Industrielle Beschichtungen: Typen, Systeme und Anforderungen an die Oberflächenvorbereitung

Industriebeschichtungen sind Korrosionsschutzsysteme, die in Fertigung, Prozessindustrie, Energie, Marine und Infrastruktur auf Stahl und andere Untergründe aufgebracht werden, um Korrosion zu verhindern, chemischem Angriff standzuhalten, erhöhten Temperaturen zu widerstehen oder passiven Brandschutz zu bieten. Anders als Bautenanstriche werden sie nach messbarer Leistung unter definierten Betriebsbedingungen ausgewählt, und jeder Systemtyp stellt spezifische Anforderungen an die Oberflächenvorbereitung, die vor der Applikation erfüllt sein müssen. Dieser Leitfaden behandelt die wichtigsten Beschichtungsgruppen, den Vorbereitungsgrad und das Profil, die jede typischerweise benötigt, die Funktionsweise mehrschichtiger Systeme und die Verfahren, mit denen diese Anforderungen erreicht werden. Die falsche Oberflächenvorbereitung für ein Industriebeschichtungssystem zu wählen, ist einer der zuverlässigsten Wege, es vorzeitig versagen zu lassen.

Die wichtigsten Arten industrieller Beschichtungssysteme

Epoxidbeschichtungen

Zweikomponenten-Epoxidbeschichtungen gehören zu den am häufigsten spezifizierten Technologien für Industriebeschichtungen. Sie bestehen aus einer Epoxidharzkomponente (Teil A) und einem Polyamin- oder Polyamidhärter (Teil B), die beim Mischen vernetzen und einen dichten, chemikalienbeständigen Film bilden. Wesentliche Eigenschaften:

• Ausgezeichnete Haftung auf ordnungsgemäß vorbereitetem Stahl
• Starke Barrierewirkung gegen das Eindringen von Wasser, Sauerstoff und Chloriden
• Beständig gegen viele Säuren, Laugen und Lösemittel
• Begrenzte UV-Beständigkeit – Epoxide kreiden im Sonnenlicht, daher wird dort, wo UV-Beständigkeit wichtig ist, eine Deckbeschichtung aus Polyurethan oder Polyaspartic aufgebracht
• Trockenschichtdicke bei Dickschichtsystemen typischerweise 100–400 µm pro Schicht

Oberflächenvorbereitung: Für Hochleistungsanwendungen ist SSPC-SP 10 / Sa 2½ üblich. Oberflächentolerante Epoxid-Mastics sind so formuliert, dass sie niedrigere Grade wie SSPC-SP 6 / Sa 2 akzeptieren, und manche akzeptieren für die Instandhaltung Hand- oder maschinelle Reinigung (SSPC-SP 2/SP 3). Rauheitsprofil: typischerweise 40–100 µm gemäß technischem Datenblatt (TDS) des Produkts.

Zinkstaubgrundierungen

Zinkstaubgrundierungen schützen Stahl durch kathodischen (galvanischen) Schutz. Bei einem hohen Zinkanteil im Trockenfilm (üblicherweise spezifiziert von etwa 65 % bis über 85 % Massenanteil) wird Zink zur Opferanode und korrodiert bevorzugt, wodurch der Stahl an Fehlstellen der Beschichtung geschützt wird. Es gibt zwei Kategorien:

• Organische Zinkstaubgrundierungen (Epoxid- oder Urethan-Bindemittel): Der galvanische Mechanismus beruht auf elektrischem Kontakt der Zinkpigmente untereinander und auf direktem Kontakt zwischen Zink und Stahl. In der Regel über SSPC-SP 10 / Sa 2½ spezifiziert, da Restverunreinigungen die elektrische Leitfähigkeit unterbrechen; prüfen Sie das TDS, da manche Produkte SP 6 akzeptieren.
• Anorganische Zinksilikatgrundierungen: Sie gehen mit der Stahloberfläche eine chemische (Silikat-)Bindung ein statt einer rein physikalischen. Sie erfordern typischerweise SSPC-SP 10 / Sa 2½ bis SSPC-SP 5 / Sa 3, weil die Bindungschemie eine reaktive, unverunreinigte Stahloberfläche benötigt.

Zinkstaubgrundierungen sind häufig die erste Schicht eines Mehrschichtsystems, gefolgt von einer Epoxid-Zwischenschicht und einer Polyurethan-Deckschicht – eine gängige Spezifikation für Offshore, Brücken und Stahlbau.

Polyurethanbeschichtungen

Zweikomponenten-Polyurethan-Deckbeschichtungen werden über Epoxid- oder Zinkstaub-Grundierungssystemen aufgebracht, um UV-Beständigkeit, Farbtonbeständigkeit und Abriebfestigkeit zu verbessern. In den meisten Industriespezifikationen werden sie nicht direkt auf blanken Stahl aufgetragen; die darunterliegende Grundierung bestimmt die Anforderung an die Oberflächenvorbereitung. Polyaspartic-Beschichtungen sind eine schnell härtende Variante der Polyurethanchemie, die zunehmend dort eingesetzt wird, wo eine schnelle Wiederinbetriebnahme gefragt ist.

Thermische Spritzschichten (TSA und TSZ)

Thermisch gespritztes Aluminium (TSA) und thermisch gespritztes Zink (TSZ) werden per Lichtbogen- oder Flammspritzen auf blanken Stahl aufgebracht und bilden eine metallische Schicht, die sowohl Barriere- als auch kathodischen Schutz bietet. TSA wird verbreitet für langlebigen Korrosionsschutz von Offshore-Bauwerken und Steigleitungen eingesetzt. Die Bindung zwischen Spritzmetall und Untergrund ist mechanisch, was thermisches Spritzen zu einem der anspruchsvollsten Beschichtungssysteme hinsichtlich der Oberflächenvorbereitung macht. Gemäß SSPC-CS 23.00 / NACE No. 12 / AWS C2.23M:

• Die Mindestreinheit ist SSPC-SP 10 / NACE No. 2 (Near-White) bei milder atmosphärischer Belastung; SSPC-SP 5 / NACE No. 1 (metallisch rein, Sa 3) wird typischerweise für anspruchsvollere Einsätze wie Eintauchbelastung und maritime Exposition vorgeschrieben
• Oberflächenprofil: 63–125 µm (2,5–5,0 mil), kantig – erzeugt mit kantigem Strahlmittel
• Mit dem Spritzen sollte so bald wie möglich nach dem Strahlen begonnen werden, innerhalb der in der Spezifikation festgelegten Frist und bevor Flugrost auftritt

Bristle Blasting wurde auch als Vorbereitungsverfahren für thermisches Spritzen an Reparaturstellen untersucht; siehe Bristle Blasting als Oberflächenvorbereitung für thermisches Spritzen.

Steinkohlenteer-Epoxid

Eine Kombination aus Steinkohlenteerpech und Epoxidharz, die ein sehr schichtstarkes System mit ausgezeichneter Wasserbeständigkeit ergibt. Historisch war es eine dominierende Beschichtung für erdverlegte Pipelines, unterirdische Bauwerke und getauchten Stahl. Wegen gesundheitlicher und umweltrechtlicher Beschränkungen für Steinkohlenteer wurde es in vielen Anwendungen weitgehend von modernen Epoxidsystemen abgelöst. Oberflächenvorbereitung: typischerweise SSPC-SP 10 / Sa 2½.

Dämmschichtbildende Beschichtungen

Passive Brandschutzbeschichtungen, die sich bei Hitzeeinwirkung ausdehnen und eine isolierende, kohlenstoffhaltige Schaumschicht bilden, die den Temperaturanstieg von Stahlkonstruktionen im Brandfall verzögert. Feuerwiderstandsklassen werden in Minuten angegeben (typischerweise 30, 60, 90 oder 120 Minuten). Zwei Haupttypen:

• Zellulosische Dämmschichtbildner: ausgelegt für Gebäudebrände mit vergleichsweise allmählichem Temperaturanstieg. Dünnschichtsysteme, typischerweise mit einer Trockenschichtdicke von bis zu einigen Millimetern aufgetragen.
• Kohlenwasserstoff-Dämmschichtbildner: ausgelegt für petrochemische und Offshore-Brände (Lachenbrände, Jet Fires) mit sehr schnellem Temperaturanstieg und sehr hohen Temperaturen. Meist auf Epoxidbasis und deutlich dicker, oft viele Millimeter. Vorherrschend in der Öl- und Gasindustrie.

Oberflächenvorbereitung: Dämmschichtbildner werden über einer verträglichen Grundierung aufgebracht, und für diese Grundierung ist SSPC-SP 10 / Sa 2½ üblich. Gleichmäßige Haftung auf der gesamten Oberfläche ist entscheidend, da die Feuerwiderstandsklasse davon abhängt, dass die Beschichtung während des gesamten Brandes haften bleibt.

Hochtemperaturbeschichtungen

Silikonbasierte und anorganische Beschichtungen für Untergründe, die oberhalb von etwa 200 °C betrieben werden – Abgasanlagen, Wärmetauscher, befeuerte Erhitzer und Kesselaußenflächen. Die Temperaturbeständigkeit reicht von rund 200 °C bei modifizierten Alkyd-/Silikon-Mischungen bis 600 °C und darüber bei reinen Silikonen und manchen anorganischen oder keramikgefüllten Systemen. Die Anforderungen an die Oberflächenvorbereitung variieren je nach Produkt, doch für höhere Betriebstemperaturen ist SSPC-SP 10 / Sa 2½ üblich.

Polyharnstoffbeschichtungen

Schnell härtende, schichtstarke elastomere Beschichtungen, die mit Mehrkomponenten-Spritzanlagen aufgebracht werden. Sie werden für Auffangräume, Wasserspeicher, Pipelinesanierung und Anwendungen eingesetzt, die Schlagfestigkeit und Flexibilität erfordern. Reine Polyharnstoffe sind während der Aushärtung relativ unempfindlich gegenüber Luftfeuchtigkeit, benötigen für ausreichende Haftung aber dennoch sauberen, trockenen, profilierten Stahl (typischerweise SSPC-SP 10 und ein Profil von etwa 40–75 µm).

Anforderungen an die Oberflächenvorbereitung für Industriebeschichtungen: Referenztabelle

Hinweis: Diese Werte entsprechen typischer Branchenpraxis. Ziehen Sie stets das TDS des Beschichtungsherstellers für das jeweilige Produkt heran. Weichen TDS und Projektspezifikation voneinander ab, gilt die strengere Anforderung.

Grenzwerte für lösliche Salze

Grenzwerte für Salzverunreinigungen sind ebenso wichtig wie der Reinheitsgrad, denn unter einer Beschichtung verbliebene Chloride verursachen osmotische Blasenbildung und Unterwanderungskorrosion. Die Grenzwerte werden durch die Spezifikation oder das TDS festgelegt und sind bei Eintauchbelastung strenger als bei atmosphärischer Belastung. Als Bezugspunkt: Der IMO Performance Standard for Protective Coatings (PSPC) für Ballasttanks lässt höchstens 50 mg/m² (5 µg/cm²) lösliche Salze, berechnet als NaCl, zu. Prüfen Sie mit der Bresle-Methode und waschen Sie die Oberfläche, wenn die Ergebnisse den Grenzwert überschreiten. Siehe Verunreinigung durch lösliche Salze und Beschichtungsversagen.

Mehrschichtige Industriebeschichtungssysteme

Die meisten Spezifikationen für Industriebeschichtungen sehen ein Mehrschichtsystem statt einer einzigen dicken Schicht vor. Der typische Aufbau ist:

• Grundierung – haftet auf dem vorbereiteten Stahl; bietet ersten Korrosionsschutz oder kathodischen Schutz (Zinkstaub). Die Grundierung bestimmt die Anforderung an die Oberflächenvorbereitung.
• Zwischenschicht(en) – baut die Gesamtschichtdicke auf, verstärkt die Barrierewirkung und verbindet Grundierung und Deckschicht. Häufig ein Dickschicht-Epoxid.
• Deckschicht – UV-Beständigkeit, Farbe und Abriebfestigkeit. Polyurethan oder Polyaspartic bei atmosphärischer Belastung; modifiziertes Epoxid oder Polyurethan in der Spritzwasserzone.

Die Anforderung an die Oberflächenvorbereitung für das gesamte System wird von der Grundierung bestimmt. Auch bei einer Polyurethan-Deckschicht über einer organischen Zinkstaubgrundierung muss der Stahl nach dem Grad der Grundierung vorbereitet werden (typischerweise SP 10); die Chemie der Deckschicht ändert nichts an der Anforderung an die Stahlvorbereitung.

Verfahren der Oberflächenvorbereitung für Industriebeschichtungen

Die beiden Hauptwege zu einer Reinheit nach SSPC-SP 10 / Sa 2½ oder einer damit vergleichbaren Reinheit sind:

• Strahlen mit Strahlmittel – das Referenzverfahren; es liefert in kontrollierten Umgebungen konsistente Ergebnisse bei hoher Flächenleistung und ist das konventionelle Verfahren zur Vorbereitung für thermisches Spritzen (SP 10 bis SP 5). Bei der Instandhaltung von Anlagen im laufenden Betrieb, in engen Räumen und in ATEX-Zonen ist es nur eingeschränkt anwendbar.
• Mechanische Vorbereitung mit Bristle Blasting – der Bristle Blaster® erzeugt eine mit ISO 8501-1 Sa 2½ / SSPC-SP 10 vergleichbare Reinheit mit einem Rauheitsprofil von 65–85 µm Rz auf Standardstahl in dokumentierten Versuchen (die Ergebnisse variieren mit Stahlsorte, Rostgrad, Band und Technik). Das passt zum Profilbereich vieler der oben genannten Systeme, vorbehaltlich der Freigabe durch den Beschichtungshersteller. Die pneumatische Version ist nach ATEX 2014/34/EU für Zone 1 (explosionsfähige Gasatmosphäre) und Zone 21 (explosionsfähige Staubatmosphäre) bewertet. Sie eignet sich für Ausbesserungen, Feldnähte, Instandhaltung im laufenden Betrieb und Orte, an denen Sandstrahlen nicht möglich ist.

Das Wichtigste in Kürze

• Industriebeschichtungen umfassen mehrere unterschiedliche Technologiegruppen – Epoxid, Zinkstaub, thermisches Spritzen, Dämmschichtbildner, Hochtemperatur, Polyharnstoff – mit jeweils unterschiedlichen Schutzmechanismen und Anforderungen an die Oberflächenvorbereitung.
• SSPC-SP 10 / Sa 2½ ist die typische Anforderung für die meisten Hochleistungs-Industriebeschichtungssysteme. Thermische Spritzschichten erfordern SP 10 bei milder Belastung und typischerweise SP 5 / Sa 3 bei schwerer Belastung, mit einem kantigen Profil von 63–125 µm.
• Die Anforderung an die Oberflächenvorbereitung für ein Mehrschichtsystem bestimmt die Grundierung, nicht die Deckschicht.
• Prüfen Sie die Anforderungen an das Rauheitsprofil im TDS des Produkts; verschiedene Formulierungen derselben Kategorie können unterschiedliche Anforderungen haben.
• Grenzwerte für lösliche Salze sind ebenso wichtig wie der Reinheitsgrad. Prüfen Sie mit der Bresle-Methode und behandeln Sie die Oberfläche bei Bedarf vor dem Beschichten.
• In Instandhaltungssituationen, in denen Strahlen mit Strahlmittel nicht möglich ist, liefert der Bristle Blaster® eine mit SSPC-SP 10 vergleichbare Reinheit und ein Profil von 65–85 µm Rz – ohne Strahlmittel und ohne Einhausung.

Häufig gestellte Fragen

Welche Oberflächenvorbereitung erfordern die meisten Industriebeschichtungen?

Die meisten Hochleistungs-Industriebeschichtungssysteme wie Epoxide, Zinkstaubgrundierungen und Polyharnstoffe werden typischerweise über einer Near-White-Reinheit nach SSPC-SP 10 / ISO 8501-1 Sa 2½ mit einem definierten Rauheitsprofil von üblicherweise 40–100 µm spezifiziert. Oberflächentolerante Mastics akzeptieren niedrigere Grade. Das Produktdatenblatt und die Projektspezifikation haben stets Vorrang.

Bestimmt die Deckschicht oder die Grundierung den Grad der Oberflächenvorbereitung?

Die Grundierung. Sie ist die einzige Schicht, die den Stahl berührt, daher bestimmt ihr Haftmechanismus Reinheitsgrad, Profil und Salzgrenzwert. Auch eine Polyurethan-Deckschicht über einer organischen Zinkstaubgrundierung erfordert einen Stahl, der nach der Anforderung der Zinkgrundierung vorbereitet ist, typischerweise SSPC-SP 10.

Welche Oberflächenvorbereitung benötigt thermisch gespritztes Aluminium?

Gemäß SSPC-CS 23.00 / NACE No. 12 / AWS C2.23M ist das Minimum eine Near-White-Reinheit nach SSPC-SP 10 bei milder atmosphärischer Belastung; für schwerere Belastung wird typischerweise metallisch rein nach SSPC-SP 5 vorgeschrieben. Das kantige Oberflächenprofil sollte 63–125 µm (2,5–5,0 mil) betragen, da das Spritzmetall mechanisch haftet.

Kann Bristle Blasting das Strahlen mit Strahlmittel vor Industriebeschichtungen ersetzen?

Bei Instandhaltung, Reparaturen, Feldnähten und Bereichen, in denen Strahlen unpraktikabel ist, oft ja. Dokumentierte Versuche zeigen eine mit Sa 2½ / SSPC-SP 10 vergleichbare Reinheit und ein Profil von 65–85 µm Rz auf Standardstahl, wobei die Ergebnisse mit Stahlsorte, Rostgrad, Band und Technik variieren. Klären Sie die Freigabe mit dem Beschichtungshersteller und prüfen Sie das Ergebnis bei der Abnahme.

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