KUVA 2. Hankauskulutustestin periaate ja hankauskuvion synty
taan useissa eri standardeissa, esim. EN 13523-16: Coil coated
metals. Test methods. Part 16: Resistance to abrasion,
ASTM D4060: Standard Test Method for Abrasion Resistance
of Organic Coatings by the Taber Abraser, EN ISO
7784-2: Paints and varnishes. Determination of resistance
to abrasion. Part 2: Method with abrasive rubber wheels and
rotating test specimen. 1
Tutkimusmenetelmässä vastakkaisiin suuntiin pyörivät
kulutuspyörät kuluttavat näytteen pintaan kuvan 2 mukaisen
hankauskuvion. Myös näytelevy alustoineen pyörii akselinsa
ympäri, maalipinnoitteiden tapauksessa kierrosnopeudella
60 rpm. Kulutuspyöriä on olemassa materiaaliltaan
erilaisia, joista alumiinioksidi- tai piikarbidipartikkeleista
valmistetut kulutuspyörät on todettu maalipinnoitteille parhaiten
soveltuviksi. Näytelevy voi olla joko pyöreä tai neliömäinen
riippuen siitä, kumman muotoinen materiaalista
on helpompi valmistaa. Maalipinnoitettu ohutlevynäyte on
kuvan 1 mukainen neliömäinen 100x100 millimetrin kokoinen
levy, johon on porattu keskelle reikä näytealustaan kiinnitystä
varten.
Hankkeessa käytetyt biomaalatut näytemateriaalit
Maalissa yleisesti käytettyjä komponentteja ovat sideaine,
liuotin, pigmentit ja lisäaineet. Biomaalilla tarkoitetaan tässä
yhteydessä maalia, jossa jokin maalin komponenteista
on korvattu ympäristöystävällisemmällä vaihtoehdolla. Esimerkiksi
ympäristölle haitallisia liuottimia on voitu korvata
osittain tai kokonaan, tai maalin valmistuksessa on käytetty
kierrätettyjä komponentteja. Perinteisiin, ei-biopohjaisiin
pinnoitteisiin verrattuna, tutkituissa pinnoitteissa merkittävä
osa fossiilisesta öljystä on korvattu rypsiöljyllä, joka
jääkin pysyväksi osaksi pinnoitetta ja täten ilmaan haihtuu
vähemmän haitallisia aineita. Näin on saatu tuotteen hiilijalanjälkeä
pienennettyä. 2
Hankkeessa tutkittavat näytteet jaettiin niin sanottuihin
ensimmäisen, toisen ja kolmannen sukupolven biomaalattuihin
ohutlevypinnoitteisiin, joiden välisenä erona
on lisätty bio-osuuden määrä tai tyyppi. Toisen sukupolven
biomaalatuissa ohutlevyissä on enemmän bio-osuutta
kuin ensimmäisen sukupolven tuotteissa, ja kolmannen
sukupolven tuotteissa bio-osuutta on edelleen lisätty käyttämällä
lisäksi muitakin biokomponentteja. Mukana oli eri
sideaineisiin pohjautuvia ja eri sävyisiä pinnoitteita. Erityisesti
kulutuskokeessa eri sävyisiä näytteitä ei valitettavasti
voida täysin verrata keskenään, sillä erilaiset pigmentit
käyttäytyvät kulutuskokeessa eri tavoin. Mustilla näytteillä
on aiemmissakin tutkimuksissa todettu olevan hyvä hankauskulutuksenkesto,
johtuen joko pigmenttien laadusta tai
määrästä. Jos esimerkiksi mustaa ja valkoista näytettä verrataan
keskenään, mustassa pigmenttien määrä on selvästi
pienempi kuin valkoisessa, toisaalta siis kulutettavaa sideainetta
on suhteessa enemmän. Hiilimustalla pigmentillä saattaa
polymeerien yhteydessä olla kulutuskestävyyttä parantava
vaikutus toimiessaan eräänlaisena voiteluaineena. 3
Kulutuskestävyyden arviointimenetelmät
Aiemmin maalipinnoitteiden hankauskulutuskestävyyden
arvioinnissa on käytetty kahta eri menetelmää: visuaalista
arviota siitä, koska pintamaali on kulunut tarpeeksi eli
pohjamaaliin saakka, tai painohäviöön perustuvaa menetelmää
250 kulutuskierroksen perusteella laskettuna, mikä ei
kuitenkaan kuvaa sellaisen pinnoitteen todellista kulutuskestävyyttä
kovinkaan hyvin, joka kestää kulutusta 1000–
2500 kierroksen verran, ennen kuin pohjamaali tulee näkyviin.
Menetelmää kehitettiin hankkeen puitteissa siten, että
tulosten tulkinnasta tulisi vähemmän tekijäriippuvaista ja
tuloksena saataisiin selkeä numeroarvo, jonka perusteella
maalipinnoitteiden kulutuskestävyyttä pystyttäisiin paremmin
arvioimaan ja vertailemaan keskenään. Tämän vuoksi
koesarja sisälsi viisi rinnakkaisnäytettä, sillä hajonta oli
aiemmissa tutkimuksissa ollut välillä suurta painohäviöitä
mitattaessa parin rinnakkaisnäytteen perusteella. Lisäksi
näytteitä kulutettiin useamman kierrosmäärän verran (250,
500 ja 1000 kierrosta), sen mukaisesti, mitä kukin pinnoite
vähintään kesti kulutusta. Näyte punnittiin ennen kulutusajoa
ja sen jälkeen, ja painohäviön perusteella laskettiin
Taber Wear Index (TWI), jossa on otettu huomioon painohäviön
lisäksi pinnoitteen kuivatiheys ja kulutettu kierrosmäärä.
Mitä pienempi indeksi, sitä parempi on pinnoitteen
hankauskulutuksenkesto. 1
Kyseinen menetelmä ei vaadi näytteen jatkuvaa tarkastelua
testiajon aikana, mikä on selkeä etu visuaalisen arvion
menetelmään nähden. Toki ajon jälkeen on varmistettava,
että näyte on vielä punnitukseen kelpaava; toisin sanoen, ettei
kuluminen ole vielä edennyt pohjamaaliin. Sen verran
visuaalisesti tulkittava ja tekijäriippuvainen on tämä laskentamenetelmäkin.
Biopohjaisilla pinnoitteilla saavutettuja testituloksia
Taulukossa 1 on esitetty kaikkien hankkeessa tutkittujen
pinnoitteiden Taber Wear Index (TWI) -arvon viiden rinnakkaisnäytteen
keskiarvo, sekä kulutettu kierrosmäärä,
jonka perusteella laskenta on tehty. Kierrosmäärä kuvastaa
samalla siis myös visuaaliseen arvioon perustuvaa tulkintaa.
Kuva 3 esittää laskentamenetelmän tulokset keskihajontoineen.
Mitä pienempi tulos, sitä parempi on pinnoitteen
kulutuskestävyys.
38 • OHUTLEVY 1/2021 www.ohutlevy.com
/www.ohutlevy.com
