David Beamish, DeFelsko Corporation
Oorspronkelijk gepubliceerd in: Materials Performance (februari, 2004); Coatings & Linings Section
Bijgewerkt: Oktober 2021
Optimale omgevingsomstandigheden zijn essentieel voor de voorbereiding, het aanbrengen en de uitharding van coatings en linings om de prestaties te maximaliseren. Dit artikel beschrijft de vijf omgevingscondities die moeten worden geobserveerd en gemeten en het effect dat elke conditie heeft op een succesvolle opdracht. Het behandelt ook verschillende mechanische en elektronische meetinstrumenten en bespreekt het juiste gebruik van elk instrument.
De voorbereiding van het oppervlak en het aanbrengen van coatings en bekledingen moeten onder optimale milieuomstandigheden plaatsvinden om storingen te helpen voorkomen. Er is een verscheidenheid aan instrumenten beschikbaar om de vijf omstandigheden te meten die moeten worden geobserveerd en gevolgd:
Het is algemeen bekend dat de meeste coatings niet goed drogen bij lage temperaturen en een hoge relatieve vochtigheid (RV). Minder bekend is het effect van oppervlaktevocht op de levensduur en prestaties van materialen.
Vocht vormt zich op een oppervlak wanneer warmere, vochtige lucht ermee in contact komt - een proces dat condensatie wordt genoemd. Vocht veroorzaakt roest op onbeschermd staal. Als vocht tussen een coating en een ondergrond zit, zal het toegepaste systeem waarschijnlijk voortijdig falen.
Lichte condensatie op gestraalde oppervlakken kan moeilijk waarneembaar zijn. In plaats van dit vocht op te sporen, worden instrumenten gebruikt om het risico van vochtvorming in te schatten. Er moeten tests worden uitgevoerd om de dauwpunttemperatuur te berekenen voor, tijdens en na het coatingproces. De dauwpunttemperatuur moet worden vergeleken met de oppervlaktetemperatuur om er zeker van te zijn dat de twee ver genoeg uit elkaar liggen dat vochtvorming onwaarschijnlijk is.
Zorgvuldige observatie van atmosferische omstandigheden en een goed begrip van hun invloed op de kwaliteit en de gezondheid op lange termijn van coating- en bekledingsapplicaties zijn belangrijk voor alle aannemers en inspecteurs.
De eerste parameters die nodig zijn om het risico van vochtvorming op een ondergrond te beoordelen zijn de temperatuur van het te prepareren of te coaten oppervlak en de temperatuur van de lucht in de buurt van dat oppervlak. s Nachts straalt staalwerk gewoonlijk warmte uit en is het koeler dan de luchttemperatuur. Overdag neemt het staalwerk warmte op en is het gewoonlijk warmer dan de luchttemperatuur.
Aangezien de oppervlaktetemperatuur vaak verschilt van de luchttemperatuur, vooral bij buitenwerk, moeten beide temperaturen worden gemeten om toepassingsproblemen te voorkomen als de lucht- of staaltemperatuur te warm of te koud wordt voor een bevredigende filmvorming. Aanbrengen bij onjuiste temperaturen kan gebreken veroorzaken zoals: blaasvorming, pinholing, cratering, droog spuiten en modderscheuren. De fabrikant van de coating moet de maximale en minimale oppervlaktetemperaturen voor het aanbrengen van een coating opgeven.
Volgens ASTM D3276, "Standard Guide for Painting Inspectors (Metal Substrates)"1 is de minimale oppervlaktetemperatuur voor het aanbrengen van coatings gewoonlijk 40ºF (5ºC). Deze temperatuur kan zo laag zijn als 0ºF (-18ºC) voor "koudhardende" één- of tweecomponentensystemen of 50ºF (10ºC) voor conventionele tweecomponentensystemen. In de verfspecificaties kan verder worden bepaald dat niet mag worden geschilderd wanneer de temperatuur daalt en binnen 5ºF (3ºC) van de ondergrens ligt.
De maximale oppervlaktetemperatuur voor het aanbrengen van coatings is gewoonlijk 125ºF (50ºC), tenzij duidelijk anders gespecificeerd. Een te heet oppervlak kan ertoe leiden dat de oplosmiddelen van de coating zo snel verdampen dat het aanbrengen moeilijk wordt, dat er blaasvorming optreedt of dat er een poreuze film ontstaat.
De uithardingssnelheid wordt rechtstreeks beïnvloed door de RV - de hoeveelheid vocht in de lucht, uitgedrukt als percentage van de totale hoeveelheid (verzadiging) die bij een bepaalde temperatuur mogelijk is. Vochtige lucht kan niet zoveel oplosmiddel vasthouden als droge lucht. Daarom kan een hoge RV de verdampingssnelheid van het oplosmiddel vertragen. Daarom wordt de maximale RV waarbij coatings of bekledingen kunnen worden aangebracht en uitgehard, doorgaans vastgesteld op 85%. Sommige coatings hebben echter vocht nodig om uit te harden. Daarom is het belangrijk de specificaties van de coating te controleren.
De dauwpunttemperatuur is de temperatuur waarbij zich vocht begint te vormen op een stalen oppervlak. Het is de temperatuur tot welke een volume lucht moet worden afgekoeld om verzadiging te bereiken. Het is een functie van de luchttemperatuur en de RV.
De laatste parameter is het verschil tussen de oppervlaktetemperatuur en de dauwpunttemperatuur. Vocht zal zich waarschijnlijk vormen als ze gelijk zijn. Zelfs als ze dicht bij elkaar liggen, kan het risico van vochtvorming onaanvaardbaar hoog zijn. Documenten zoals ASTM D3276 en de internationale standard ISO 8502-42 stellen dat de oppervlaktetemperatuur minimaal 5ºF (3ºC) boven de dauwpunttemperatuur moet liggen tijdens de drie kritieke fasen van de coating: voorbereiding, aanbrengen en uitharding. Deze minimale afstand helpt ook om de oppervlaktetemperatuur te verlagen wanneer oplosmiddelen verdampen of wanneer koude coatingmaterialen worden aangebracht.
De luchttemperatuur, de dauwpunttemperatuur en de RV kunnen worden bepaald met een strop- of batterijgevoede psychrometer. Deze instrumenten zijn uitgerust met twee thermometers. De eerste thermometer, een "droge bol" genoemd, meet de temperatuur van de omgevingslucht. De tweede thermometer is gewikkeld in een mousseline sok of lont die voor gebruik nat wordt gemaakt - vandaar de naam "natte bol". Deze "natteboltemperatuur" vertegenwoordigt het warmteverlies door de verdamping van het water in de sok. Een lage RV veroorzaakt een snellere verdamping en een lagere natteboltemperatuur dan een hoge vochtigheid.
De sling psychrometer (figuur 1) wordt door de lucht gedraaid om de twee temperatuurwaarden te verkrijgen. De elektrische psychrometer blijft stilstaan terwijl een door een motor aangedreven ventilator lucht over de thermometers trekt.
Lees de aanwijzingen zorgvuldig. Het instrument moet voor elke test goed worden geïnspecteerd en voorbereid. De vochtige bekleding regelmatig controleren en in goede staat houden. De verdamping van het water uit de neteldoek laat altijd een kleine hoeveelheid vast materiaal achter. Daarom is het wenselijk zo zuiver mogelijk water te gebruiken en ook de neteldoek van tijd tot tijd te vernieuwen.
De fysieke locatie van de test en de tijd die wordt besteed aan het wervelen of blazen van lucht over de natte bol zijn factoren die rechtstreeks van invloed zijn op de nauwkeurigheid van het testresultaat. De thermometers moeten gedurende 15 of 20 seconden snel worden rondgeslingerd, gestopt en eerst de natte bol snel afgelezen omdat deze begint te veranderen wanneer de luchtbeweging stopt. De test moet worden herhaald totdat twee of meer metingen van de natte bol gelijk zijn aan de laagste verkregen waarde.
Voor de beste nauwkeurigheid moet de psychrometer in de schaduw worden rondgedraaid. De waarnemer moet met zijn gezicht naar de wind staan en een paar stappen heen en weer zetten om te voorkomen dat zijn lichaam de waarnemingen negatief beïnvloedt. Let erop dat wanneer de temperatuur dichtbij of onder het vriespunt ligt, de psychrometer geen erg betrouwbaar instrument is om de vochtigheid te meten3.
Een psychrometer meet de RV en de dauwpunttemperatuur niet rechtstreeks. Deze waarden worden berekend met behulp van een formule waarin de droge en webboltemperatuur worden ingevoerd. Hiervoor zijn grafieken en psychrometrische rekenmachines beschikbaar. Grafieken zoals de psychrometrische tabellen van het U.S. Weather Bureau(figuur 2) maken deze bepaling iets gemakkelijker. Selecteer de tabel die overeenkomt met de plaatselijke luchtdruk voor die dag: deze waarde kan worden verkregen bij het dichtstbijzijnde weerbureau van de luchthaven. Over het algemeen wordt 30 inch (76 cm) kwik gebruikt, wat overeenkomt met zeeniveau. Op grotere hoogte gebruikt u 29 tot 23 inch (74 tot 58 cm).
Lees de thermometers zorgvuldig, want er zijn veel mogelijkheden voor interpolatiefouten. Geringe verschillen in de waarden verkregen uit temperatuurschalen en vochtigheidsopzoektabellen kunnen aanzienlijk verschillende resultaten veroorzaken.
Hier is een voorbeeld: Stel dat zowel de natte als de drogebolthermometer in stappen van 1 graad aflezen, maar dat u kunt interpoleren tot een ½ graad. Als de droge-boltemperatuur 23,9 ºC (75ºF) en de natte-boltemperatuur 22,8 ºC (73ºF) bedraagt, zouden de mogelijk geregistreerde waarden kunnen lijken op die in tabel 1.
Hoewel beide thermometerwaarden binnen de tolerantie vallen, verschilt de resulterende berekening van de vochtigheidsformule met 8,8 procentpunten! Als een opzoektabel wordt gebruikt in plaats van een formuleberekening, kan het verschil nog groter zijn. Dit foutenbudget is het grootst in de nat/droog-bolberekeningen bij zeer lage en zeer hoge RV.
De RV kan ook rechtstreeks van een hygrometer worden afgelezen of continu worden geregistreerd met een hydrografiek.
Een oppervlaktetemperatuurthermometer zoals die in figuur 3 maakt gebruik van een bimetalen meetelement. Deze kan magnetisch worden bevestigd op een stalen oppervlak, en met tape kan hij op andere oppervlakken worden bevestigd.
Thermometers moeten lang genoeg blijven staan om de temperatuur te stabiliseren - meestal 2 of 3 minuten. Tik lichtjes op de wijzerplaat voordat u een laatste meting doet en zorg ervoor dat u recht afleest. Vermijd direct zonlicht, wind, thermische straling, verwarmings- of ventilatiekanalen of andere soortgelijke omstandigheden. Verkrijg gegevens voor warme en koude gebieden en voor gemiddelde gebieden.
Digitale contactloze infraroodthermometers, zoals de PosiTector IRT of PosiTector DPM IR, kunnen ook worden gebruikt om de oppervlaktetemperatuur te meten. Lees de instructies van het instrument zorgvuldig. Hoe verder het apparaat van het oppervlak wordt gehouden, hoe groter het meetgebied is, wat een potentiële fout veroorzaakt.
De atmosferische omstandigheden veranderen voortdurend: daarom moeten er regelmatig metingen en berekeningen worden verricht. Vier uur is een typische minimumperiode. Het verdient aanbeveling verschillende locaties te meten en de omstandigheden voor, tijdens en na het werk te registreren. Sommige specificaties vragen om continue metingen terwijl het met straalmiddel gereinigde staal wordt blootgesteld of terwijl coatings of bekledingen uitharden: continue metingen zorgen ervoor dat het metaal warmer is dan het dauwpunt.
Sommige meters berekenen alleen de dauwpunttemperatuur, maar de meer praktische instrumenten hebben een aangesloten oppervlaktetemperatuursonde(figuur 4). Met een oppervlaktetemperatuursonde kan een meter de belangrijke deltawaarde - het verschil tussen de oppervlakte- en de dauwpunttemperatuur - berekenen en weergeven.
Continue meting is een van de redenen waarom digitale, alles-in-één instrumenten snel populair worden. Zij vereenvoudigen het meten en berekenen van kritische milieuparameters aanzienlijk. Snel reagerende precisiesensoren leveren nauwkeurige, herhaalbare metingen met een hoge betrouwbaarheid en stabiliteit op lange termijn. Kalibratiecertificaten met directe herleidbaarheid tot normen van het National Institute of Standards and Technology zijn meestal beschikbaar.
De PosiTector DPM dauwpuntmeter toont continu en gelijktijdig alle vijf omgevingsparameters op het liquid crystal display. Niet alleen worden de waarden weergegeven, maar deze waarden kunnen met een druk op de knop samen met de datum en tijd worden opgeslagen in het geheugen van de meter. Beter nog, u kunt een tijdsinterval invoeren en de meter zonder toezicht laten staan om alle vijf waarden met dat interval te registreren, bijvoorbeeld elk kwartier of elk uur(figuur 5). De geregistreerde gegevens kunnen worden opgeslagen totdat de dauwpuntmeter op de locatie wordt opgehaald, of de gebruiker kan bewaking op afstand inschakelen en live gegevens vanuit het veld bekijken. Dit is handig voor het bijhouden van een volledige registratie van de omgevingscondities voorafgaand aan, tijdens en na het aanbrengen van de coating.
Alles-in-één instrumenten, zoals de PosiTector DPM dauwpuntmeter, bieden gewoonlijk een hogere nauwkeurigheid, een grotere eenvoud en een snellere respons dan mechanische methoden. De eenvoudige bediening met één hand is handig bij het beklimmen van een ladder of steiger of bij het bereiken van afgelegen locaties en kleine, moeilijk bereikbare plaatsen. De output op het display is snel en continu.
Andere alles-in-één dauwpuntmeters, zoals de PosiTector DPM L Dew Point Meter Logger, beschikken over milieuvriendelijke afgesloten containers en kunnen tot 200 dagen autonoom omgevingscondities meten zonder dat batterijen vervangen hoeven te worden.
Een ander voordeel van digitale instrumenten is dat ze veel giswerk wegnemen bij het meten. Veel modellen hebben alarmen die de gebruiker automatisch waarschuwen wanneer de oppervlaktetemperatuur te dicht bij de dauwpunttemperatuur komt; deze functie signaleert een hoog risico op vochtvorming. De meeste geven zowel in Celsius als in Fahrenheit weer. Sommige registreren de waarde van de oppervlaktetemperatuur pas nadat die waarde gestabiliseerd is. Met andere woorden, raak een koud of warm oppervlak aan en het instrument meet de temperatuurwaarde terwijl deze daalt of stijgt tot de werkelijke oppervlaktetemperatuur. Binnen enkele seconden, zodra de meter vaststelt dat de meting is gestabiliseerd, geeft de meter een pieptoon en bevriest het display. Dit is bijzonder handig bij het meten van afgelegen gebieden waar het display moeilijk of niet zichtbaar is.
1. ASTM D3276-15e1, "Standard Guide for Painting Inspectors (Metal Substrates)". (West Conshohocken, PA: ASTM 2015)
2. ISO 8502-4:2017, "Voorbereiding van stalen substraten vóór het aanbrengen van verf en aanverwante producten - Beproevingen voor de beoordeling van de oppervlaktereinheid -met zowel de natte als de droge bol Deel 4: Richtlijnen voor de schatting van de kans op condensatie vóór het aanbrengen van verf" (Genève, Zwitserland: ISO, 2017).
3. ASTM E337-15, "Standard Test Method for Measuring Humidity with a Psychrometer (the Measurement of Wet- and Dry-Bulb Temperatures)" (West Conshohocken, PA: ASTM 2015).
DAVID BEAMISH (1955 - 2019), voormalig president van DeFelsko Corporation, een in New York gevestigde fabrikant van handbediende coatingtestinstrumenten die wereldwijd worden verkocht. Hij had een diploma burgerlijk ingenieur en meer dan 25 jaar ervaring in het ontwerpen, produceren en op de markt brengen van deze testinstrumenten in verschillende internationale industrieën, waaronder industriële verf, kwaliteitsinspectie en productie. Hij gaf trainingen en was actief lid van diverse organisaties waaronder NACE, SSPC, ASTM en ISO.
