Home > Publikationen > Chemie+Technik 18 (1989)
 

Wirksamer Korrosionsschutz mit Fluor-Thermoplasten

Gestaltung und Ausführung der zu beschichtenden Metallkonstruktionen
Dipl.-Ing. V. Eigenbrod

Warum halten bei dem einen Behälter Fluorkunststoff-Beschichtungen, was ihr Ruf verspricht und bei dem anderen treten Reklamationen auf, obwohl die korrosiven Beanspruchungen in beiden Fällen identisch sind? Diese Frage ist für professionelle Bescnichtungs-hersteller weder neu noch unbeantwortet. Sie bekommt aber durch das geänderte Produkthaftpflicht-Gesetz neue
Aktualität.

Why do coatings of fluorinated plastics keep what they promise for one vessel but give rise to complaints for another, although the corrosive stress was identical in both cases? This question is neither new nor unanswered for pro- fessional manufacturers of coatings. However, it acquires increasing import- ance in the light of modified product liability legislation.

Korrosionsschutz mit elektrostatisch aufgebrachten Pulverbeschichtungen
Da solche Beschichtungen im heißen Zustand aufgetragen werden (ETFE 300 °C, PFA 380 °C), ist die gute Zugänglichkeit der zu beschichtenden Konstruktion eine Basisforderung. Das fluor-thermoplasti-sche Material wird, je nach geforderter Schichtstärke, in 6 bis 10 Schichten (Lay-ers) aufgetragen. Bei jedem neuerlichen Auftragen wird der Thermoplast zum Schmelzen gebracht. Durch den Einfluß der Schwerkraft läuft das Material von den Kanten ab und fließt in Ecken. Kantenabfluß bedeutet Schichtdickenverlust bzw. Tropfen. Eckeneinfluß bedeutet erhöhte Schichtstärke, die unter Umständen zu Rißbildungen führt.

Der Effekt des Kantenabflusses wird durch das Schrumpfen des Materials beim Abkühlen noch in 2 Phasen verstärkt: Erstens beim Übergang von der flüssigen in die feste Phase und zweitens beim Abkühlen der festen Phase auf Raumtemperatur. Durch Kantenschrumpf reduziert sich die Schichtstärke von ursprünglichen 800 |im auf mögliche 300 (im. In den VDI-Richtlinien 2532 wird die Gestaltung von zu beschichtenden Konstruktionen beschrieben. Dementsprechend werden unter Berücksichtigung des Schrumpfes und des Abflusses für eine Qualitätsbeschichtung von beispielsweise 800 (im minimal folgende Radien für unverzichtbar gehalten: für den Innenradius möglichst 15 mm, für den Außenradius 6 mm. Natürlich spielt dabei die Schichtdicke eine entscheidende Rolle, denn bei einer 2 mm-Schicht ist der Schrumpf-Effekt sichtlich anders als zum Beispiel bei einer Schicht von 500 (im. Zugeständnisse bei der Konstruktion schwächen automatisch die Leistungsfähigkeit der Beschichtung. Zwar versagt sie ihren Dienst nicht zwangsläufig, aber ein Schwachpunkt ist zweifellos vorprogrammiert.
Konstruktionen mit einem Außenradius von 3 mm, die zur Zeit allgemein akzeptiert werden, werden nur für bedingt beschichtungsgerecht gehalten. Besteht ein Kunde dennoch auf Beschichtung, so wird er auf die Gefahr einer Schicht verringerter Leistungsfähigkeit aufmerksam gemacht sowie auf die damit verbundenen Risiken. Das gleiche gilt für einen zu kleinen Innenradius (Abb. 1). Die aufgezeigten Schwierigkeiten sind immanent bei Behältern, die nicht von vornherein für eine Beschichtung konstruiert wurden, bei denen man sich aber später für einen solchen Korrosionsschutz entscheidet. In Zeiten des geänderten Produkthaftpflicht-Gesetzes und der allgemeinen Sensibilisierung in Bezug auf Chemie-Unfälle sollten keine Risiken eingegangen werden, die sich leicht ohne zusätzliche Kosten vermeiden ließen. Ein Teil, das für eine Beschichtung ausgelegt wird, hat eine wesentlich längere Lebensdauer, als ein in dieser Hinsicht mangelhaft konstruiertes (Abb. 2).

Einsatz der Beschichtung
Veröffentlichte Dauereinsatz-Temperaturen für Fluorkunststoffe beziehen sich oftmals auf Werte, die für Draht-Isolierungen gelten und nur für diese relevant sind. Für den Einsatz in der Chemie sind solche Zahlen uninteressant, wenn man weiß, daß z. B. FEP nach 10 000 Stunden bei 205 °C (so wird in der Fachliteratur „Dauertemperatur" definiert) nur noch 50 % seiner mechanischen Festigkeit besitzt. Nicht-vollfluorierte Kunststoffe wie ETFE oder ECTFE sollten, nach Erfahrungswerten, keinen Einsatz bei Temperaturen oberhalb 100 °C finden. Ausnahmen müssen im Einzelfall untersucht werden.

Vollfluorierte Kunststoffe, wie FEP oder PFA, sollten als Pulverbeschichtung und bei Schichtdicken um 1000 µm nicht über 140°C eingesetzt werden. Dies gilt vor allem in gasförmiger Umgebung (in flüssigen Medien ist in den meisten Fällen der Einsatz noch möglich).
Grundsätzlich reichen diese theoretischen Werte zur Beurteilung der jeweiligen Situation nicht aus. Sehr wichtig ist als Faktor der AT-Wert, also die Differenz der Temperatur des Mediums im Behälter zu der der Behälteraußenwand. Ist der Wert zu groß, beispielsweise größer als 60 °C, sollte der Einsatz einer Beschichtung sehr vorsichtig beurteilt werden, denn Permea-tion und Diffusion sind sowohl von AT als auch von der Schichtstärke stark abhängig.
Zum Beispiel reicht eine Schichtstärke von 2 mm bei ETFE oder 1 mm bei PFA/ FEP mit Sicherheit nicht aus, um alle Einsatzfälle abzudecken. Es ist unbedingt notwendig, den individuellen Einzelfall zu beurteilen und zu klären , welche Anforderungen an die Beschichtung gestellt werden.
Besonders kritisch ist das mangelnde Bewußtsein vieler Anlagenbetreiber, daß einfacher Wasserdampf für Beschichtungen eines der kritischsten Medien darstellt.

Erfahrungen zur Lebensdauer einer Beschichtung
Eine beschichtete Zentrifuge arbeitete bei 35 °C in folgender Mischung:

  • Dichlorethan
  • Tetrachlorkohlenstoff
  • Salzsäure
  • verschiedene Phosphorchloride  und -oxichloride
  • Chlor

Die Beschichtung hielt sieben Jahre und wurde in dieser Zeit dreimal vor Ort wegen mechanischer Beschädigungen repariert.

Ein Teil einer Kolonne hielt bei einer Temperatur von 105°C (Außentemperatur 20 °C, ohne Isolierung) in der gleichen Mischung wie oben, aber mit Addition von Dampf nur knappe 6 Monate. Die Beschichtung war in beiden Fällen die gleiche, nämlich Rhenotherm-Jumbo I, mit einer Schichtdicke in 1 mm. Zusammenfassend läßt sich sagen, daß Fluorkunststoff-Beschichtungen in der Tat gute Problemloser sind - vorausgesetzt man berücksichtigt ihre kleinen Schwächen.

Abb. 1 Gegenüberstellung von geeignetem und ungeeignetem Radius für eine nachfolgende Beschichtung

Abb. 2 Konstruktionsbedingte Schwachstellen einer thermoplastischen Beschichtung.

Sonderdruck aus CHEMIE-TECHNIK18 (1989), Nr. 10, Seite 74-76, Dr. Alfred Hüthig Verlag GmbH, Heidelberg