Архивная версия статьи, 2004 год (без графики и таблиц)

  Декоративно-защитные покрытия для металлических поверхностей с плотной ржавчиной и окалиной

Теория и практика нанесения Как известно, черные металлы (железо и некоторые его сплавы) термодинамически нестабильны и довольно легко окисляются в присутствии воды и кислорода с появлением хорошо знакомой всем ржавчины. Еще быстрее этот процесс протекает в условиях загрязненной окружающей среды. Его ускоряют разные химические соединения, так или иначе присутствующие в воздухе и воде. Иногда за считанные год-два, а то и меньше новые металлоконструкции, оборудование, агрегаты машин и механизмов покрываются слоем ржавчины. В промышленно развитых странах суммарный ущерб от коррозии достигает 5% от национального дохода. К сожалению, традиционные способы защиты металлов, включающие тщательную очистку ржавчины, обработку поверхности специальными пассивирующими составами, грунтование и последующее нанесение лакокрасочных материалов, применить можно не всегда. Обусловлено это экономическими, экологическими, а иногда и просто практическими соображениями. Например, далеко не всегда есть возможность закрыть на капитальный ремонт мост, по которому днем и ночью идет интенсивное движение, либо поставить «на прикол» автотранспортные средства. Или отключить на длительное время оборудование, машины и механизмы, постоянно занятые в производственном процессе. Кроме того, стоимость работ по предварительной подготовке поверхности, связанной с удалением плотной ржавчины и окалины, достигает в отдельных случаях 80% от общей стоимости окрасочных работ. В такой ситуации можно попытаться сразу нанести обычную краску на ржавую поверхность без предварительной обработки. Однако такой оперативный способ антикоррозионной защиты металла оборачивается новыми хлопотами и затратами, т. к. традиционные ЛКМ даже на органической основе не обеспечивают полной изоляции поверхности. Влага рано или поздно все равно проникает сквозь пленку краски, и развитие коррозии при наличии старой ржавчины и окалины происходит очень быстро. Коррозия как химический процесс Остановимся подробнее на коррозионных процессах. Коррозией называется самопроизвольное разрушение металлов, происходящее под химическим воздействием окружающей среды. Из самого определения следует, что для ее предотвращения надо как можно более эффективно изолировать металл. Отсюда вытекает необходимость применения материалов, которые образуют устойчивые лакокрасочные покрытия, обеспечивающие максимальную изоляцию металлической поверхности от внешних воздействий. При этом надо помнить, что не бывает идеальных покрытий, обеспечивающих стопроцентную изоляцию. Особенно это касается тонких — толщиной 80–120 мкм — лакокрасочных пленок. Степень изоляции может лишь приближаться к идеальной. И здесь немаловажную роль играет не только тип используемого пленкообразователя, но и рациональный подбор специальных пигментов, способных создать дополнительный барьер проникновению влаги к поверхности металла. Для более детального понимания процесса коррозии необходимо остановиться на некоторых свойствах железа. Железо — это серебристый пластичный металл, хорошо поддающийся ковке, прокатке и другим видам механической обработки. Кроме того, оно обладает большим сродством к кислороду. С сухим воздухом компактное железо начинает заметно реагировать лишь при температуре выше 150 °С. При прокаливании на воздухе оно дает промежуточный оксид Fe3O4 (окалину), химически представляющий собой смесь оксидов FeO и Fe2O3. Это же вещество образуется при ковке и горячей прокатке. По сравнению с железом окалина имеет больший положительный электродный потенциал в водных растворах. Как следствие, во влажной атмосфере, воде и растворах солей при наличии окалины (в местах ее нарушения) наблюдается интенсивная коррозия стали. Окалина довольно прочно сцеплена с металлом, и ее удаление является трудоемкой операцией. Подобный эффект ускоренной коррозии происходит и при нарушении сплошности катодных покрытий луженого железа, а также железа, покрытого никелем, медью и другими более благородными металлами. Объясняется это тем, что в обоих случаях в образующейся электрохимической паре железо, выполняя функцию анода, быстро окисляется (корродирует). Как уже отмечалось, железо относится к группе металлов повышенной термодинамической нестабильности, у которой значение электродного потенциала меньше, чем у водородного электрода при рН=7 (-0,412 В). Однако вода, не содержащая воздуха, почти не взаимодействует с железом, т. к. на его поверхности образуется плотный слой белой гидроокиси двухвалентного железа Fe(OH)2, обладающей защитным действием даже при очень маленькой толщине. В присутствии воздуха, наоборот, образуется плотная бурая гидроокись железа (III) Fe(OH)3, составляющая основу ржавчины, и коррозия резко прогрессирует. Химически процесс коррозии выглядит следующим образом: Fe + 2H2O а Fe(OH)2 + H2 (в отсутствии кислорода). Fe + 2H2O + 1/2О2 а Fe(OH)3, 2Fe(OH)2 + 1/2О2 + H2O а Fe(OH)3 (в присутствии кислорода). Образование ржавчины происходит через стадию накопления в поверхностном слое ионов Fe3+ и гидроксид-ионов OH-. После того, как их концентрация станет выше критической (явление пересыщения, характеризующееся произведением растворимости* Fe(OH)3), происходит кристаллизация твердого вещества на поверхности железа. Старая ржавчина оказывает каталитическое воздействие на ускоренное развитие коррозии прежде всего вследствие наличия более энергетически выгодных по сравнению с чистой поверхностью железа центров кристаллизации. Кроме того, на этот процесс влияет создание условий, способствующих более быстрому пересыщению на границе фаз, а также ускоренный перенос растворенного воздуха (кислорода) к железу за счет окислительно-восстановительных реакций между ионами Fe3+, железом и растворенным кислородом: 2Fe3+ + Fe0 а 3Fe2+, 2Fe2+ + 1/2О2 + H2O а 2Fe3+ + (ОН)-. Специальные ЛКМ для нанесения по ржавчине Анализ химических взаимодействий показывает, что наиболее оптимальным является использование лакокрасочных материалов (ЛКМ), которые при нанесении на ржавчину могли бы изменить ее химический состав. Модифицирование имеющейся ржавчины способствует замедлению процесса коррозии при проникновении влаги через покрытие, однако не устраняет полностью возможность ее подпленочного развития. Поэтому необходимо использовать другие защитные механизмы. Электрохимический способ защиты заключается в нанесении на железо (сталь) анодных (например, цинковых, покрытий), но он неэффективен в случае плотной ржавчины и окалины. Внимание следует уделить лакокрасочным составам, содержащим ингибиторы коррозии. В качестве примера рассмотрим, как действует фосфат цинка Zn3(PO4)2•nН2О. Благодаря своей низкой токсичности и невысокой стоимости он является одним из наиболее применяемых, в т. ч. за рубежом, противокоррозионных пигментов. Его включают в рецептуру многих органо- и водоразбавляемых ЛКМ. Механизм действия фосфата цинка основывается на диссоциации фосфата в воде с образованием комплексной кислоты: Zn3(PO4)2•4Н2О v [Zn3(PO4)2(ОН)2• (Н2О)2]2- + 2Н+. Комплексная кислота (или ее комплексы с пленкообразователями) реагирует с ионами железа на анодных участках с образованием стабильных, прочно удерживаемых комплексных ингибиторов коррозии: [Zn3(PO4)2 (ОН)2 (Н2О)2]Fe или [Zn3(PO4)2 (Н2О)2 (ОН) (СООН)]Fe. Таким образом, для создания защитного слоя на металлической поверхности с плотной ржавчиной и окалиной специальные ЛКМ (помимо возможности создания высокодекоративных покрытий) должны обладать, как минимум, первым из трех следующих свойств: • образовывать покрытия, максимально изолирующие поверхность от воды (влаги) и возможного проникновения более агрессивных веществ, а также сохраняющие достаточно длительную стойкость к конкретным условиям эксплуатации; • по возможности изменять химический состав ржавчины, т. е. модифицировать ее; • по возможности содержать в своем составе дополнительные компоненты, в т. ч. ингибиторы коррозии, способные в течение всего срока службы покрытия максимально препятствовать развитию подпленочной коррозии. В любом случае необходимо предварительно удалить рыхлую (неплотную) ржавчину и другие механические загрязнения. Связано это с тем, что они препятствуют адгезии покрытий и усиливают осмотическое проникновение воды под пленку вследствие наличия в ней растворимых продуктов. Что касается возможного проникновения агрессивных веществ, то к ним, в первую очередь, относятся находящиеся в городской и промышленной атмосфере оксиды серы и азота. Конденсируясь вместе с влагой, они образуют кислоты, разъедающие металл. Опасность несут и хлорид-ионы, присутствующие в морской воде и атмосфере приморских районов. Адсорбируясь на поверхности железа, они препятствуют образованию защитных слоев и тем самым тоже ускоряют развитие коррозии. В научно-технической литературе описывается большое количество специальных ЛКМ, которые можно наносить прямо на ржавчину. Наибольшее число таких материалов относится к водно-дисперсионным (водоразбавляемым) грунтам и грунт-краскам. В их состав входит фосфорная кислота, которая химически связывает (преобразовывает) ржавчину, а образующаяся полимерная пленка изолирует поверхность металла от воздействия среды. Известны также органоразбавляемые двухупаковочные составы (основа + отвердитель), содержащие ингибиторы коррозии и целевые добавки. Последние могут быть как на основе эпоксидных смол (ЭП-0199, грунт-эмаль «Грэмируст»), так и с добавлением той же эпоксидной смолы в органический раствор сополимера винилхлорида с винилацетатом (ХС-500). Несмотря на большую экологичность и меньшую стоимость водоразбавляемые составы не всегда подходят для применения в качестве финишных покрытий. Используются они лишь в тех случаях, когда к покрытию не предъявляются повышенные требования по декоративности или в условиях относительно небольшой агрессивности среды. Водно-дисперсионные материалы обычно образуют матовые покрытия с высокой пористостью, не отличающиеся широтой цветовой гаммы. Их применение ограничивается достаточно узким интервалом температур (в основном не ниже 8 °С) и влажностью воздуха не более 75%. Лучше всего они подходят для предварительного грунтования (пассивирования) поверхности с последующим нанесением органоразбавляемых ЛКМ. Для создания финишных покрытий, обладающих как защитными свойствами, в т. ч. в условиях повышенной агрессивности среды, так и высокой декоративностью, следует использовать двухупаковочные органоразбавляемые ЛКМ, содержащие эпоксидные смолы. Единственным существенным недостатком таких материалов (при потенциальной возможности расширения цветовой гаммы) является их двухупаковочность. Это не всегда устраивает потребителя ввиду недолгой жизнеспособности полученной смеси, что создает большие неудобства при проведении крупномасштабных ремонтно-восстановительных окрасочных работ. В этой связи особую актуальность приобретают предлагаемые сегодня на российском рынке специальные одноупаковочные органоразбавляемые защитно-декоративные ЛКМ. Основные технические характеристики подобных материалов, обладающих одним или несколькими из вышеперечисленных свойств, приведены в таблице. Там же указаны приемы и рекомендации по предварительной подготовке поверхности и нанесению покрытий. При выборе потребителем того или иного состава, помимо декоративности, особое внимание следует уделить таким характеристикам, как механизм защитного действия образуемого покрытия, условия и прогнозируемые сроки его эксплуатации (пункты 4, 10, 12 в таблице), а также расход материала (пункт 6) для достижения необходимой толщины сухого покрытия. Практически все рассматриваемые ЛКМ (кроме полиуретанового лака) выпускаются в широкой цветовой гамме. При этом наибольшими защитными свойствами обладают те из них, в которых пигментом служит алюминиевая пудра. Она придает покрытиям высокую изолирующую способность, укрывистость и характерный металлический блеск. Одновременно пудра повышает отражательную способность покрытий к любым видам излучения (видимый свет, тепловые и ультрафиолетовые лучи) и снижает температуру окрашенных объектов на 5–10 °С. Тем самым она обеспечивает покрытию более мягкие условия эксплуатации. В некоторых рекламных изданиях в качестве защитно-декоративных лакокрасочных материалов по ржавчине предлагаются эмали на нитрооснове. При всей их привлекательности с точки зрения скорости высыхания и теоретической возможности наполнения специальными пигментами следует помнить, что сухой остаток глянцевых НЦ-эмалей обычно не превышает 22–25%, поэтому для достижения толщины сухого покрытия в 100 мкм понадобится нанесение от 6 до 9 слоев. Применение специальных ЛКМ по ржавчине, в т. ч. для окраски новых металлических поверхностей несмотря на их более высокую стоимость по сравнению с традиционными материалами, имеет целый ряд преимуществ. Например, позволяет отказаться от ряда трудоемких и дорогостоящих операций по удалению плотной ржавчины и окалины, пассивации и предварительному грунтованию металлических поверхностей. Это значительно упрощает и удешевляет всю технологию нанесения антикоррозионного покрытия. Уже сегодня такие ЛКМ с успехом используют в самых разных областях. Наиболее эффективны они при проведении крупномасштабных ремонтно-восстановительных работ по защите от коррозии строительных металлоконструкций: ферм, мостов, опор, решеток, деталей машин и механизмов, газо- и водопроводной арматуры, труб и т. д. С. А. Васильев, кандидат технических наук * Произведение растворимости — произведение концентраций ионов в насыщенном растворе малорастворимого сильного электролита.

 Важно:
  ДЛЯ ОБМЕНА КНОПКАМИ - возьмите наш код, поставьте его на Ваш сайт и добавьте Ваш ресурс ЗДЕСЬ

Код кнопки:


Главная | Рубрикатор | Размещение рекламы | Рекламные агентства | Обзор выставок
Строчная реклама | Рынок металлов | Статьи и анонсы | Адреса фирм из статей
Содержание справочника ЛКМ | Анкета для посетителей | Доска объявлений | Страница ссылок