Регион:

Цинковая краска для металла

Цинковая краска для металла

Использование цинксодержащих красок – еще одно направление борьбы с коррозией металлоконструкций с помощью цинка – на этот раз порошкового.

История развития цинковых красок насчитывает несколько десятилетий, но особое развитие они получили в последнее время, как достаточно конкурентный способ по отношению к горячему цинкованию - холодное цинкование.

Принцип защитного действия цинксодержащих красок такой же, как и остальных цинковых покрытий – цинк на поверхности изделия служит катодной защитой для основного металла. Но эта защита может осуществиться только в том случае, когда частицы цинка контактируют между собой и с подложкой и таким образом создают непрерывный электропроводящий слой. Внешний вид покрытия виден на срезе на рис. 2.7. Если же частицы изолированы друг от друга изолирующими слоями, то такие краски не могут считаться антикоррозионными – порошок металла создает лишь цвет и определенную фактуру покрытия.

Красочное покрытие на металле

Рис. 2.7. Характер красочного покрытия на металле (увеличенная фотография среза).

Хотя защитные свойства металлического цинка были известны еще 150 лет тому назад, а свойства силикатных пленок как барьерного защитного покрытия – порядка 100 лет назад, лишь в 30-х годах прошлого столетия исследователи смешали эти два компонента – цинковый порошок и силикат натрия, и лишь в 1941 году полученная цинк-силикатная краска была применена на конкретном объекте.

Таким образом, первой цинксодержащей краской явилась взвесь цинкового порошка в жидком стекле. Первые варианты краски наносились на поверхность, после чего поверхность для старения и последующего отверждения покрытия нагревалась,  лишняя  вода  при  этом  испарялась,  а  под воздействием влаги силикат полимеризовался с образованием трехмерной сетки. После частичной полимеризации краски поверхность обмывали водой, чтобы смыть щелочь, которая образовывалась по реакции:

Na2SiO3 + H2O -> -Si(-O)-O-Si(-O-)- … +NaOH

Однако использование такого способа полимеризации пленки препятствовало широкому применению, поскольку способ был многостадийным и слишком длительным.

После того, как были найдены условия ускорения трехмерной полимеризации (на самом деле это процесс поликонденсации, поскольку при взаимодействии атомов между собой образуется молекула воды), оказалось, что наибольшая скорость наблюдается при соотношении SiO2 : Na2O в интервале 2,9-3,8, был предложен другой способ полимеризации силиката

- для этого, в соответствии с данными, изображенными на  рис. 2.8, где показаны зависимости скорости желирования силиката от рН раствора и содержания солей в растворе, предложено перед употреблением краски в систему добавлять кислотный раствор, содержащий, в основном, фосфорную кислоту с улучшающими совместимость компонентов  краски между собой и с обрабатываемой поверхностью добавками.

В процессе затвердевания краски, вероятнее всего, происходят следующие основные реакции:  металлический цинк и оксид цинка взаимодействуют с молекулами силиката, образуя силикат цинка и вытесняя щелочь из молекул силиката. Щелочь, в свою очередь, ионизирует силикат, что способствует появлению двухвалентных силикат-ионов, которые взаимодействуют между собой, образуя как  зародыши трехмерной сетки, так и микроглобулы силикагеля. В результате на поверхности изделия образуется  пленка, которая представляет из себя пористое гетерогенное покрытие, содержащее металлический цинк, оксид цинка, силикат цинка, коллоидный (высокополимеризованный) силикагель, фосфаты натрия и цинка. Образующаяся вода (за исключением кристаллизационной) испаряется, что делает реакцию образования пленки необратимой.

Влияние на pH

Рис. 2.8. Влияние рН на процесс гелеобразования. Кривая A-C – при отсутствии солей натрия; кривая D –F - в присутствии солей натрия.

Покрытия такого состава, в основном, используются в качестве праймеров для последнего покрытия изделий органическими красками, а также в качестве основного покрытия для внутренних поверхностей емкостей танкеров и баков для хранения топлива.

На основе силикатов калия и лития с высоким отношением SiO2 : M2O (3,9-4,1 для K2O и порядка 4,8 для Li2O) были разработаны самоотверждаемые цинк-силикатные покрытия. Для этого использовались растворы гидроксидов натрия и лития (калия) и заполимеризованный безводный силикагель в виде частиц размером от 1 до 100 нм, которые в дальнейшем служили источником кремнезема, и подвергали реакции при повышенной температуре в течение нескольких часов. Краска в этом случае была одноупаковочной, в отличие от красок предыдущего типа, которые выпускались в двухупаковочном варианте.

При окрашивании изделий такой краской желирование слоя происходит по мере высыхания краски, то есть при удалении воды, но сам процесс отверждения происходит очень медленно, не менее 24 часов, а то и более. Поэтому окрашивание такими красками можно осуществлять  лишь в гарантированно сухую и теплую погоду без заметного росообразования. Многие тонны стальных конструкций приходилось перекрашивать из-за неожиданных дождей и конденсации влаги.

Тем не менее, данная краска в свое время широко применялась в качестве праймера (толщиной 50-90 мкм) или однослойного покрытия (толщиной 100-150 мкм) для тех же областей техники, что и двухупаковочные композиции. Сообщается, что сроки жизни таких покрытий составляет 15-20 лет.

Важным фактором является объемное содержания цинка в покрытии. Показано, что электрохимическая защита эффективно осуществляется при содержании цинка от 95 до 80%; при меньшем содержании последнего, когда частички цинкового порошка плохо контактируют друг с другом, электрохимическая защита ослабевает.

Таким образом, цинксодержащее покрытие после полимеризации органического (неорганического) слоя и испарения органического растворителя (разбавителя) должно содержать такое количество порошкообразного цинка, чтобы его частички надежно контактировали друг с другом. Надо также иметь в виду, что на поверхности частиц цинка ввиду высокого сродства цинка к кислороду будут образовываться поверхностные оксиды цинка.

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:

comments powered by HyperComments