Современный бизнес в различных отраслях промышленности предъявляет повышен-ные требования к антикоррозионным покрытиям. Производственное оборудование и ме-таллоконструкции, изготовленные из углеродистых и низколегированных сталей, должны быть надёжно защищены для долговременного сохранения эксплуатационных характери-стик и поддержания уровня безопасности. Эти характеристики являются главными крите-риями оценки качества и эффективности применяемых систем защиты от коррозии.
В настоящее время созданы специализированные компании по антикоррозионной за-щите, разработан метод оценки их рейтинга в осуществлении качественных услуг по вы-полнению работ, функционирует Центр экспертизы качества выполненных работ. Однако, в целом, проблема качества защиты существует и особенно это касается проведения круп-номасштабных ремонтов, поскольку Уральский регион является средоточием крупного промышленного производства, основные фонды которого в значительной степени устаре-ли. Использование в этом случае традиционных и общепринятых методов защиты с тща-тельной очисткой от ржавчины и окалины, обработкой поверхности специальными пасси-вирующими составами, грунтованием и последующим нанесением лакокрасочных мате-риалов (ЛКМ) оказывается экономически неприемлемым. По оценкам специалистов стоимость работ по предварительной подготовке поверхности, связанной с полным удале-нием старого покрытия, ржавчины и окалины достигает 60-80% общей стоимости работ. В такой ситуации, как правило, краску наносят непосредственно на старое покрытие, прида-вая конструкции декоративный вид. При этом не предотвращается коррозия, интенсивно протекающая под покрытием, часто образуются глубокие язвы, трещины, снижается тем самым прочность конструкции.
Рынок в настоящее время предлагает специальные ЛКМ, которые можно наносить по ржавчине и окалине. Такие материалы относятся преимущественно к водно-дисперсионным грунтам и грунт-краскам, содержащим орто-фосфорную кислоту. Из-вестны также органоразбавляемые двухупаковочные составы на основе эпоксидных смол, содержащие ингибиторы коррозии и целевые добавки (например, ЭП-0199, грунт-эмаль Гремируст и др.), или материалы, содержащие добавки эпоксидной смолы в органический раствор сополимера винилхлорида с винилацетатом (ХС-500). Подобные ЛКМ известны и на основе алкидных смол.
Возможность применения ЛКМ нанесением по ржавчине обусловлено специальными их свойствами: пропитывать слой ржавчины, пассивировать, стабилизировать или преоб-разовывать в соединения, пассивирующие поверхность (например, фосфаты, хроматы). Считается, что благодаря этим свойствам улучшается адгезия, увеличиваются изоляцион-ные свойства покрытия.
Несмотря на достоинство указанных материалов, они имеют существенные недостат-ки, весьма ограничивающие срок службы покрытий:
1. Все они лишь несколько увеличивают изоляционные свойства покрытия, но даже самые лучшие из них не обеспечивают 100%-ную изоляцию от агрессивной сре-ды. Значит, под плёнкой коррозионный процесс продолжается, а это ещё опаснее, чем поверхностная коррозия.
2. Нарушение сплошности покрытия, возникающее в результате механических нагрузок, перепадов температур и др. в процессе эксплуатации конструкций, вызыва-ют ускоренную коррозию под плёнкой.
И наконец, следует вспомнить, что коррозия железа (стали) является преимуществен-но электрохимическим процессом, протекающим в поверхностном слое стальной конст-рукции. Поверхностный слой стального листа или прокатного изделия характеризуется иным химическим составом, чем в объёме. Благодаря этому поверхностный слой отлича-ется высокой гетерогенностью, состоящей из анодных и катодных участков (микрогальва-нопар), обусловливающих движение электронов от анода к катоду и ионов в растворе, создавая условия возникновения коррозионного тока, образующего ржавчину.
Предотвратить коррозию означает остановить протекание коррозионного тока. Осу-ществить это возможно только электрохимическими методами. Одним из них является защита стали способом «холодного» цинкования специальными цинкнаполненными лако-красочными материалами, состоящими из полимерного связующего и высокодисперсного цинкового порошка в качестве пигмента.
Цинкнаполненные покрытия (ЦНП) по свойствам занимают промежуточное положе-ние между горячеоцинкованной сталью и полимерным лакокрасочным покрытием (ЛКП) и защищают сталь сочетанием электрохимического и барьерного способа. Электрохими-ческая защита осуществляется благодаря катодной поляризации поверхности стали анод-ным ЦНП, которая обусловливает возникновение скачка потенциала на границе сталь-ЦНП и протекание защитного тока. Эффективность электрохимической защиты характе-ризуется величиной защитного тока, способного подавить коррозионный ток. Само по-крытие при этом растворяется в коррозионной среде, образуя в основном нерастворимые продукты реакции, цементирующие покрытие, создавая барьерный эффект. Создание цинкнаполненных материалов и их практическое применение, несмотря на аналогию с полимерными ЛКМ, связаны с рядом специфических особенностей:
1. Применяемые полимеры, в отличие от обычных ЛКМ, должны быть пористы-ми, электропроводными, неомыляемыми, щелочестойкими и т. д.
2. Применение ЦНП требует тщательной предварительной очистки поверхности стали. Долговременную и качественную защиту обеспечивает абразивоструйная очи-стка до чистого металла. Это требование сдерживает повсеместное использование ЦНП при проведении крупномасштабных ремонтов промышленного оборудования и строительных металлоконструкций.
Имея опыт производства и применения цинкнаполненных материалов, нам удалось создать уникальный материал, который пропитывает всю толщу ржавчины, химически взаимодействует с окалиной и ржавчиной, а также с применяемыми пигментами, образуя токопроводящий металлоорганический хелатный комплекс – грунтовку-преобразователь ржавчины марки ЦИНАР. Уникальность этого материала заключается не столько в обра-зовании собственно комплекса, а в том, что его образованию предшествует процесс вос-становления ржавчины из растворимой в воде гидроокиси железа в нерастворимую окись двухвалентного железа — гематит. Гематит – химически инертный, стойкий к действию воды, щелочей и кислот, а с электрохимической точки зрения – типичный полупроводник, в определённых условиях обладающий электронной проводимостью. Восстановление ржавчины происходит металлическим цинком.
Образование токопроводящего промежуточного слоя между сталью и ЦНП обеспе-чивает сквозную проводимость от цинка к стали, о чём свидетельствует смещение элек-тродного потенциала стали в более отрицательную область (см. табл.). Электродные по-тенциалы измерялись методом прямой потенциометрии в нейтральной среде при 200С (в 3%-ом растворе NaCl) относительно хлорсеребряного насыщенного электрода на универ-сальном иономере ЭВ-74.
Электродные потенциалы стали в растворе 3%-го хлорида натрия при 200С
Таблица
Наименование покры-тия Электродный по-тенциал относи-тельно н.в.э, В Содержание метал-лического цинка в сухом покрытии, % (масс.)
Общее содержание
антикоррозионных пигментов в сухом покрытии, % (масс.)
1. Горячая оцинковка — 0,78 100 100
2. Сталь углеродистая марки 08пс
— 0,44 подложка под по-крытие
отс.
3. ЦИНАКОЛ — 0,78 96 96
4. ЦХСК-1467 — 0,74 81 88
5. ЦИНКАС-М — 0,72 83 87
6. ТЕРМОЦИН — 0,78 69 82
7. ЦИНАР — 0,70 46 57
Как видно из таблицы, ЦИНАР, несмотря на существенно более низкое содержание цинка в покрытии, обладает протекторными свойствами по величине, сравнимой с ЦИН-КАС-М, приготовленном на том же связующем.
Относительно протекторных свойств ЦНП сложилось традиционное мнение о том, что для осуществления электрохимической защиты они должны содержать не менее 90% металлического цинка в сухом покрытии. На самом деле это не так. В ИСО 12944-5:1998 уровень содержания цинка в сухом покрытии для цинкнаполненых красок ограничен ве-личиной не менее 80%, в национальных стандартах некоторых стран, например, DIN 55969, предписывают содержание не менее 94% металлического цинка, в литературе есть указания, что при использовании комплексных систем защиты достаточно содержания цинка 60%. Такие разночтения обусловлены влиянием множества факторов на протектор-ные свойства ЦНП и длительность их действия с одной стороны и практическим отсутст-вием фактических данных по влиянию этих факторов, в частности, структуры и свойств применяемых полимеров, особенно модифицированных и пластифицированных, обла-дающих электронной и ионной проводимостью, дисперсности порошков и формы частиц, использования смеси пигментов и др. Данные табл. свидетельствуют о том, что ЦНП при одинаковом качестве цинкового порошка и разном его содержании в сухом покрытии очень мало отличаются по протекторным свойствам как между собой, так и с горячеоцин-кованным покрытием. Они различаются природой связующего и содержанием в покрытии других антикоррозионных пигментов, обладающих электропроводностью. Отсюда следу-ет, что протекторные свойства ЦНП управляемы не только наполнением цинком сухого покрытия, но и свойствами применяемых полимеров, а также присадками других анти-коррозионных пигментов.
Разработка ЦИНАРА как раз и явилась результатом оптимального сочетания пере-численных факторов и условий, обеспечивающих образование токопроводящего проме-жуточного слоя и протекание реакции восстановления металлическим цинком гидрооки-си трёхвалентного железа (собственно ржавчины) в окисел двухвалентного железа.
ЦИНАР – одноупаковочный готовый к употреблению цинксодержащий грунт-преобразователь ржавчины, предназначенный для нанесения именно по ржавчине в каче-стве подслоя при применении цинкнаполненных грунтовок вместо других способов подготовки поверхности при проведении ремонтов старых покрытий действующего обо-рудования и эксплуатируемых металлоконструкций на предприятиях. Высокая прони-кающая способность в слой ржавчины, обеспечивающая эффективную пропитку даже тол-стых слоёв ржавчины, превышающих 100 мкм. Не рекомендуется использовать этот мате-риал по поверхности нового металла, не содержащего ржавчины.
В исключительных случаях его целесообразно применять по поверхности чёрной ока-лины в качестве межоперационной защиты. ЦИНАР в западной терминологии – это ти-пичный шоп-праймер. ЦИНАР содержит также специальную водопоглощающую добавку для поглощения воды из ржавчины, поэтому при работе с этим материалом не опасна конденсация влаги из воздуха при перепаде температур. Полимерная основа этого мате-риала совмещается практически со всеми ЛКМ, применяемыми для антикоррозионной защиты стали.
