Analysis of polyurethane top-coat destruction influence on erosion kinetics of polyurethane-epoxy coating system

The paper presents results of investigations concerning influence of climatic factors and environmental pollution on chemical and physical destruction of polyurethane top coat. In order to increase the operational life of polyurethane coating, its composition was modified by nanoparticles addition of aluminium dioxide (of grain size d=20 nm) or silica (of grain size d=16 nm), which mass share was 3%. Three-year ageing on climatic station of coating systems samples with such modified top coat as well as with unmodified top coat caused its chemical destruction as FTIR (Fourier-transform infrared spectroscopy) examinations documented relevant increase of carbonyl groups (C=0) content. This fact testified oxidation degree rise of superficial layers which indicated their oxidation resistance decrease. Also oxidation initial temperature decrease of polyurethane coating was revealed using DSC (Differential Scanning Calorymetry). Influence of climatic factors and environmental pollution contributed also to the physical destruction of the coating which caused an increase of its surface roughness and generated craters, etchings and cracks (including the silver cracks). Destruction degree of climatically aged polyurethane coating influenced erosive wear intensity of three-layer polyurethane-epoxy coating system. The lowest chemical and physical destruction under the influence of operational factors as well as the highest hardness revealed the coating systems with polyurethane top coat modified with aluminium dioxide what was the reason that they showed also the lowest erosive wear intensity. On the other hand, aged analogously coating systems with polyurethane top coat modified with silica were marked by comparably bigger destruction than the coating systems modified with aluminium dioxide which was the reason of their erosive wear intensity increase.

W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu naturalnych czynników klimatycznych oraz zanieczyszczeń środowiskowych na destrukcję chemiczną i fizyczną nawierzchniowej powłoki poliuretanowej. Celem zwiększenia trwałości eksploatacyjnej powłoki poliuretanowej wprowadzono do jej składu nanocząstki tlenku glinu (o rozmiarze ziarna d=20 nm) lub krzemionki (o rozmiarze ziarna d=16 nm), których udział masowy wynosił 3,5%. Starzenie próbek systemów powłokowych, zarówno z tak zmodyfikowaną powłoką nawierzchniową, jak i z powłoką nawierzchniową niemodyfikowaną, na stacji klimatycznej w okresie 3 lat spowodowało destrukcję chemiczną powłoki nawierzchniowej. Badania spektroskopowe w podczerwieni (FTIR) udokumentowały bowiem istotne zwiększenie zawartości grup karbonylowych (C=O), świadczące o wzroście stopnia utlenienia warstw nawierzchniowych, co wskazuje na zmniejszenie ich odporności oksydacyjnej. Na podstawie analizy termicznej DSC (różnicowej kalorymetrii skaningowej) ustalono również obniżenie temperatury początku utleniania powłoki poliuretanowej. Oddziaływanie czynników klimatycznych i zanieczyszczeń środowiska przyczyniło się także do destrukcji fizycznej tej powłoki. Skutkowało to wzrostem chropowatości jej powierzchni oraz tworzeniem: kraterów, wytrawień, i pęknięć (w tym pęknięć srebrzystych). Stopień destrukcji starzonej klimatycznie powłoki poliuretanowej miał wpływ na intensywność zużywania erozyjnego trójwarstwowego systemu powłok poliuretanowo-epoksydowych. Najmniejszą destrukcją chemiczną oraz fizyczną pod wpływem czynników eksploatacyjnych oraz najwyższą twardością wyróżniały się systemy powłokowe z poliuretanową warstwą nawierzchniową modyfikowaną tlenkiem glinu, co było przyczyną najniższej intensywności ich zużywania erozyjnego. Natomiast starzone klimatycznie systemy powłokowe z poliuretanową warstwą nawierzchniową modyfikowaną krzemionką charakteryzowały się porównywalnie większą destrukcją, niż systemy powłokowe modyfikowane tlenkiem glinu, co zwiększyło intensywność ich zużywania erozyjnego.