatuur te constateren een vuistregel: men neme een sigarettenvloeitje en legt die op het oppervlak. Als het vloeitje blijft kleven is er sprake van vocht. Een doek met spiritus om de ontroeste of te schilderen plekken af te nemen verhelpt het vochtprobleem goeddeels.
Uitgaande van het feit dat er over voorbehandelingen genoeg bekend is, zal ik mij nu bezig houden met de verfproducten in het kader van conserveren, waarbij terzijde de reinigingsgraad van de ondergrond en de applicatiemethode ter sprake komen.

Verfproducten

De eigenschappen van een verf worden voor een groot deel bepaald door het toegepaste bindmiddel, en hieraan danken de producten meestal hun naam.
Op basis van de wijze van droging van de verf zijn de bindmiddelen als volgt in te delen.
– Bindmiddelen die drogen door natuurkundige processen. Dit noemen we fysische of natuurkundige droging, bijvoorbeeld droging door het verdampen van oplos- en verdunningsmiddelen. Voorbeelden hiervan zijn chloorrubber, polyvinylhars en bitumen.
– Bindmiddelen die drogen door scheikundige reacties ook wel genoemd chemische of scheikundige droging. Hierin is onderscheid te maken in drie soorten te weten (1) drogend met zuurstof uit de lucht, bijvoorbeeld (gemodificeerde) alkydharsen, (2) drogend met een harder zoals epoxyharsen en polyurethaan verven en (3) drogend door vocht zoals silicaatverven en sommige polyurethaan verven.

Fysisch drogend

De voor ons belangrijkste eigenschap van verven op basis van chloorrubber is hun grote bestandheid tegen water en zure oplossingen. Oude lagen zijn zonder al te moeilijke voorbehandelingen over te schilderen. Het te repareren verfsysteem blijft gevoelig voor de oplosmiddelen van de nieuw aan te brengen laag. Hierdoor ontstaat een goede hechting.
Vinylverven met polyvinylharsen zijn eveneens uitstekend bestand tegen water en alkalische oplossingen. Wel laten ze hun oplosmiddelen vrij moeilijk los vooral bij temperaturen lager dan 10 graden. Als oplosmiddelen achterblijven, wat men ‘solvent retention’ noemt, blijft de laag gevoelig voor vocht en allerlei chemicaliën en ook poreus.
Chloorrubber en polyvinylharsverven (of combinaties) worden toegepast als primers en dekverven op booreilanden, containers en schepen, zowel onder als boven water.
Watervaste bitumenproducten kan men verkrijgen uit asfaltbitumen. Indien ook nog gepigmenteerd met aluminium worden de eigenschappen nog verbeterd. Wel is genoemd product gevoelig voor temperatuursveranderingen. In de praktijk betekent dit dat in de winter er een toenemende hardheid ontstaat waardoor korstvorming kan optreden en dat in de zomer de lagen zacht worden. Bitumencoatings en bitumineuze aluminium primers worden onder water toegepast.

Chemisch drogend met zuurstof

Door de droging als gevolg van oxidatie (de inwerking van zuurstof uit de lucht op de verf) is de droge laagdikte per laag beperkt tot maximaal 35 micron. Wel zijn er tegenwoordig de zogenaamde high-build alkydverven die een groter laagdikte geven. Dit komt door hun hogere vaste stof gehalte. Wanneer een traditionele alkydverf in een te grote laagdikte wordt aangebracht zal de droging in de laag zeer langzaam plaats vinden. Aan het oppervlak droogt de verflaag snel, waardoor kans op ‘schroeien’[1] bestaat.
Loodmenieverven geven matig vloeiende lagen. Dit komt door de vrij hoge bindmiddeladsorptie van de pigmentdeeltjes. IJzermenieverf valt niet onder de actief corrosiewerende verven maar bevordert de vloeiing en dekking. Hierdoor verdient het aanbeveling, voor de tweede laag loodmenie en ijzermenieverf te combineren b.v. in de verhouding 50/50. Hierdoor wordt een gelijkmatige laagdikte bereikt en dit geeft ook een duidelijk kleurcontrast met loodmenieverf (bruin t.o.v. oranje). Hechting en weerbestandheid van alkydverven zijn uitstekend. De bestandheid tegen chemicaliën is matig. Hierdoor niet geschikt voor toepassing op metaal onder water of in agressieve milieus. Alkydharsen die gemodificeerd zijn met polysiloxanen geven een hogere weerstand tegen zonlicht, water en chemische processen doordat siloxanen anorganisch zijn en minder snel afbreken door weersinvloeden dan koolstofverbindingen.
De toepassing van alkydverven is voor loodmenieverven, loodijzermenieverven, ijzerglimmerverven, aluminiumverven en dekverven in kleur op staal in niet agressieve milieus, zinkchromaat primers als hechtprimers, geellood en calciumplumbaat primers op non-ferro metalen (niet ijzerhoudende metalen).

Chemisch drogend met harder

Epoxyharsverven bezitten als algemene eigenschappen een hoge mechanische en chemische weerstand en ze zijn geschikt voor metalen in allerlei milieus. De watervastheid kan worden opgevoerd door epoxyharsen te combineren met speciale vulstoffen. De combinatie met zinkstof is uitstekend geschikt als roestwerende primer. Denk hierbij wel aan de reinheidsgraad van de ondergrond (Sa 2,5[2]) en voor toepassing onder water (zinkzouten). Deze verven zijn niet bestand tegen UV belasting; dit in tegenstelling tot polyurethaanverven.
Pas chemisch drogende verven met verharder toe waar hoge mechanische, chemische en waterbestandheid wordt vereist.
Teerprodukten, zoals koolteer, hebben van nature een enorme vernetting[3] en vormen een
dichte laag. Bovendien zijn ze oppervlaktetolerant[4], maar in Nederland verboden. Over de vervangers verschillen de meningen. Polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK’s) ontbreken in deze middelen. Polyurethaanverven, verven op basis van polyurethanen, bezitten in tegenstelling tot epoxyharsverven, een hoge weersbestendigheid. Hun glans- en kleurbehoud, ook onder chemisch belasting, is zeer hoog. Het toepassingsgebied is het zelfde als bij epoxyharsverven, maar voor toepassing onder water zijn ze minder geschikt dan epoxyharsverven. De vochtverhardende polyurethanen vertegenwoordigen een bijzondere groep. In het onderhoudswerk, waarbij het vaak niet mogelijk is om alle roest te verwijderen, wordt dit product vaak toegepast. Het vocht wordt dan onttrokken aan de roestresten die na mechanische reiniging zijn achtergebleven.

Chemisch drogend met vocht

In silicaatverven worden silicaat bindmiddelen toegepast in combinatie met een zinkstofpigment. De droging vindt plaats tussen het bindmiddel en het pigment. Vocht uit de lucht speelt hierbij een rol. Zinksilicaat bevat een zeer hoog percentage zink waardoor het staal kathodisch beschermd wordt, maar dan wel met als voorwaarde dat het staal de reinigingsgraad heeft van Sa 2,5. Zinkrijke primers en coatings toepassen op constructies in zeer corrosieve milieus.
Fabrikanten gebruiken allerlei merk- en soortnamen, waaruit vaak niet te halen is welk soort verf het is. In sommige gevallen kan dat wel, bijv. D.D. (demodur/desmofen) is een polyurethaan en P.U. is eveneens polyurethan verf. Zo is mono-urethaan een vochtverhardende polyurethaan (moisture-curing) en staat E.P. voor epoxy.
Verder willen verffabrikanten nog wel eens de naam wijzigen zonder dat de samenstelling van de verf gewijzigd is. Het enige wat duidelijkheid geeft is de produktbeschrijving (datasheet), die op te vragen is.
Het is onmogelijk alles over verf/coatings en voorbehandeling te vatten in twee artikelen. Bij het doorlezen van deze artikelen zullen ongetwijfeld vragen naar voren komen. Als er voldoende stof is kan daar misschien in een volgende Bokkepoot op terug gekomen worden.

Siemon Medema is in 2015 overleden.

Dit artikel is eerder gepubliceerd in Bokkepoot 174

Laagdikte

We onderscheiden 2 soorten laagdikte te weten

• droge laagdikte, de laagdikte van de gedroogde coating
• natte laagdikte, de dikte van de natte coating/verflaag direct na het aanbrengen.

Om de relatie tussen natte en droge laagdikte en verbruik te kunnen berekenen onderstaand enkele formules.
Per liter verf kun je (volume % vaste stof x 10)/(laagdikte in micrometer) vierkante meter behandelen.
Per kilo verf is dat (volume % vaste stof x 10)/(laagdikte in micrometer x soortelijke massa) vierkante meter.
De vraag is natuurlijk welke natte laagdikte moet worden aangebracht voor een bepaalde droge laagdikte. De relatie is: natte laagdikte = (100 x droge laagdikte)/(vol % vaste stof) micrometer.
Hieruit kan natuurlijk ook de droge laagdikte berekend worden uit de aangebrachte natte laagdikte.
Bij een verdunning van de verf van bijvoorbeeld 10 volume% moet 10% meer natte laagdikte worden opgebracht voor de zelfde droge laagdikte.
In de praktijk blijkt het verfverbruik door diverse factoren hoger. Bij benadering geldt een verhoging van 8 % voor applicatie met kwast en rol en van 30 % voor buiten spuiten in de wind.
Wil je bijvoorbeeld 150 micrometer droge verflaag opbrengen in vier lagen, dan is dat te berekenen met deze formules. De technische informatie zoals volumepercentage vaste en vluchtige stof is te vinden in de productinformatiebladen van de leverancier.
De laagdikte van de opgezette verf is afhankelijk van de applicatiemethode. Zo is met een goede kwast de zelfde verf in een grotere laagdikte aan te brengen dan met een rol, uitgaande van dezelfde viscositeit (verdunning). Ook het verschil tussen een kortharige rol of langharige is belangrijk. Bij de eerste is het laagdiktebereik het minst.

[1] Schroeien: rimpel-effect als een chemisch oxydatief drogende verf (alkydhars) te dik wordt opgezet waardoor het bovenste deel van de nog natte verffilm eerder droogt dan de onderliggende verf.
[2] Als je verfsystemen, waarbij als voorbehandeling Sa2,5 is voorgeschreven, op bijvoorbeeld handontroeste ondergronden toepast, geeft de verfleverancier geen garantie omdat hij uitgaat van het volledig voldoen aan de voorbehandelingsnorm.
[3] Vernetting: de manier waarop een natte verffilm zich ‘vernet’ (droogt in de ruimste zin) wat heeft te maken met de dichtheid, elasticiteit en dergelijke. Dit onderwerp is te specialistisch om in dit artikel uitgebreid te behandelen.
[4] Oppervlaktetolerant: het is niet noodzakelijk om vooraf te ontroesten volgens de normen Sa 2.5 of St 3 om een voldoende tot goed resultaat te bereiken. Men kan dan bij wijze van spreken met een reinigingsgraad van St2 volstaan (zie het eerste artikel over voorbehandeling in Bokkepoot nummer 173).