Ochrana kovových povrchů nátěry z vodou ředitelných nátěrových hmot

Na použití nátěrových hmot z vodou ředitelných materiálů pro ochranu kovových povrchů nebyl ještě donedávna jednoznačně příznivý názor. Vývoj v této oblasti však vytváří předpoklady, aby převládající názor byl kladný.

Stále v celé šíři nezvládnutou oblastí je použití nátěrů z vodou ředitelných nátěrových hmot pro ochranu ocelových konstrukcí (OK) vystavených působení atmosférických vlivů – jednak nových, jednak (v ještě problémovější míře) pro údržbové nátěry.

HLEDÁNÍ DLOUHODOBÉ OCHRANY
Po vyřazení z rozpouštědlových základních nátěrových hmot, používaných pro ochranu nových ocelových konstrukcí a pro údržbové povlaky účinných, avšak toxických antikorozních pigmentů na bázi olova a chromanového aniontu, se hledaly cesty k zabezpečení dlouhodobé ochrany. Nátěrové systémy z rozpouštědlových NH se základními nátěry s těmito toxickými antikorozními pigmenty poskytovaly ocelovému povrchu dlouhodobou ochranu při jejich tloušťce kolem 150 μm. Při zhotovování údržbových nátěrů byly antikorozní pigmenty na bázi olova (např. suřík) schopny vázat do formy nerozpustných sloučenin síranové anionty přítomné na nedokonale očištěném ocelovém povrchu.

Naděje se vkládaly do použití (v té době) nových netoxických antikorozních pigmentů jako je fosforečnan zinečnatý a mnoho dalších netoxických sloučenin. Praxe ukázala, že na rozdíl od klasických sloučenin na bázi olova a chromanového aniontu jsou málo účinné.
K zabezpečení dlouhodobé ochrany OK proto už není, jako kdysi, používán inhibiční mechanizmus ochrany, ale mechanizmus bariérový. Tzn., že se musejí používat systémy vysokých tlouštěk, které dosahují 250–350 i více μm. Této tloušťky nátěrových systémů se obvykle dosáhne jednou, dvěma až třemi vrstvami nátěrů. Běžné vodou ředitelné NH v jedné vrstvě poskytují malou tloušťku. Kromě toho se nátěry z těchto obvyklých a známých NH nevyznačují vysokými bariérovými vlastnostmi (zejména čerstvé).

Neméně významné jsou rozdíly v propustnosti ochran z vodou ředitelných nátěrových hmot různé pojivové báze [2] pro vodní páru – viz tabulka 1.

PROBLÉMY PROVÁZEJÍCÍ APLIKACI
Mastnota
Kromě vlastní formulace NH ředitelných vodou, zaměřené na získání vyšší tloušťky ochranného povlaku, je ještě několik problémů, které ovlivňují úspěšnou aplikaci těchto nátěrů pro získání dlouhodobé ochrany povrchu ocelových konstrukcí vystavených atmosférickým vlivům: nejsou uspokojivě vyřešeny levné postupy pro zbavení ocelového povrchu mastnot – nejen na povrchu nových OK, ale také na konstrukcích připravovaných na údržbové povlaky. V hromadné strojírenské výrobě jsou tyto problémy již do značné míry zvládnuty, avšak transformace poznatků a technologií na úpravu povrchu OK se v současné době nejeví plně ekonomicky a technicky vhodnou.

Dokonce nepatrné zbytky mastnoty na ocelovém povrchu brání požadovanému zakotvení základních nátěrů z vodou ředitelných nátěrových hmot. Je nutné poznamenat, že nedostatky se vždy nemusí projevit ihned při zhotovování systému, ale třeba až za delší dobu – po vystavení atmosférickým vlivům. Poškození nátěru se často projeví jako postupující podkorodování od míst mechanického poškození celistvosti ochranného nátěru.

Kombinace vrstev
Dalším problémem je možnost účelné kombinace jednotlivých vrstev nátěrů v nátěrovém systému, zhotovených z vodou ředitelných a rozpouštědlových NH. V této oblasti je zatím nedostatek informací a zkušeností. Poznatky jsou z kombinace akrylátových vrstev nátěrů z vodou ředitelných nátěrových hmot a vrstev z alkydových rozpouštědlových nátěrů. Ukazuje se, že za určitou dobu – 2–5 let – dochází k poškození nátěrového systému tvořeného základním nátěrem z vodou ředitelné disperzní nátěrové hmoty a vrchního alkydového nátěru, které se projevuje rozpraskáním vrchní vrstvy.

Naproti tomu kombinace základního rozpouštědlového nátěru s vrchním nátěrem z akrylátové disperzní nátěrové hmoty nevykázala po pěti letech žádné známky poškození.

Pro rozšíření nátěrů z vodou ředitelných nátěrových hmot by bylo výhodné mít k dispozici účinné netoxické antikorozní pigmenty a případně též organické inhibitory koroze, které samotné nebo kombinací účinných pigmentů a inhibitorů koroze plně zabezpečí uplatnění inhibičního mechanizmu ochrany, jak tomu bylo v případě klasických olejových a alkydových konstrukčních nátěrových systémů.

Je řada publikací, které se věnují tomuto problému, a to zejména použitím organických inhibitorů koroze ve vodou ředitelných nátěrových hmotách. Zatím však nemáme k dispozici základní nátěrové hmoty – a to jak rozpouštědlové, tak také vodou ředitelné, které by obsahovaly uvedené látky a zabezpečovaly účinný inhibiční mechanizmus ochrany ve vztahu k ocelovému povrchu.

Zdá se, že nejvíce laboratorních a praktických zkušeností je z použití nátěrů z vodou ředitelných NH na bázi akrylátových disperzí.

Srovnání výsledků různých laboratorních zkoušek [3] nátěrů z vodou ředitelných nátěrových hmot na bázi akrylátových disperzí a nátěrů z rozpouštědlových alkydových nátěrových hmot zachycuje tabulka 2.

Byly uskutečněny:
A – v solné mlze podle ISO 7253 (ČSN EN ISO 7253 [67 3092]);
B – v čisté kondenzační komoře podle ISO 6270 (ČSN EN ISO 6270 – 1 (67 3108);
C – v ponoru do vody a ve čtyřech cyklových zkušebních postupech;
P-1 – 48 h vlhkost, 24 h sušení, 24 h solná mlha, 24 h sušení;
P-2 – 24 h vlhkost, 24 h sušení, 96 h solná mlha, 24 h sušení;
P-3 – 48 h ponor (0,5 g/l NaCl + 3,5 g/l (NH₄)2SO₄), 72 h (8 h kondenzace, 40 °C + 4 h UVB 60 °C), 48 h – 20 °C, 60 % relativní vlhkost;
P-4 – 8 h ponor do vody, 16 h sušení;
VA – vzorky byly vystaveny po dobu čtyř let na atmosférické korozní stanici.

Další zkoušky ukázaly, že nátěry z alkydové vodou ředitelné nátěrové hmoty, zkoušené po dvou týdnech po zhotovení, vykázaly poškození po 120 h zkoušky v solné mlze a tytéž nátěry, kondicionované v laboratorních podmínkách po dobu čtyř měsíců, vykázaly první známky poškození po zkoušce v solné mlze až po 1 440 hodinách.

V případě epoxidových nátěrů z vodou ředitelných nátěrových hmot vykázaly první známky poškození po 96 a 540 hodinách, u akrylátových nátěrů z vodou ředitelných NH to bylo 96 a 502 hodin. Doba 502 h byla docílena zejména tím, že před zkouškou v solné mlze byly vzorky pět dnů podrobeny zkoušce v QUV-B komoře s kondenzací vody s 20 cykly -10 °C na 1 h a +40 °C na 1 h.

Po dvouletém vystavení podobných vzorků na atmosférické korozní stanici se ukázalo, že žádný z uvedených nátěrových systémů za tuto dobu nevykázal známky poškození. Na základě tohoto experimentu autoři doporučují, aby se nátěrové systémy z vodou ředitelných nátěrových hmot po dobu dvou prvních měsíců vyvarovaly styku s elektrolyty. Nátěry z těchto materiálů se mají zhotovovat hlavně na jaře a v létě.
 

Vodou ředitelné nátěrové hmoty chrání
i stožáry vysokého napětí (ilustrační
foto).

Sírany
Na povrchu zarezavělé ocelové konstrukce jsou přítomny rozpustné sírany, kterých je značné množství zejména ve rzi vzniklé v průmyslovém prostředí. Na povrchu OK nejsou rozptýleny rovnoměrně, ale vytvářejí hnízda. Určité množství rozpustných síranů – až 1 g/m² – zůstává na povrchu ocelové konstrukce očištěné otryskáváním [4]. To může nepříznivě ovlivnit ochrannou účinnost organického povlaku jak z rozpouštědlových, tak z vodou ředitelných NH. Je proto vhodné přivítat práci zaměřenou na možnost aplikace vodou ředitelných nátěrů i na nedokonale očištěný ocelový povrch [5]. Experimentální práce byly uskutečněny s nátěry z modelových nátěrových hmot na bázi Haloflexu 202, upravených a neupravených přídavkem kyseliny fosforečné na pH 2,7. Formulace nátěrové hmoty bez přídavku kyseliny fosforečné vykazovala pH od 4,5 do 5,0. Nátěry byly zhotovovány na ocelovém povrchu kontaminovaném síranem železnatým. Nátěry z hmot s nižším pH vykazují menší poškození než nátěry z neupravené NH, avšak nejlepší výsledky se získají, když jsou nátěry zhotoveny na čistém ocelovém povrchu.

V Japonsku byly vyvinuty vodou ředitelné nátěrové hmoty pro údržbu OK. Základní nátěr je na bázi modifikovaného epoxidového pojiva s přídavkem antikorozních aditiv. Významné je, že zhotovený povlak nemá póry [6].

OCHRANNÉ VLASTNOSTI NÁTĚRŮ VÝRAZNĚ ZVÝŠÍ SILANY
Ochranné vlastnosti akrylátových nátěrů z vodou ředitelných nátěrových hmot lze výrazně zvýšit přídavkem silanů zabezpečujících dobré spojení mezi povlakem a povrchem kovu. Elektrochemickou impedancí bylo zjištěno, že pro zabezpečení vysoké přilnavosti nátěru k podkladu [7] je optimální 2% hm. přídavek metakryloxypropyltrimetoxysilanu. Při použití silanu je žádoucí povlak tepelně přisoušet při vyšší teplotě pohybující se kolem 100 °C. Ve světě se nyní intenzivně zkoumají možnosti, jak přisoušení těchto povlaků vyloučit. Budou-li k dispozici levné silanové prostředky tohoto požadovaného typu, nátěry z vodou ředitelných nátěrových hmot se uplatní výrazněji. Adhezní mechanizmus ochrany tím získá na významu v oblasti ochrany kovových povrchů.

Pro úplnost je vhodné poznamenat, že v oblasti vodou ředitelných materiálů se postupně využívají též pokroky zaměřené na využiti fluoropolymerů jako pojiv, které se vyznačují mimořádně vysokou odolností [8], a také pokroků v oblasti nanotechnologie [9].

Při zkouškách nátěrů z vodou ředitelných NH v solné mlze a kondenzační komoře často dochází k jejich poškození tvorbou puchýřků. Při zkouškách je nátěr trvale vystaven vysoké relativní vlhkosti při vysokých teplotách. Tyto podmínky, tj. vysoká vlhkost a poměrně vysoká teplota, se u nás v praxi stěží vyskytují, což potvrzují zkušenosti s nátěry z vodou ředitelných nátěrových hmot. Proto se připravil zkušební postup, který do určité míry vytváří podmínky, jež se mohou v praxi vyskytnout.

Vzorky byly podrobeny cyklové zkoušce sestavené v rámci řešení tohoto výzkumného záměru podle výsledků studijní zprávy a také zkušenosti SVÚOM. Cyklová zkouška probíhá podle následujícího postupu (v hodinách):

Článek v nezkrácené podobě včetně všech obrázků, tabulek a grafů naleznete v příloze časopisu KONSTRUKCE číslo 3/2006 - POVRCHOVÁ A PROTIPOŽÁRNÍ OCHRANA.

Autoři

• Ing. Benešová Jaroslava
• Doc. Ing. Svoboda Miroslav CSc.