Ochrana ocelových konstrukcí zinkovými epoxidovými nátěry

Většina kovových konstrukcí je chráněna nátěry, speciálně navrženými s ohledem na jejich použití a prostředí, ve kterém mají být exponovány. Organické nátěry, používané pro povrchovou úpravu kovových výrobků, mohou zajišťovat ochranu proti korozi několika mechanismy. Jsou to ochranné mechanismy inhibiční, adhezní, bariérový a elektrochemický. Adhezní a bariérový mechanismus ochrany se do určité míry vyskytuje u všech druhů nátěrů, elektrochemický mechanismus se uplatňuje u antikorozních nátěrů, které mají vysoký obsah zinkového prášku, inhibiční mechanismus pak u těch základních nátěrů, které obsahují antikorozní pigmenty nebo inhibičně působící sloučeniny [1, 2, 3].

    
Zn sf                                                                Zn sf-Zn la

    
Zn la, plniva, FZH                                             Zn sf-MIO

Vysoký obsah zinku v nátěrech zajišťuje vodivý kontakt mezi částicemi zinkového prachu a ocelovým povrchem. V organických zinkových základních barvách je zinek anoda a musí se obětovat, aby chránil ocelový podklad. Korozní odolnost je tedy závislá na průchodu galvanického proudu. To je možné tehdy, když zinkové částice jsou umístěny tak těsně, že se téměř dotýkají jedna druhé nebo ocelového podkladu, který má být chráněn. Přímý kontakt není možný, protože je přítomna monomolekulární vrstva pojiva, jež obaluje každou částici, jakož i podklad. Tento povlak je nezbytný pro kohezi a adhezi filmu. Protože organické pojivo je dielektrické, kontakt musí být tak těsný, jak dovoluje povlak pojiva, a pigment ve filmu musí tudíž odpovídat nejtěsnějšímu naplnění jako při kritické objemové koncentraci pigmentu (KOKP). Při pigmentovém plnění větším než KOKP je objem pojiva mezi částicemi většinou nahrazen vzduchem nebo prázdným objemem. Zinkem bohaté nátěry jsou často pigmentovány nad KOKP. Nicméně existují hranice, jak dalece nad KOKP se může v plnění zinkem jít. Když je poměr objemové koncentrace pigmentu (OKP) ku KOKP příliš vysoký a prostor mezi částicemi je zbaven pojiva, klesá flexibilita a odolnost proti úderu.
Ve většině případů, jakmile je část objemu zinku nahrazena pigmenty a plnivy s větší spotřebou oleje, bude KOKP v porovnání se základními barvami plněnými jen zinkem nižší. Tudíž OKP musí být snížena kvůli normalizaci poměru OKP/KOKP. Tato modifikace může zcela dramaticky snížit množství kovového zinku nezbytného pro dobrou vodivost a tím i cenu formulace.

Graf 1 – Výskyt osmotických puchýřků na povrchu nátěrových
systémů po 1 512 hod. expozice v korozních komorách.

Pro náhradu zinku jinými pigmenty existují hranice, protože kontakt zinkových částic je poté omezen a elektrická vodivost začíná trpět. Činnost anody je přímo vztažena na množství zinku ve filmu a na rychlost koroze, při které je kov spotřebován. Rychlost vyčerpání zinku nemusí být lineární, závisí na prostředí [4].
Zinkové nátěry jsou do určité míry porézní. V průběhu stárnutí nátěrů dochází vlivem elektrochemických reakcí k vytvoření korozních produktů zinku, které utěsní póry v nátěrech. Elektrochemický mechanismus antikorozní ochrany zinkovými nátěry postupně přechází na mechanismus bariérový. Kovový zinek reaguje s kyslíkem, vodou a oxidem uhličitým obsaženými v atmosféře a vznikají korozní produkty, jako jsou oxid zinečnatý, hydroxid zinečnatý a uhličitan zinečnatý. Tyto reakční produkty mají schopnost dokonale utěsnit všechny původní póry v nátěru. Vzniká velmi tvrdá kompaktní bariérová vrstva s velkou adhezí a s výtečnou odolností proti běžným atmosférickým vlivům. Pokud je nátěr s vysokým obsahem zinku poškozený až k ocelovému substrátu, zbývající kovový zinek se stává opět aktivním a chrání svým elektrochemickým potenciálem železo před korozí [5, 6].
V průmyslové atmosféře vznikají působením agresivních nečistot převážně rozpustné zinečnaté soli, které jsou postupně kyselými dešti vyplavovány a dále je obnažován kovový zinek přítomný v nátěru. Proces katodické ochrany se obnovuje do doby spotřebování kovového zinku. Ochranná funkce nátěru je tedy závislá na tloušťce a na korozní agresivitě prostředí. V průběhu stárnutí nátěru dochází k typickým defektům, jako jsou puchýřky, praskání, podrezavění a delaminace.

Graf 2 – Koroze v řezu u nátěrových systémů po 1 512 hod. expozice v solné mlze

Výrobci zinkového prachu dodávají na trh produkty, které se mohou lišit tvarem a velikostí částic, spotřebou oleje, obsahem kovového zinku, chemickou čistotou. Na trhu se objevují i typy upravené dalšími přísadami – oxidem křemičitým, oxidem chromitým, oxidem železitým a slídou [7,8].
Zinkem plněné základní barvy se formulují na různé pojivové bázi. Používají se např. epoxidové pryskyřice, epoxyestery, etylsilikáty a také jednosložkové polyuretany. Velmi rozšířenými pojivy ve formulacích základních barev s vysokým obsahem zinku jsou epoxidové pryskyřice. Jejich vytvrzení může být rychlejší než u etylsilikátových základních barev a jsou také méně pórovité [9].

V celé verzi tento článek naleznete v čb. příloze časopisu Konstrukce 3/2007. Možnost předplatného ZDE.

Autor

• Ing. Hochmannová Libuše