Механизмы защиты от коррозии
Лакокрасочные покрытия обеспечивают антикоррозионную защиту с помощью одного или нескольких механизмов. Всего существует три механизма защиты от коррозии: барьерный, ингибиторный и протекторный. Давайте рассмотрим каждый из них в отдельности.
Барьерный механизм защиты от коррозии
Этот механизм защиты от коррозии зависит от барьерных свойств покрытия, то есть способности пленки ограничивать доставку воды, кислорода, хлоридов и других коррозионных агентов к металлу. Таким образом, можно сказать, что лакокрасочное покрытие является физическим барьером, который отделяет коррозионно-активную среду от защищаемой металлической поверхности. Чем выше барьерные свойства, тем более высокой коррозионной стойкостью будет обладать покрытие.
Барьерные свойства покрытия тесно связаны со структурой полимерной пленки, ее наполнением, проницаемостью и т.п. Фактически любое лакокрасочное покрытие в той или иной степени обладает барьерными свойствами и создает барьер между подложкой и внешней средой, однако, эффективность такого барьера у каждого покрытия может быть разной. Например, барьерные свойства выше у двухкомпонентных лакокрасочных материалов, чем у однокомпонентных. Это связано с пространственной структурой полимера и более плотной сшивкой молекул у двухкомпонентных материалов.
Барьерные свойства можно повысить, если добавить в краску стеклянные или алюминиевые чешуйки, железную слюдку и т.п. Чешуйки выкладываются в пленке параллельно поверхности, удлиняя путь, который необходимо пройти влаге и коррозионным агентам, чтобы достичь металла – за счет этого и повышаются барьерные свойства.
В практическом смысле двумя основными свойствами любого барьера являются его толщина и проницаемость.
Чем больше толщина пленки (барьера), тем выше будут барьерные свойства лакокрасочного покрытия. Но толщина покрытия не должна быть слишком большой, в противном случае это повлияет на эксплуатационные свойства покрытия и может вызвать преждевременное появление дефектов. Очевидно, что покрытие с низкой толщиной будет образовывать недостаточный барьер от коррозии и не будет эффективным в течение длительного времени. В этой связи отметим важность соблюдения заданного диапазона толщин, что является залогом работоспособности и долговечности защитных лакокрасочных систем.
Если говорить о барьерных свойствах не отдельного покрытия, а многослойной системы, то барьерные свойства будут выше у системы слоев, чем у одного слоя, нанесенного с той же толщиной. Это необходимо иметь в виду при сокращении количества слоев системы с сохранением общей толщины.
Еще один момент, о котором необходимо помнить, говоря о барьерных свойствах, – это зависимость степени полимеризации от температуры. Самые эффективные покрытия не будут обладать высокими антикоррозионными свойствами, если полимеризация происходила при низкой температуре. Поэтому важно учитывать рекомендации производителей ЛКМ в части допустимого диапазона температур, чтобы получить оптимальные барьерные (а значит, и антикоррозионные) свойства.
Обсуждая барьерные свойства лакокрасочных покрытий, следует напомнить, что абсолютно непроницаемых пленок не существует, и все покрытия в той или иной степени являются проницаемыми.
Ингибиторный механизм защиты от коррозии
Ингибиторный (пассивирующий) механизм защиты от коррозии основан на обеспечении инертного состояния подложки. В этом состоянии сталь не способна взаимодействовать с какими-либо веществами, а значит, не может разрушаться вследствие коррозионных процессов.
Переход стали в инертное состояние возможен за счет применения специальных пигментов, которые вводятся в лакокрасочный материал. На сегодняшний день основным пассивирующим пигментом является фосфат цинка (применение ранее популярных соединений свинца сейчас запрещено законодательством).
Принцип действия фосфата цинка следующий. Проникающие в покрытие частицы воды и влаги вступают в реакцию с фосфатом цинка, одним из продуктов этой реакции является ортофосфорная кислота. Далее кислота реагирует со сталью, в результате этой реакции образуется фосфат железа, который покрывает стальную поверхность, пассивируя ее.
Из этого описания следует два вывода:
- Ингибиторным эффектом могут обладать только грунтовочные покрытия, которые непосредственно контактируют с металлом. Для остальных слоев (промежуточных и финишных) применение ЛКМ с фосфатом цинка не имеет смысла.
- Фосфат цинка инициирует ингибиторный механизм защиты от коррозии только для качественно подготовленных стальных поверхностей. Как правило, это поверхности, соответствующие степеням подготовки Sa2,5 и Sa3 (ГОСТ Р 8501-1) или степени 1 или 2 (ГОСТ 9.402). При менее качественной подготовке оставшиеся на поверхности загрязнения препятствуют образованию фосфата железа.
Фосфат цинка добавляется практически в любые грунтовки (алкидные, эпоксидные, полиуретановые и т.п.) для повышения коррозиойнной стойкости.
Лакокрасочные покрытия, содержащие фосфат цинка, не допускается эксплуатировать под водой.
Протекторный механизм защиты от коррозии
Протекторный механизм защиты от коррозии использует принцип катодной защиты металла и из всех лакокрасочных материалов применяется только в цинкнаполненных грунтовках.
В основе работы данного механизма лежит гальваническая пара сталь-цинк, в которой защищаемая (стальная) поверхность является катодом, а введенный в краску цинковый порошок – анодом. Электролитом в данном случае будет являться проникающая внутрь покрытия влага. В процессе эксплуатации цинковый порошок разрушается, при этом стальная поверхность остается неповрежденной.
Для нормальной работы гальванической пары частицы цинка должны иметь электрический контакт как между собой, так и со сталью. С этой точки зрения важно количество цинкового порошка в грунтовке, и этим объясняется требование нормативной документации о содержании цинка в ЛКМ не менее 80% по массе. При этом существуют материалы с содержанием цинка менее 80% – протекторный механизм таких покрытий будет не так эффективен, как при высоком содержании цинка.
Протекторный механизм защиты пригождается и при нарушении покрытия, например, в случае механического повреждения. В этой ситуации оголившийся участок стали не будет разрушаться – опять же за счет электрохимического действия гальванической пары. Для обозначения этого свойства цинкнаполненных покрытия иногда применяется термин «самозалечивание».
Стоит отметить, что цинкнаполненные грунтовки обеспечивают защиту металла от коррозии не только за счет протекторного механизма, но и за счет высоких барьерных свойств. Все дело в том, что в процессе эксплуатации образуются соединения цинка, которые «закупоривают» пленку покрытия, повышая ее непроницаемость и барьерные свойства. Увеличение барьерных свойств цинкнаполненного покрытия за счет «закупоривания» пленки иногда называют гидроизолирующим механизмом защиты от коррозии.
Для эффективной протекторной защиты цинковый порошок должен быть высокого качества и соответствовать ряду стандартов.
Для лакокрасочных материалов, использующих протекторный принцип защиты от коррозии, важна чистота поверхности. На поверхностях, имеющих загрязнения, эффективность протекторной защиты снижается.