Yli 25 vuoden kokemuksella metallin, muovin ja puun pinnoitteiden kehittämisestä olen oppinut, että huono kostutus on yksi yleisimmistä syistä, miksi täysin toimiva koostumus epäonnistuu tuotantolinjalla. Pigmentin dispersio voi olla erinomainen, kiilto hyvä ja mekaaniset ominaisuudet vankat, mutta maali voi silti muodostaa pisaroita, valua tai jättää kuivia kohtia alustalle. Silloin kostutusaineet ovat välttämättömiä. Ne eivät pelkästään saa nestettä leviämään, vaan muuttavat perustavanlaatuisesti sitä, miten pinnoite vuorovaikuttaa pinnan kanssa ennen kuivumista.
Kostutusaineet toimivat alentamalla nesteen pintajännitystä, jolloin neste pystyy voittamaan alustan pintaenergian. Monien teollisuuspintojen — öljyisen teräksen, matalaenergisien muovien tai jopa hieman likaantuneen alumiinin — pintaenergia on selvästi alle 40 mN/m. Tyypillisen vesiohenteisen pinnoitteen pintaenergia ilman apuaineita on noin 45–55 mN/m. Tuloksena on suuri kosketuskulma ja huono levittyvyys. Hyvä kostutusaine alentaa nesteen pintajännityksen 25–32 mN/m:iin, jolloin pinnoite leviää tasaisesti ja muodostaa yhtenäisen kalvon.
Kemiallisia ryhmiä on useita. Silikonipohjaiset kostutusaineet (yleensä polyeetterimodifioidut polydimetyylisiloksaanit) ovat erittäin tehokkaita pienillä annostuksilla ja tarjoavat myös jonkin verran tasoitusominaisuuksia. Fluoratut tyypit vähentävät pintajännitystä voimakkaimmin ja toimivat hyvin vaikeiden muovien kanssa, mutta ne ovat kalliimpia ja voivat vaikuttaa vaahdon vakauteen. Ionittomat pinta-aktiiviset aineet ja akryylipohjaiset kostutusaineet tarjoavat tasapainoisemman profiilin, ja niillä on vähemmän sivuvaikutuksia uudelleenpinnoitettavuuteen tai kerrosten väliseen tarttuvuuteen. Valinta riippuu yleensä alustasta, hartsijärjestelmästä ja siitä, aiotaanko pinnoitetta myöhemmin päällystää uudelleen.
Muistan yhä muutaman vuoden takaisen projektin, jossa tämä käytännön ero tuli selvästi esiin. Kehitimme vesiohenteista epoksipohjamaalia arkkitehtonisissa kehyksissä käytettäville alumiiniprofiileille. Alumiini oli puhdistettu, mutta sen pinnalla oli edelleen ohut oksidikerros ja paikoin käsittelystä peräisin olevia kevyitä öljyjäämiä. Ilman kostutusainetta pohjamaalissa ilmeni voimakasta valumista levityskokeissa – suuria alueita, joilla kalvo vetäytyi saarekkeiksi. Kosketuskulma varsinaisella profiilipinnalla oli 68°. Kovettumisen jälkeen havaitsimme näkyviä aukkoja ja heikkoa korroosionkestävyyttä suolasumutestissä.
Suoritimme kontrolloidun vertailun käyttäen samaa peruskoostumusta ja lisäämällä siihen kolmea erilaista kostutusainetta pitoisuutena 0,4 % aktiivista ainetta koostumuksen kokonaispainosta:
- Tavallinen ioniton pinta-aktiivinen aine alensi pintajännityksen arvoon 38 mN/m ja pienensi kosketuskulman arvoon 42°. Valumista tapahtui vähemmän, mutta se ei hävinnyt kokonaan; laskimme edelleen keskimäärin 7 kuivaa kohtaa 100 cm²:n alueelta ruiskutetuilla paneeleilla.
- Polyeetterillä modifioitu silikoni laski pintajännityksen arvoon 29 mN/m ja kosketuskulman arvoon 26°. Ryömintä ilmiö hävisi kokonaan sekä levityskokeissa että tuotantoruiskutuskokeissa. Suolasumutestien tulokset paranivat huomattavasti, koska kalvo oli yhtenäinen.
- Lyhytketjuinen fluorattu kostutusaine saavutti alhaisimman pintajännityksen (24 mN/m) ja kosketuskulman (18°). Se levittyi erinomaisesti alumiinipinnalle, mutta havaitsimme sekoituksen aikana lievää vaahtoamisen lisääntymistä sekä pientä heikkenemistä kerrosten välisessä tarttuvuudessa, kun pintamaali levitettiin myöhemmin.
Silikonilla modifioitu versio osoittautui selväksi voittajaksi kyseisessä tehtävässä. Päätimme käyttää 0,35 %-aktiiviainetta, jota lisättiin letdown-vaiheessa, ja pohjamaali läpäisi 500 tunnin suolasumutestin ilman kalvon alla tapahtuvaa korroosiota. Tuotantosarjoissa kalvon paksuus oli tasainen ja ulkonäköön liittyvien hylkäysten määrä huomattavasti pienempi.
Kyseinen koe vahvisti useita havaintoja, joita olen tehnyt monissa tehtaissa. Ensinnäkin annostusasteikot ovat välttämättömiä. Kostutusaineilla on usein optimaalinen annostus – liian pieni määrä aiheuttaa edelleen virheitä; liian suuri määrä puolestaan voi aiheuttaa uusia ongelmia, kuten lisääntynyttä vaahtoamista, kiillon heikkenemistä tai tarttuvuusongelmia. Toiseksi lisäyskohdalla on merkitystä. Kostutusaineiden lisääminen liian aikaisin suurleikkausvoimaisessa dispersiossa voi joskus heikentää niiden tehokkuutta myöhemmin. Kolmanneksi, testaa aina varsinaisella alustalla eikä pelkästään laboratoriopaneeleilla. Pinnoite, joka kostuttaa täydellisesti puhtaalla teräksellä, voi epäonnistua tuotantokappaleissa, joissa on valimöljyä tai sormenjälkiä.
Kokemuksen perusteella suurimmat hyödyt saavutetaan siirryttäessä uusiin alustoihin tai vaihdettaessa liuotinpohjaisista järjestelmistä vesipohjaisiin. Vesipohjaisilla pinnoitteilla on yleensä suurempi pintajännitys, joten ne tarvitsevat enemmän apua matalaenergisillä muoveilla tai vain pintakäsitellyillä metalleilla. Eräässä puunpinnoitusprojektissa siirtyminen räätälöityyn silikonipinnoitusaineeseen mahdollisti apuliuottimen määrän vähentämisen 15 %:llä, samalla kun saavutettiin hyvä levittymiskyky öljyiselle tammelle — asia, jota asiakas arvosti sekä kustannus- että VOC-syistä.
Kasteluaineet eivät tietenkään ole mikään ihmelääke. Ne eivät pysty poistamaan voimakasta likaantumista tai ratkaisemaan täysin yhteensopimattomia hartsi-alustayhdistelmiä. Ne voivat myös vaikuttaa muihin ominaisuuksiin — jotkut lisäävät liukastumista, toiset taas voivat heikentää vedenkestävyyttä, jos niitä käytetään liikaa. Uudelleenmaalattavissa järjestelmissä suosin yleensä miedompia akryyli- tai ionittomia tyyppejä voimakkaiden silikonien tai fluorattujen tuotteiden sijaan.
Loppujen lopuksi kostutusaine on edelleen yksi vaikutukseltaan merkittävimmistä lisäaineista koostumuksessa, kun alusta ei ole aivan ihanteellinen. Ne tehtaat ja formulaattorit, jotka ottavat asian vakavasti – suorittavat asianmukaisia vertailukokeita todellisilla osilla, mittaavat pintajännitystä ja kosketuskulmaa mahdollisuuksien mukaan sekä tarkastavat kalvon pitkäaikaista suorituskykyä – ovat niitä, jotka lakkaavat taistelemasta ulkonäkövirheiden kanssa ja alkavat tuottaa tasalaatuisia, luotettavia pinnoitteita. Kun oikeat kostutusaineet ovat oikeassa paikassa ja oikeassa määrin, pinnoite toimii juuri niin kuin sen on tarkoituskin: se leviää, tarttuu ja suojaa kiinnittämättä huomiota itseensä.