Phenol-epoxy inbrandcoating uitgelegd: zo ontstaat de resistente laag

Wat zit er in een phenol-epoxy inbrandcoating?

Een phenol-epoxy inbrandcoating bestaat uit twee harsfamilies die elkaar aanvullen: fenolhars en epoxyhars. Fenolhars ontstaat uit fenol en formaldehyde en staat bekend om zijn hardheid, hittebestendigheid en bestendigheid tegen zuren en oplosmiddelen. Epoxyhars brengt hechting, taaiheid en bestendigheid tegen basen in. Op zichzelf heeft elke hars een zwakke plek: fenolhars is bros, en epoxy verliest bij hoge temperatuur en in sterke zuren zijn weerstand.

In een phenol-epoxy coating zijn beide harsen in één formulering samengebracht. Zolang de coating vloeibaar is, liggen de moleculen los naast elkaar. Pas in de oven gaan ze een verbinding aan. Dat is het wezenlijke verschil met een koudhardende coating, waarbij een verharder de reactie al bij omgevingstemperatuur start.

Hoe thermische vernetting de laag laat ontstaan

Thermische vernetting betekent dat de moleculen pas bij hoge oventemperatuur onderling verbindingen vormen, tot één samenhangend netwerk. De fenolhars draagt reactieve groepen (hydroxyl- en methylolgroepen) die bij verhitting reageren met de epoxidegroepen van de epoxyhars. Elke reactie legt een vaste, chemische brug tussen twee ketens. Dat proces heet crosslinking, in het Nederlands vernetting.

Naarmate meer bruggen ontstaan, verandert de laag van karakter. Eerst is het een vloeibare film, dan een vaste maar nog bewerkbare laag, en uiteindelijk een driedimensionaal netwerk waarin vrijwel elke keten aan meerdere buren vastzit. Zo'n dicht netwerk heeft nauwelijks vrije ruimte tussen de moleculen. Water, ionen en agressieve chemicaliën kunnen er dus moeilijk in doordringen. Daarom spreken we van een glasachtige laag: hard, gesloten en homogeen.

De vernettingsgraad hangt af van temperatuur en tijd. Te weinig warmte geeft een onvolledig netwerk met zwakke plekken. Daarom gebeurt de uitharding in een oven met gecontroleerde temperatuur en niet aan de lucht.

Waarom de coating in dunne lagen wordt opgebouwd

Een phenol-epoxy inbrandcoating wordt in meerdere dunne lagen aangebracht, met een ovengang na elke laag. Dat heeft drie redenen.

• Volledige doorharding. Een dunne film warmt gelijkmatig door, zodat het netwerk over de hele dikte ontstaat. Bij een dikke laag zou de buitenkant eerder uitharden dan de kern, met spanningen en insluitingen als gevolg.
• Geen doorlopende poriën. Elke laag dekt de kleine onvolkomenheden van de vorige laag af. De kans dat een porie van het metaal tot aan het oppervlak doorloopt, wordt per laag kleiner.
• Bereik. Een dunne, vloeibare laag dringt door tot tussen de lamellen en in de buizen van een pijpenbundel. Bij lamellenkoelers wordt daarvoor de overvloeimethode gebruikt, zodat de coating tot in de kern van het koelblok komt.

De laatste ovensessie vindt plaats op het hoogste temperatuurniveau. Daarbij vernetten niet alleen de moleculen binnen de laatste laag, maar ook de lagen onderling. Het resultaat is geen stapel losse films, maar één homogene coatinglaag. Hoe het proces bij Novocoatings stap voor stap verloopt, lees je op de dienstpagina inbrandcoatings.

Eigenschappen van de uitgeharde laag en waar ze vandaan komen

De eigenschappen van een phenol-epoxy inbrandcoating volgen rechtstreeks uit het dichte netwerk. Dit zijn de belangrijkste, zoals beschreven voor de Novotherm inbrandcoatings die Novocoatings toepast.

Daarnaast is de laag volgens de productbeschrijving bestand tegen zoutoplossingen, vetten, gassen, oliën, zeewater, brak water, rivierwater en gedeïoniseerd water. De exacte grenswaarden per product staan in de datasheet.

Wat is het verschil met een gewone epoxy coating?

Een gewone epoxy coating hardt uit door een reactie tussen epoxyhars en een verharder, meestal een amine, bij omgevingstemperatuur. Dat is handig, want er is geen oven nodig. Maar het netwerk dat zo ontstaat is minder dicht dan het netwerk van een thermisch vernette phenol-epoxy. Dat merk je op vier punten.

1. Zuren en oplosmiddelen. Koudhardende epoxy is goed bestand tegen basen en water, maar beperkt tegen sterke zuren en veel oplosmiddelen. De fenolcomponent dicht precies dat gat.
2. Temperatuur. Een koudhardende epoxy verweekt bij een lagere temperatuur dan een ingebrande phenol-epoxy. Voor een warmtewisselaar met een heet procesmedium is dat beslissend.
3. Waterdampdiffusie. Hoe dichter het netwerk, hoe minder waterdamp erdoorheen trekt naar het metaal. De ingebrande laag scoort hier het best. Goede koudhardende systemen komen in de buurt, maar hebben daarvoor meestal een dikkere laag nodig.
4. Laagdikte. Een koudhardende epoxy vraagt een zekere dikte voor dezelfde bescherming. Op een warmtewisselend oppervlak kost die dikte rendement.

Koudhardende epoxy heeft daarmee een duidelijke eigen plek: reparatie en applicatie op locatie, waar een oven niet beschikbaar is. Welke je wanneer kiest, lees je in heat-cured of cold-cured. Een overzicht van de harsfamilies zelf staat in epoxy, vinylester en fenolhars.

Waar de hechting begint: de ondergrond

Het dichtste netwerk beschermt niets als het niet aan het metaal vastzit. De hechting van een inbrandcoating is moleculair: de reactieve groepen in de hars binden aan een schoon, actief metaaloppervlak. Vet, oxiden en achtergebleven straalmiddel verhinderen dat contact. Daarom worden warmtewisselaars bij Novocoatings vóór het coaten chemisch voorbehandeld in een circulaire wasstraat: ontvetten, beitsen, passiveren, naspoelen en gecontroleerd drogen. Lees meer over waarom voorbehandeling de hechting bepaalt en over de voorbehandeling in Moordrecht.

Wat betekent dit voor jouw warmtewisselaar?

Voor een shell and tube warmtewisselaar, condensor, box cooler of lamellenkoeler is de phenol-epoxy inbrandcoating het uitgangspunt: dun, dicht, chemisch resistent en elektrisch isolerend, zonder de warmteoverdracht merkbaar te belemmeren. De voorwaarden zijn dat het werkstuk in de oven past en dat de ondergrond contaminatievrij is. Voor onderdelen die geen warmte overdragen, of voor reparatie op locatie, zijn andere systemen logischer; zie het thema industriële coatings. Twijfel je welk systeem bij jouw medium en temperatuur past, beschrijf je situatie dan via het contactformulier en mail eventuele tekeningen naar info@novocoatings.com. Novocoatings is gecertificeerd applicateur van de Novotherm inbrandcoatings van Novoplastik GmbH en adviseert per installatie.