Цинксодержащие лакокрасочные материалы

Цинксодержащие ЛКМ относятся к составам, обеспечивающим катодную защиту углеродистой стали и представляющим активные системы, более эффективные для замедления коррозии, чем пассивные барьерные системы.

Защитные свойства цинка обусловлены более низким электрохимическим потенциалом (-0,76 В) по сравнению с железом (-0,44 В), поэтому в электрохимической паре цинк-железо, возникающей в присутствии электролита, цинк выполняет роль анода. Медленно растворяясь в процессе эксплуатации покрытия, цинк выполняет роль протектора, защищая подложку-катод от разрушения [1, 74].

В лаборатории «Тиккурила Коутингс» методом ускоренных испытаний исследовано влияние содержания цинка на свойства цинксодержащих грунтовок. Результаты показали, что покрытия на основе эпоксидной грунтовки, содержащей менее 90% масс. цинка, способны обеспечить катодную защиту металла [35].

Применение цинксодержащих ЛКМ часто называют холодным цинкованием [36]. В последние годы метод холодного цинкования – ЛКП, содержащего цинковый порошок в качестве наполнителя [37], - все чаще применяется для защиты металлоконструкций и крупногабаритного оборудования.

Теоретические основы и преимущества практического использования холодного цинкования как наиболее эффективного метода защиты металлоконструкций от коррозии достаточно хорошо изучены [38-45]. Однако имеются данные, полученные в результате анализа результатов испытаний выпускаемых цинкнаполненных красок, проведенных разными исследователями, показывающие, что литературные данные о цинкнаполненных покрытиях достаточно противоречивы. Наряду с положительными характеристиками данных ЛКМ имеют место отрицательные результаты испытаний [46]. Это говорит о том, что вопрос применения цинкнаполненных покрытий необходимо решать для каждого конкретного случая, учитывая характер воздействующих нагрузок.

Цинкнаполненые ЛКМ – это, как правило, грунтовочные составы, они применяются в системах ЛКП с покрывными слоями.

Например, патентуется способ противокоррозионной защиты мостовых металлоконструкций, включающий нанесение цинксодержащего грунтовочного слоя в заводских условиях, промежуточного и покрывного слоя из ЛКМ. Его основное отличие в том, что слои ЛКМ наносят, учитывая их срок службы. При этом промежуточный и покрывной слои наносят в процессе строительно-монтажных работ, причем каждый последующий после грунтовочного слоя наносят до истечения срока службы предыдущего, а ЛКП каждого слоя подбирают исходя из условия, что суммарный срок службы слоев покрытия должен превышать директивный срок монтажа пролетных строений моста. Срок службы каждого последующего
слоя ЛКП должен быть равен или больше срока службы каждого предыдущего. Толщину ЛКП выбирают в интервале 220-250 мкм.

В качестве ЛКМ, формирующего грунтовочный слой, используют однокомпонентный полиуретановый цинксодержащий материал Steelpaint-PU-Zink, промежуточный слой – однокомпонентный полиуретановый материал Steelpaint-PU-Mica, покрывной слой – однокомпонентный полиуретановый материал Steelpaint-PU-Mica UV фирмы Steelpaint (Германия) [47].

Компанией ЗАО «НПП ВМП» (Россия) разработаны цинкнаполненные композиции для долговременной защиты (Цвэс, Цинотан, Цинол, Цинэп, Цинотерм, Цинол-СВ, Цинмастик) [48].

Последними достижениями в области цинксодержащих ЛКМ являются разработка и использование цинкового пигмента с хлопьевидными частицами [49].

Что дает применение хлопьевидного цинка? По данным разработчика и поставщика хлопьевидного цинкового пигмента в России «Еckart Effect Pigments», применение в ЛКМ хлопьевидного цинка эффективнее шарообразного. Оно дает:

· снижение общего содержания цинка в рецептуре до 30 масс. %;

· снижение стоимости грунтовки;

· хорошую стабильность полуфабриката при хранении;

· пониженное оседание цинка при хранении;

· высокую катодную защиту покрытия;

· отсутствие дефектов и пор на поверхности;

· отсутствие «белой» коррозии на поверхности;

· возможность снижения количества слоев покрытия.

Для защиты металлоконструкций в различных средах фирма Chemische Werke Kluthe GmbH (Германия) разработала грунтовку, наполненную цинковыми пластинками, которая применяется с верхними органическими слоями покрытия [18], что повышает долговечность покрытия в целом.

ФТОРСОДЕРЖАЩИЕ ПОЛИМЕРЫ

Разработанные в 1960-х гг. фторполимеры отличаются очень высокой стойкостью к действию атмосферных факторов, химстойкостью, низкой поверхностной энергией и высокой коррозионной стойкостью. Их использование в финишных ЛКМ позволяет сохранять цвет, блеск и коррозионную стойкость при долговременной эксплуатации. Однако присущие им свойства ограничивают их широкое применение. Это прежде всего пленкообразование при высоких температурах, слабая адгезия непосредственно к металлу, а также трудности в перекраске, принимая во внимание малую поверхностную энергию.

Фторполимеры – лучшие материалы для химической защиты оборудования нефтегазовой промышленности [50]. Фторполимеры обладают высокой хим- и атмосферостойкостью за счет своей инертности. Но отсутствие функциональных групп ухудшает адгезию покрытия. В связи с этим усилия ученых в ХХ-ХХI вв. были направлены на решение вопроса синтеза функциональных фторполимеров.

Новый фторсодержащий полимер Neoflon EFEP компании Daikin Ind., Ltd. представляет собой сополимер перфторэтиленпропиленового полимера и этилена и содержит специальные функциональные группы. Последние в 7-8 раз повышают адгезию нового фторполимера к другими материалам [51].

ООО «НПФ «Фьюлэк» в течение 8 лет выпускает фторсодержащие полимерные композиции марки ФЛК для покрытий, эксплуатирующихся в агрессивных средах и открытой атмосфере. Химическая стойкость покрытий регулируется количественным содержанием фтора и его положением в полимерной цепи [52]. Поскольку высокая химическая инертность и низкая поверхностная энергия фторопластов являются причинами низкой адгезии покрытий к субстратам, исследованы вопросы повышения адгезионного взаимодействия покрытия с субстратом (подготовка поверхности, грунтовочные составы, режимы формирования) [53].

Двухупаковочные окрасочные системы содержат в основе привитой эластомер с подвижными атомами водорода в молекуле, а в составе отвердителя – полиизоцианатный сшивающий агент. Используемый привитой фторэластомер получают прививкой на матричный фторполимер (СПЛ винилиденфторида с гексафторпропиленом, гидропентафторпропиленом, СПЛ тетрафторэтилена и пропилена и т.п.) аминосоединения с подвижным атомом водорода (более одного) в молекуле. Такие системы образуют покрытия, которые через 24 ч выдержки при температуре 20 °С обладают хорошими адгезионными свойствами, атмосферостойкостью и могут быть нанесены на гибкие эластомерные подложки [54].

Для усиления адгезии фторполимеров к стальной поверхности применяются традиционные системы покрытий, в которых фторсодержащий полимер выступает в качестве покрывного слоя. При использовании данных ЛКМ в качестве защиты изделий от воздействия агрессивных химических сред рекомендуется создавать многослойные покрытия (эпоксидный грунт, фторопластоэпоксидный лак, фторопластовый лак) состоящие из 5-10 слоев, оптимальная толщина одного слоя - от 10 до 20 мкм. Для лучшей адгезии и в ряде случаев для снятия внутренних напряжений покрытие после нанесения первого и последнего слоев подвергают термообработке.

В связи с особыми географическими условиями самой высокой в мире железной дороги Цинхай-Тибет, наиболее важным из которых является повышенный уровень солнечной радиации, проведены испытания, показавшие, что самыми подходящими системами для защиты железнодорожных мостов на этой дороге являются:

1. эпоксидная грунтовка, обогащенная цинком;

2. эпоксидная эмаль, содержащая чешуйчатый оксид железа;

3. фторполимерное покрытие.

Через год испытаний не выявлено никаких изменений [55]. На основе фторполимерных ЛКМ получаются покрытия с высокой долговечностью и снижением эксплуатационных расходов [56-59].

Интересны результаты 6-летних испытаний в городской атмосфере (Хошимин) и морской (Нячанг) двух разных покрытий на основе полиуретана или фторполимера.

Система содержала слой 75 мкм цинкобогащенного праймера, 2 слоя (2×60 мкм) эпоксидной смолы и один слой полиуретановой эмали или фторполимера. Состояние покрытия ежегодно оценивали по мелению, появлению пузырей, потере блеска и ржавлению. Показано, что наружный фторполимерный слой обладает высокой погодоустойчивостью, тогда как полиуретановый слой начинает быстро разрушаться на третьем году испытаний. Деградация покрытий в натурных условиях вызывается разрушением связи в изоцианатных группах под воздействием УФ-излучения и других факторов, причем скорость разрушения покрытий в морской атмосфере больше [60].

Разработана композиция для защитно-декоративного покрытия, содержащая сополимер трифторхлорэтилена с алкилвиниловыми эфирами с реакционными группами, органический растворитель, отвердитель и катализатор, перфторированное органическое соединение и пигмент [61].

В [62] представлены покрытия на основе пол ивинилиденфторида. Применение технологии Ftorlon для получения атмосферостойких покрытий обсуждается в [63].

В 1980-е гг. японские исследователи разработали группу продуктов, известных как FEVE (виниловые эфиры фторэтилена), которые имеют превосходную стойкость к действию атмосферных факторов, характерную для фторполимеров, и одновременно свойства, близкие к обычным полиуретановым покрытиям.

Свойства этих покрытий можно модифицировать с помощью изменений в структуре смол FEVE, растворимых в растворителях; на них также можно производить водные ЛКМ, облегчая их использование. В качестве их плюсов называют возможность нанесения методами, используемыми для нанесения полиуретановых ЛКМ, как на заводах стальных конструкций, так и в полевых условиях.

Они несколько дороже, чем полиуретаны или силиконы, но более долговечны, что снижает расходы при эксплуатации мостов, а также сокращает время вывода мостов из эксплуатации во время ремонтов. Защита мостов этими покрытиями выполнена в основном в Японии, кроме того, этими системами защищены несколько мостов в США. Долговечность систем с ЛКМ на основе FEVE оценивается более чем в 60 лет [64].

ОРГАНОСИЛИКАТНЫЕ КОМПОЗИЦИИ

Защитное действие покрытий на основе органосиликатных композиций обусловлено использованием полисилоксанов с высокой гидрофобностью, применением наполнителей с частицами ламеллярного пластинчатого строения, высокой степенью уплотнения структуры пленкообразователя наполнителями, пассивирующим и антикоррозионным действием неорганических пигментов и наполнителей [65].