АНТИКОР ДЛЯ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ


Проблема коррозии металла — одна из «вечных» тем современной техники — приобретает особую остроту для Украины в силу большого объема выпуска металла и металлоконструкций. Одним из наиболее эффективных способов борьбы с коррозией и сохранения металлофонда является защита с помощью лакокрасочных материалов (ЛКМ).


 

Совершенствование лакокрасочных материалов сопровождается изменением технологии их производства и оборудования для нанесения. Среди защитных противокоррозионных покрытий все большую популярность приобретают комбинированные системы, содержащие металлизированные (на основе Zn, Al, Ni, Cr) и полимерные покрытия, что приводит к хорошим показателям долговечности металла в различных агрессивных средах эксплуатации. В данном ряду наибольшее распространение получили цинк-наполненные полимерные композиции (ЦНК), которые мы и рассмотрим подробнее.

Аргументы «за»
Использование ЦНК в силу присущего им электрохимического механизма защиты металла относится к одному из наиболее действенных способов антикоррозионной защиты, подобно цинк-металлическим покрытиям, получаемым методом горячего цинкования. Принцип действия заключается в том, что один металл (цинк) как анод расходуется для защиты другого металла (стали) как катода. При воздействии агрессивной среды или появлении поверхностного дефекта цинк начинает окисляться, предотвращая коррозию стали и «залечивая» повреждение.
Роль данного механизма, называемого протекторным, или катодной защитой, особо значительна в начальный период защиты металла. В процессе эксплуатации под воздействием влаги и кислорода в микропорах ЦНК накапливаются нерастворимые продукты коррозии цинка, и проницаемость покрытия уменьшается. Вокруг каждой частицы цинка образуются соли цинка, которые заполняют поры в покрытии, создавая защитный поверхностный слой, который препятствует проникновению влаги вглубь самого покрытия.
В действие вступает барьерный (гидроизолирующий) механизм защиты, типичный для обычных цинксодержащих ЛКМ. В процессе эксплуатации покрытия с использованием ЦНК роль барьерного механизма защиты возрастает, однако и при нарушении целостности покрытия также сохраняется возможность катодной защиты. Применение ЦНК для защиты металла рассматривается как метод холодного цинкования.

Таблица 1. Сравнительные характеристики ЦНК
Показатель ИХВС ЦИНОТАН ИХВС ЦИНЭП
Связующее Полиуре-тановое Полиуре-тановое Эпоксидное Эпоксидное
Эластичность при изгибе, мм не более 1 2 5 3
Прочность при ударе, см, не менее 50 50 50 50
Содержание цинка в сухом покрытии, % (по массе) 90-92 84-86 86-92 86-88
Стойкость к воздействию светлых нефтепродуктов Устойчиво Устойчиво Устойчиво Устойчиво
Стойкость к воздействию речной и морской воды Устойчиво Устойчиво - -


Специалисты находят несколько преимуществ покрытий с использованием ЦНК по сравнению с цинк-металлическим покрытием, т. е. полученным горячим цинкованием. В первом случае — это более медленное окисление цинка за счет изоляции его частиц оболочками пленкообразователя и продукта ми коррозии цинка.
Как следствие — более высокий срок службы при равном содержании цинка на единицу площади поверхности. Отмечается простота и удобство нанесения покрытий из ЦНК различными методами, возможность нанесения на крупногабаритные конструкции при ремонте в заводских и полевых условиях [1].
Имеется ряд преимуществ ЦНК в сравнении с традиционными ЛКМ. Это, во-первых, отсутствие интенсивной подпленочной коррозии в местах дефект ов покрытий при эксплуатации. Во-вторых, более длительный срок службы (в 2 – 4 раза) и экономичность за счет сокращения затрат на ремонт. В-третьих, повышенная устойчивость в холодном климате и к перепадам температур из-за близких значений коэффициентов температурного расширения стали и покрытия, что обусловлено большим содержанием цинка. В-четвертых, высокая пожаробезопасность за счет большого содержания металла в покрытии.
Опыт использования ЦНК свидетельствует об их высокой эффективности в различных средах эксплуатации: атмосфере промышленных городов, морской и речной воде, в технологических агрессивных средах [2,3]. Рекламные материалы утверждают, что скорость разрушения покрытий из ЦНК составляет 1– 6 мкм в год в зависимости от атмосферных условий.
В ЦНК в качестве связующих используются различные полимерные материалы. Основное требование к полимерной матрице — ее высокая щелочестойк ость, т. к. при расходовании цинкового порошка в процессе коррозии образуются комплексы гидроксидов цинка, способные разрушать такие пленкообразователи, как алкидные или масляные. На практике используются модифицированные этилсиликаты и кремнийорганические полимеры. Известны также двухкомпонентные полиуретановые и эпоксидные связующие.
Для однокомпонентных ЦНК применяют различные типы термопластичных полимеров. Как особо перспективные надо отметить связующие на основе хлоркаучука и эпоксидных смол. Они характеризуются наиболее широким диапазоном возможных условий эксплуатации, устойчивы к воздействию нефти, светлых нефтепродуктов, растворов солей, кислот и щелочей.
К достоинствам эпоксидных ЦНК можно отнести повышенные вязкость и тиксотропные свойства, что снижает скорость осаждения порошка цинка в процессе окрашивания и позволяет получать слои большей толщины.
Защитные свойства ЦНК в значительной степени определяются качеством порошка цинка. Отмечают важность большой концентрации металлического цинка, высокой его дисперсности, малого количества примесных металлов. В целом, чем выше содержание цинка, тем ближе электрохимическое поведение ЦНК к цинковым металлическим поверхностям и тем выше уровень протекторной защиты. В полимерных композициях необходимо использовать цинк с минимальным содержанием оксида цинка, железа, свинца, меди с частицами от 2 до 12 мкм.
Одним из перспективных исследований в области протекторных грунтов является возможность использования в рецептурах наночастиц цинка, обладающих достаточно высокой электропроводимостью, вместо цинкового порошка, что позволяет снизить толщину и улучшить механические свойства покрытия.
Для обеспечения проводящего слоя и катодной защиты ЦНК должна содержать до 94% чистой цинковой пудры с размером частиц 12 – 15 мкм (частицы имеют шаровидную форму) или не менее 88% атомизированной цинковой пудры с размером частиц 3 – 5 мкм.

Рынок
За рубежом выпускается несколько довольно «раскрученных» материалов подобного типа. Это грунт компании Feidal, наносимый толщиной до 70 – 80 мкм в один слой. Он входит в систему покрытия с общей толщиной сухого слоя 240 – 280 мкм и используется для ветроэнергетических установок. Подобное покрытие обеспечивает защиту металла на период свыше 15 лет.
Особо настойчиво и широко рекламируется «уникальность» защиты черных металлов тонкопленочным покрытием Zinga, которое выпускает компания Zingametall (Бельгия). Это однокомпонентный состав, состоящий из атомизированного цинка чистотой 99,995%, термопластичного связующего и растворителей.
Производители отмечают его высокую стойкость к механическим и деформационным воздействиям. Срок службы Zinga, как указано в рекламных материалах, зависит от толщины покрытия и условий эксплуатации. При толщине покрытия 60 мкм разработчики гарантируют эффективность защиты металлоконструкций до 20 лет в сельской местности и до 10 лет в загрязненных и прибрежных районах.
Oднокомпонентные ЦНК выпускаются компаниями Тikkurila (Финляндия) и International Protective Coatings (Великобритания). Однокомпонентные цинк-эпоксиэфирные покрытия этих производителей обеспечивают антикоррозионную стойкость стальных поверхностей, имеют хорошую абразивную устойчивость, чем сводят к минимуму механические повреждения.
Рекламные материалы данных компаний дают информацию, что ЦНК заменяют гальванизацию, работают как пассивная катодная защита и антикоррозионное покрытие одновременно, а также имеют температурную стойкость до 150 оC. К недостаткам подобных продуктов следует отнести невысокий сух ой остаток (50 – 60%) и повышенное время высыхания до нанесения последующего слоя (свыше 48 часов).
Ряд производителей современных ЛКМ в России выпускает ЦНК в больших объемах. Это НПП «Высокодисперсные металлические порошки» (г. Екатеринбург), АО «Пигмент» (г. Санкт-Петербург), ООО «Краски-БЭП» (г. Санкт-Петербург). Не случайно, что такие базовые отрасли российской промышленности, как железнодорожный транспорт, нефтяная, производство труб, железобетонные конструкции, автомобилестроение, защита внутренней поверхности емкостей и оборудования в системе централизованного холодного и горячего водоснабжения, в свои нормативные документы ввели антикоррозионную защиту стальных поверхностей цинк-наполненными составами.

Российские производители прогнозируют следующие сроки службы систем защиты в различных условиях эксплуатации:
• в условно-чистой атмосфере — не менее 20 лет;
• в промышленной атмосфере — 10 – 20 лет;
• в пресной и морской воде — 10 – 12 лет;
• для хранения нефти и нефтепродуктов — 8 – 12 лет.

Несмотря на то что ЦНК как тип материалов известен продолжительное время и активно рекламируется компаниями, импортирующими продукцию мировых лидеров ЛКМ, объем их выпуска и потребления в Украине невелик. Только несколько компаний пытаются выпускать и импортировать ЦНК.
Одна из них — ООО «Пенталак» (г.Шостка), производящее цинк-полиуретановую композицию на основе высокодисперсного порошка цинка и полиуретанового лака с добавлением отвердителя. Покрытие естественной сушки требует введения отвердителя при непрерывном перемешивании состава, имеет небольшой индукционный период перед применением (до 30 минут) и обладает небольшим гарантийным сроком хранения (до 4 месяцев).
Институт химии высокомолекулярных соединений НАН Украины (ИХВС, г. Киев) предлагает свои разработки ЦНК на основе полиуретановых и эпоксидных связующих и высокодисперсного порошка цинка для промышленного внедрения. В таблице приведены основные характеристики ЦНК в сравнении с российскими аналогами производства НПП «Высокодисперсные металлические порошки» (г. Екатеринбург).
Предлагаемые ЦНК отечественного производства по своим характеристикам не уступают зарубежным аналогам и могут быть использованы на рынке Украины. Резюмируя свойства ЦНК, отметим, что они относятся к классу протекторных грунтовок. Их отличительной особенностью является высокое содержание металлического цинка в покрытии (от 80 до 96 % мас.), благодаря чему при проникновении коррозионной среды в защищаемую поверхность ЦНК обеспечивают протекторную защиту стали по типу гальванических горячеоцинкованых покрытий.

Завершая анализ рекламно-технической информации заметим, что в зарубежной практике ЦНК используются очень широко. Они давно являются обычными регламентированными международными и национальными стандартными элементами системы покрытий для долговременной защиты металлоконструкций в различных условиях: в атмосфере, водных средах, нефтепродуктах.
Материалы для холодного цинкования во многих случаях могут служить адекватной, а часто и более эффективной заменой традиционно применяемо го метода горячего цинкования, использование которого для крупногабаритных конструкций трудноосуществимо и экономически невыгодно.

Список литературы
1. Фришберг И. В., Субботина О. Ю., Павлюкова О. Н. «Новые отечественные цинк-наполненные материалы», Промышленная окраска.— 2003. — №1, с. 8 – 15
2. Гавриш Н. М., Кривошапкин В. Б., Сафонов А. А. «Применение комбинированных металлизационнолакокрасочных покрытий», Цветная металлургия. — 1986. — №1, с. 61 – 64
3. Максимов Н. Н., Большаков Г. В. «Антикоррозионная защита зданий, сооружений и оборудования в сильноагрессивных средах. Обзорная информация», М.: ЦБНТИ. — 1983. — Вып. 1, с. 35.


Журнал Полимеры-Деньги