Färgnedbrytning på nanonivå

Färgbeläggningar på metallytorbeläggningar har viktiga korrosionsskyddande funktioner, vilka oftast uppnås genom fossilbaserade råvaror. SSF-projektet Holistisk metod för utvärdering och provning av ytbeläggning söker kunskap och nya metoder för effektivare utveckling av hållbarare beläggningar.

På korrosionsavdelningen på RISE i Kista arbetar Dan Persson tillsammans med KTH-doktorand Alexander Wärnheim med korrosion och nedbrytning av material, metaller och färger. Tillsammans driver de SSF-projektet Holistisk metod för utvärdering och provning av ytbeläggning där de utvecklar nya avancerade mätmetoder för att bestämma lokala kemiska förändringar efter exponering för UV-ljus och fukt och hur detta påverkar beläggningens lokala mekaniska egenskaper och skyddande funktioner. I projektet deltar också avdelningen för Yt- och korrosionsvetenskap på KTH med professor Magnus Johnson och professor Per Claesson. Från SSAB medverkar Golrokh Heydari och Per-Erik Sundell som är specialister på bandlackering av stålytor.
För att förstå nedbrytningsprocessen fullt ut behöver den studeras med hög upplösning både på ytan och i djupled. En beläggning som ser nedbruten ut på ytan kan vara fullt funktionell längre ned – och vice versa. En typisk bandlackerad färgbeläggning som SSAB använder på sina plåtmaterial är ofta dock bara 25–30 mikrometer tunn och kräver en hög upplösning och smarta metoder för att studeras.
– Vanligtvis används ganska grova metoder för att titta på förändringar i glans och kulör. Det vi är intresserade av är vad som händer på mikro- och nanonivå, säger Dan Persson.
– Vi använder oss bland annat av en kombination av IR-spektroskopi och atomkraftsmikroskopi (AFM) med en AFM-IR som vi kan använda för att studera färgnedbrytning på nanonivå, säger Alexander Wärnheim.
Med kunskap om hur olika miljöer påverkar färgernas egenskaper ökar möjligheter att modifiera färgernas kemiska sammansättning. Det kan göra dem miljövänligare samt ge ökad motståndskraft mot nedbrytning och bättre korrosionsskyddande egenskaper.

Alternativ till fossila råvaror
Några typiska tillämpningsområden för de färgbeläggningar som projektet fokuserar är stuprör, fasader, och plåttak. Det innebär att beläggningarna måste vara stabila över långa tidsperioder i tuffa utomhusmiljöer och är därför föremål för intensiv utveckling. Idag används nästan bara fossila råvaror för att få och bibehålla rätt funktionalitet, och dessa vill industrin ersätta med biobaserade alternativ. En utmaning är att utvecklingstakten kräver snabbare testmetoder.
– När vi testar färger kan vi såklart bara exponera dem i den naturliga miljön, vilket vi också gör. Men dessa provningar är ofta väldigt tidskrävande. Därför används olika accelererade testmetoder som simulerar naturens nedbrytningsprocess, till exempel klimatkammare med ultraviolett ljus, fuktig luft och hög temperatur, säger Dan.
Det råder dock en diskussion huruvida dessa accelererade processer speglar den naturliga nedbrytningen. Med all rätt, enligt projektets resultat.
– Vi har sett att den accelererade provningen kan vara svår att korrelera med den naturliga. För att kunna föreslå förbättringar av provningsmetoderna och få bättre resultat behöver vi förstå varför, vilket projektet också studerar, säger Dan.
– Kan vi förbättra de accelererade metoderna kan vi också effektivisera utvecklingen av nya beläggningar, säger Alexander.

Klicka här för att läsa mer om forskningsprojektet