Fluorpolymere wie PFA, MFA und FEP sind in Antihaft- und Korrosionsschutzbeschichtungen keineswegs neu. Entscheidend ist jedoch das Aufbringungsverfahren. Die BASF hat mehr als 50 Jahre Erfahrung bei der Entwicklung von Antikorrosions- und Antihaftbeschichtungen aus dem Betrieb der eigenen Chemieanlagen in ein neues Beschichtungssystem einfließen lassen. Ursprünglich entstanden ist das Verfahren für Antihaftoberflächen aus Versuchsansätzen für den Korrosionsschutz mit einer damals unternehmensintern eingesetzten Beschichtung, die auf PFA basiert. „PFA ist in Sachen Korrosionsbeständigkeit in der Chemieproduktion die eierlegende Wollmilchsau“, fasst Dr. Norbert Krollmann, Leiter des Fachzentrums Polymer- und Oberflächentechnik bei der BASF, die Eignung des Grundstoffs in aggressiven Umgebungen zusammen. Die Herangehensweise an BASF-interne Beschichtungslösungen ist hier stets durch die Erfahrung aus Schadensfällen geprägt – Schichtdicken und der Grad der Porenfreiheit liegen aus Sicherheitsgründen teils erheblich über den Werten, die außerhalb der Chemieproduktion zum Einsatz kommen. Für diese Lösungen interessieren sich auch Kunden außerhalb der BASF. Im Laufe der Entwicklung entstand aus der Arbeit mit Fluorpolymeren im Korrosionsschutz die erste Antihaftbeschichtung. „Entscheidend für die Wirksamkeit und Langlebigkeit der Antihaftbeschichtung ist der Schichtaufbau“, so Krollmann. „Hier flossen unsere Erfahrungen aus dem Dickschichtaufbau im Korrosionsschutz ein.“
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Das Testgebiet für den ersten Praxiseinsatz der selbst entwickelten Antihaftbeschichtung lag quasi vor der Haustür – die Plattenwärmeaustauscher in den Anlagen, die mit Flusswasser aus dem Rhein gekühlt wurden. Fouling und Korrosion bilden hier ein ständiges Problem für die Standzeit und die Reinigungsintervalle der Platten im Dauereinsatz. Die ersten Versuche starteten mit viel Elan – und gingen glatt schief. „Die einfache Antihaftbeschichtung war nach wenigen Tagen aufgrund ihrer Mikroporosität schlichtweg aufgeweicht“, erinnert sich Fachzentrumsmitarbeiter Peter Dillmann. Die Entwicklung mit anderen Primersystemen ging weiter und am Ende stand eine vergleichsweise dünne Fluorpolymeroberfläche von 15 bis 20µm, die als zweite Schicht im Spritzverfahren auf einen inzwischen vielfach bewährten Primer mit anschließendem Einbrennprozess dauerhaft aufgebracht wird. Das System wirkt auf den Wärmeaustauscherplatten hochgradig antihaftend und gleichzeitig antikorrosiv. Genutzt werden die Fluorpolymere FEP, MFA und PFA. Bei herkömmlichen Wärmeaustauschern setzen Fouling und Korrosion der Effizienz und der Lebensdauer und damit den Gesamtkosten erheblich zu. Kurze Reinigungs- und Wartungszyklen schlagen durch die damit verbundenen Betriebsunterbrechungen ebenfalls zu Buche. Die häufig in den Kreisläufen verwendeten Biozide und die verwendeten Reinigungsmittel bedürfen ihrerseits wiederum einer aufwändigen Nachbehandlung und Entsorgung.
Das Ziel: Nichts auf der Platte
Die BASF-Antihaftbeschichtungen haben ihre Bewährungsprobe bereits hinter sich. So wurden 240 Platten des Wärmeaustauschers eines Containerschiffs aus Edelstahl 1.4401 im Format 1.800mm x 700mm bei der BASF mit einer Antihaftschicht auf MFA-Fluorpolymerbasis im genannten Verfahren versehen. Nach 14 Monaten Laufzeit im Meer- und Brackwasser mit Temperaturen von 15 bis 30°C und einer Frischwassertemperatur von 25 bis 40°C zeigten die Platten weder Korrosionsspuren noch Ablagerungen und waren in einem quasi neuwertigen Zustand. Der Wärmeaustauscher musste während der gesamten Laufzeit nicht gereinigt werden.
Im Vergleich zu den parallel eingesetzten Platten aus Titan, die während des Versuchszeitraums mehrmals gereinigt werden mussten, war die Kühlwirkung um bis zu 2°C effizienter. Herkömmliche Plattenpakete aus unbeschichtetem Edelstahl 1.4401 in Schiffswärmeaustauschern haben dagegen eine Standzeit von maximal vier Wochen. Im genannten Testwärmeaustauscher hätte ein unbeschichtetes Plattenpaket rund 7.000 Euro gekostet, sodass in dem betrachteten Zeitraum für den regelmäßigen Austausch rund 95.000 Euro aufgelaufen wären. Hinzu kommen für Wartungsaufwand und Ausfallzeiten noch einmal rund 10.000 Euro. Die Kosten für das MFA-beschichtete Plattenpaket von BASF lagen bei rund 37.000 Euro. Inzwischen zeigen Versuche, dass die Platten selbst nach einer Laufzeit von vier Jahren bei vergleichbarer Beanspruchung noch völlig intakt sind.
Der direkte Kostenvergleich mit Titanplatten bei Standzeiten von etwa zehn Jahren steht den BASF-Experten dagegen noch bevor. „Wir gehen jedoch davon aus, dass bei einer Großserienbeschichtung der Edelstahlplatten Einsparpotenziale von bis zu 50 Prozent im Vergleich zu Titanplatten möglich sind“, meint Krollmann.
Weitere Daten liegen aus einem Langzeittest mit einer FEP-Antihaftschicht im Plattenwärmeaustauscher einer BASF-Anlage vor. Dort wurden acht Jahre lang 60°C heiße Polymerdispersionen mit etwa 20°C warmem Flusswasser gekühlt. Keine der Platten fiel während des Zeitraums aus und die Austauscherleistung blieb konstant. Der Reinigungszyklus verlängerte sich von circa sechs Wochen auf bis zu vier Monate, die Reinigung selbst dauerte mit einfachem Spülen der Oberflächen zwei Stunden – gegenüber den früher üblichen zwei Tagen. Alles in allem liegen die geschätzten Einsparungen bei rund 50.000 Euro pro Jahr. Die Beschichtung der 80 Platten kostete dagegen rund 10.000 Euro. Ein anderer Plattenwärmeaustauscher im BASF-Werk in Antwerpen kühlt mit dem Brackwasser der Schelde-Mündung. Hier kamen sechs Testplatten aus Edelstahl 1.4401 mit PFA-Antihaftbeschichtung zum Einsatz. Vier Jahre lang wurde damit 50 °C heißes VE-Wasser gekühlt. Das Ergebnis: keinerlei Korrosionsangriff und nur minimales Fouling. Der Zustand der Platten: nahezu neuwertig. „In dieser Anwendung haben sich die preisgünstigen antihaftbeschichteten Edelstahlplatten auch dank des wesentlich geringeren Reinigungsaufwands als gute Alternative zu teurem, hoch legiertem Edelstahl, Nickelbasis-Legierungen und Titan erwiesen“, resümiert Krollmann.
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