Введение. Характеристики и свойства
Все железосодержащие конструкции по мере их эксплуатации подвергаются процессу коррозии.
Для защиты металлоконструкций от коррозии, применяют Zn-наполненную грунтовку по металлу. С помощью этого материала образуется сплошной слой, благодаря которому воздействие агрессивной среды на металлическую подложку исключено. По этой причине сталь не подвергается коррозии.
В зависимости от химического состава грунтовочных материалов их виды, свойства и предназначение для разнообразных видов металла могут принципиально различаться [1]. Существуют цинксодержащие и цинконаполненные грунты по металлу. В цинксодержащих ЛКМ содержание цинка варьирует в пределах от 60 до 80%; в цинконаполненных грунтах – от 90 до 96% по массе.
Принцип действия цинконаполненных грунтовок
Металлический цинк чаще всего вводится в виде мелкодисперсной пудры [1]. После нанесения он распределяется равномерным тонким слоем по поверхности. В соответствии со сложившимся в науке мнением выделяют две основные стадии противокоррозионной защиты металлов цинконаполненными протекторными грунтовками: катодную (электрохимическую) и барьерную.
Цинк – электрохимически более активный металл, чем железо, поэтому, образуя микрогальванические пары с атомами железа, металлический цинк выступает в роли анода, а защищаемые ими атомы железа – в роли катода. В результате последние в присутствии цинка не окисляются.
Описанный выше окислительно-восстановительный процесс с химической точки зрения может быть представлен в виде следующих полуреакций:
Zno -2ē → Zn2+
Стальная подложка подложка, в свою очередь, пассивируется за счет катодной реакции:
2H2O + O2 + 4ē → 4OH-.
Ионы цинка связываются гидроксильными ионами в труднорастворимый амфотерный гидроксид цинка. Zn(OH)2 также как и основные соли цинка концентрируются на стальной поверхности, защищая ее от последующего коррозионного разрушения [2].
Катодная осуществляется за счет высокого содержания в цинконаполненной грунтовке мелкодисперсного цинка. При повреждении покрытия, либо при воздействии на него агрессивной среды начинают работать гальванопары «железо-цинк», в которых цинк подвергается приоритетному растворению с образованием продуктов окисления [3].
Разновидности цинконаполненных грунтовок
Цинксодержащую грунтовку выбирают с учетом типа обрабатываемой поверхности и последующих условий эксплуатации. Допускается нанесение цинконаполненных грунтовок на черные или цветные металлы. Различают следующие типы Zn-наполненных грунтовок: фосфатирующие, пассивирующие, изолирующие, ингибирующие, протекторные.
Наибольшее применение нашли протекторные грунтовки, которые создавались специально для обработки ржавых поверхностей, и имеют в своем составе сплав магния с цинком и мелкодисперсными частицами свинца. Вследствие содержания частиц цинка, после нанесения на поверхность металла, невидимое обычным глазом покрытие защищает от царапин металлические основания.
Двухкомпонентные цинковые грунтовки
С наилучшей стороны себя зарекомендовали двухкомпонентные цинконаполненные грунтовки на эпоксидной основе. Наносятся на металл в комплексных системах покрытий.
Бóльшие цены, ввозные пошлины, логистические затраты существенно увеличивают затраты на приобретение Zn-наполненных грунтов зарубежного производства. В последнее время на рынке лакокрасочных материалов в сегменте цинконаполненных грунтов всё чаще появляются составы отечественного производства, зарекомендовавшие себя не менее надёжными и долговечными по сравнению с известными мировыми аналогами.
Один из новейших продуктов с использованием высокотехнологичных процессов производства разработан инженерами-химиками Научно-технического центра (НТЦ) производственной компании ООО «ПК Техпромсинтез» – цинконаполненная грунтовка TPS CM 2123 [4].
Материал представляет собой высококонцентрированную суспензию цинковой пыли оптимального размера частиц и функциональных наполнителей в растворе эпоксидной смолы.
Рекомендованный производителем отвердитель TPS CM 3100 поставляется комплектно.
Грунтовка предназначена для протекторной защиты от коррозии стали и чугуна в системах лакокрасочных покрытий, эксплуатирующихся во всех типах атмосфер. Рекомендована для защиты от коррозии мостовых конструкций, телекоммуникационных вышек, надводного борта и надстроек судов неограниченного района плавания, гидротехнических сооружений, трубопроводов, железнодорожных подвижных составов и т. п.
Грунтовка используется в комплексной системе покрытий с материалами лакокрасочными TPS CM 2101 и TPS CM 2244.
Температурный режим эксплуатации покрытия от минус 60°С до 120°С [4].
Покрытие на основе грунтовки обладает отличными эксплуатационными характеристиками, в частности: полное отсутствие коррозионных поражений стальной поверхности – в течение 765 ч в КСТ.
После завершения научно-исследовательских работ был получен продукт, при нанесении которого на стальные пластины с подготовкой поверхности до степени Sa 2,5, образуется гладкое матовое покрытие серого цвета, представленное ниже на фото.
TPS CM 2123 обладает мягким нанесением методом безвоздушного распыления, либо методом пневматического распыления при избыточном давлении 2 атм, через сопло эффективным диаметром 1,4 мм [4].
Достоинства данного материала подтверждены результатами испытаний, проведённых одним из ведущих профильных институтов – АО «Всероссийский Научно-исследовательский Институт Железнодорожного Транспорта» «ВНИИЖТ» – получено заключение на систему лакокрасочного покрытия, состоящего из материалов TPS CM 2123, TPS CM 2101, TPS CM 2244 суммарной толщиной 200 мкм, согласно которому прогнозируемый срок службы покрытия составляет 20 лет. Область применения: противокоррозионная защита металлических конструкций вновь изготавливаемых железнодорожных мостов [5].
Работы над усовершенствованием и поддержанием стабильно высокого уровня качества цинконаполненных грунтов в НТЦ ООО ПК «Техпромсинтез» продолжаются непрерывно. Проводится конкурентный анализ – сравнительные испытания не только по защитным свойствам, но и по всем физико-механическим показателям материалов и покрытий на их основе.
Ведётся статистика по учёту и улучшению ключевых свойств дорабатываемых продуктов. Задействованы лучшие специалисты-химики научно-исследовательской лаборатории ООО «ПК Техпромсинтез». Основная цель – сохранение ранее занятых оптимальных для потребителя позиций в ключевом сегменте «Цена – Качество».
Фактически, применение TPS CM 2123, как и остальных цинконаполненных грунтов благодаря образованию поверхностных гальванопар можно рассматривать как холодное цинкование черных металлов.
Подытоживая сказанное выше, в тезисной форме отразим преимущества применения цинконаполненных грунтов и метода холодного цинкования [6]:
Среди главных достоинств метода использования цинконаполненных грунтов можно выделить следующие: высокая эффективность, простота применения, относительно низкая себестоимость, быстрая окупаемость.
Основные направления в применении Zn-наполненных грунтовок
Уже сегодня цинконаполненные грунты и, конечно, TPS CM 2123, находят успешное как самостоятельное применение, так и в системах покрытий на территории Российской Федерации и за рубежом. Основное их призвание – защита от коррозии стальных металлоконструкций – вагонов, кузовов автомобильного транспорта, опор ЛЭП, мачт городского освещения, мостов, трубопроводов, металлических кровель и т.п.
В заключении следует сказать, что за цинконаполненными грунтами стоит не только настоящее, но, однозначно, и будущее машиностроения и лакокрасочной промышленности, ориентированной на защиту металлоконструкций от коррозии, ежегодный ущерб от которой в промышленно развитых странах превосходит 5% национального дохода.
Список литературы
1. Измайлов А. Цинконаполненная грунтовка. Преимущества и свойства [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
https://vsyakraska.ru/gruntovka/tsinkonapolnennaya/, свободный – 02.12.2018
2. Дринберг А.С., Ицко Э.Ф., Калинская Т.В. Антикоррозионные грунтовки. М.: ООО «Пейнт_медиа», 2008, 168 с.
3. Павлович А.В., Владенков В.В., Изюмский В.Н. Цинконаполненные антикоррозионные грунтовки//Лакокрасочная промышленность. 2010. №3. С. 38-46.
4. Афанасьев С.В. Антикоррозионные цинконаполненные покрытия для защиты оборудования и металлоконструкций (Тольяттинский Госуниверситет) – Химическая кинетика. №4, 2017.
Автор: Ведущий инженер исследовательской группы ООО "ПК "Техпромсинтез"
