Что необходимо знать о применении цинкнаполненных ЛКМ

Общепризнано, что цинкнаполненные покрытия (ЦНП) занимают особое место среди антикоррозионных ЛКМ. Системы ПК на их основе способны обеспечить повышенную долговечность конструкций (10–25 лет) в широком диапазоне условий эксплуатации, а также служить альтернативой традиционным методам цинкования [1–4].

НПП ВМП уже более 20 лет специализируется в области разработки и производства цинкнаполненных ЛКМ (ЦН ЛКМ), и сегодня ассортимент предприятия включает целый спектр таких материалов на различной полимерной основе: кремнийорганической, полиуретановой, эпоксидной и других, которые нашли широкое применение во многих отраслях промышленности.

Несмотря на то, что ЦН ЛКМ становятся все более популярными на российском рынке, и объемы их потребления ежегодно растут, специалистам действующей на ВМП службы технологического сопровождения приходится сталкиваться с повторяющимися специфическими проблемами и ошибками потребителей при их нанесении, обусловленными особенностями химического состава материалов этого класса.

Данная публикация является попыткой обобщить опыт нашего предприятия и зарубежных коллег [1–2, 5–10] по вопросу особенностей технологии нанесения наиболее распространенных типов ЦН ЛКМ – на органических полимерах и этилсиликатных связующих.

Основным отличием ЦН ЛКМ от ЛКМ других видов является высокое содержание порошка цинка, составляющее, как правило, 60–80 масс. %, а в ПК на их основе – 80-95 масс. %, что приближается к критическим концентрациям. Вытекающие отсюда особенности свойств этих материалов и связанные с ними возможные проблемы при нанесении представлены в табл.1.

Из табл.1 следует, что правильное применение ЦН ЛКМ подразумевает наличие достаточно высокой культуры производства, определенного оборудования для подготовки поверхности и окраски, а также профессионализма персонала.

Таблица 1. Особенности ЦН ЛКМ и их применения

Кратко рассмотрим наиболее важные этапы нанесения ЦН ЛКМ.

1. Подготовка поверхности перед окраской.

Для максимальной реализации защитных свойств ЦНП необходим хороший контакт цинкового пигмента со сталью, которому препятствуют остатки старых ПК, слои окалины и ржавчины и другие загрязнения [5].

Поэтому оптимальным способом подготовки поверхности перед нанесением ЦН ЛКМ является абразивоструйная обработка до степени Sa 2,5 по ИСО 8501-1:2007 или степени 2 по ГОСТ 9.402 с предварительным удалением жировых и масляных загрязнений.

Рекомендуемая шероховатость создается использованием металлического песка или дроби, прокаленного кварцевого песка или других абразивных материалов с частицами размером 0,5-1,0 мм остроугольной формы, обеспечивающей оптимальный рельеф поверхности.

Минимальной допускаемой степенью очистки для ЦН ЛКМ на полимерной и этилсиликатной основе считается степень Sa 2 по ИСО 8501-1:2007 (Commercial Blast по SSPC SP-6/NACE №3.0 или 2 по ГОСТ 9.402-2004). Для обработки малых площадей или при ремонтах допускается подготовка поверхности до степени St3 по ISO ИСО 8501-1:2007 (степень 3 по ГОСТ 9.402-2004, Power Tool Cleaning to Bare Metal по SSPC SP-11) [1, 5 – 8]. Наибольшую опасность для защитных свойств ЦНП представляет нанесение на поверхность с не удаленной окалиной, в результате чего фактические сроки службы ПК снижаются в несколько раз (рис.1).

В технической документации на ЦН ЛКМ производители обычно указывают требования к степени подготовки поверхности, однако при защите конкретного объекта рекомендуется обратиться к техническим специалистам производителя для уточнения минимально допустимой степени, т. к. для некоторых условий требуются более тщательная подготовка поверхности [5]. Общее правило такое: чем агрессивнее условия предполагаемой эксплуатации объекта и чем выше требования к сроку службы ПК, тем качественнее должна проводиться очистка поверхности.

Наш опыт показывает, что нарушение требований к подготовке поверхности является наиболее частой причиной получения дефектных ПК при нанесении и быстрой потери ими защитных свойств при эксплуатации. Некачественная очистка не позволяет использовать высокий потенциал долговечности ЦНП, приводя к самым существенным, по сравнению с другими нарушениями технологии окраски, материальным потерям в виде затрат на преждевременный ремонт ПК.

2. Подготовка ЦН ЛКМ к нанесению.

2.1. Смешивание двухкомпонентных составов. Большинство ЦН ЛКМ представляют собой двухкомпонентные материалы. К ним относятся, например, весьма распространенные материалы на эпоксидной и этилсиликатной основах (в ассортименте ВМП это композиции ЦИНЭП и ЦВЭС, соответственно). Обычно компоненты уже расфасованы в требуемом соотношении и представляют комплект. Очень важно смешивать компоненты комплекта нацело и полностью, тщательно соблюдая рекомендуемую производителем последовательность и продолжительность отдельных операций [8]. Ошибки в соотношении компонентов неизбежно приведут к возникновению внешних дефектов ПК и снижению их физико-механических и защитных свойств.

Если цинковый порошок упакован в отдельную тару, что часто встречается в этилсиликатных составах, то связующее сначала тщательно перемешивают с использованием скоростной мешалки. Затем цинковый порошок добавляют маленькими порциями к жидкой части при постоянном перемешивании с помощью мешалки. После добавления всего цинкового порошка состав необходимо перемешивать в течение, как минимум, пяти минут. Добавление цинкового порошка одной порцией испортит весь комплект, так как приведет к его окомкованию, частичному осаждению на дне тары, забиванию фильтров и сопел оборудования, а также к получению неоднородного покрытия.

2.2. Перемешивание. Высокая плотность цинкового порошка в сочетании с низкой плотностью полимерного связующего в ЦН ЛКМ обуславливает их седиментационную неустойчивость, т.е. склонность к осаждению цинка и образованию осадков, иногда весьма трудно размешиваемых. Как правило, производители стремятся сгладить эту проблему, вводя в рецептуры различные специальные добавки или фасуя цинковый пигмент отдельно от связующего. Поэтому перемешивание ЦН ЛКМ является одной из самых важных операций как перед окраской, так и в ее процессе.

Для перемешивания как одно – так и двухкомпонентных ЦН ЛКМ наиболее эффективно применение механизированной мешалки (пневмо- или другой скоростной мешалки), поскольку, как показывает опыт, перемешивание вручную зачастую не позволяет добиться однородности состава, несмотря на кажущееся исчезновение осадка на дне тары.

В результате нанесения некачественно промешанного материала получается обедненное цинком ПК с пониженными защитными свойствами, отличающееся цветом и пониженной толщиной (табл. 2).

Таблица 2. Возможные проблемы при нанесении цинкнаполненных ЛКМ, причины их возникновения и способы устранения

Настоятельно рекомендуется проводить периодическое (в среднем 1 раз в течение 1-2 мин. через каждые 20-30 мин. работы) перемешивание ЦН ЛКМ в процессе нанесения или использовать специальное оборудование с постоянным перемешиванием. Однако для материалов, отверждаемых влагой воздуха, таких как однокомпонентные полиуретановые (например, ЦИНОТАН), или этилсиликатные (ЦВЭС), постоянное перемешивание не рекомендуется, т.к. попадание в объем краски содержащего влагу воздуха сокращает жизнеспособность состава.

3. Окрасочное оборудование и параметры окраски

Ответственные производители ЦН ЛКМ обычно предоставляют достаточно подробную информацию по методам их нанесения, оборудованию и технологическим параметрам окрашивания. Несмотря на это, на практике достаточно распространены случаи получения некачественных ЦНП вследствие их нанесения как обычных ЛКМ, без учета особенностей материалов этого класса.

Поскольку ЦН ЛКМ являются профессиональными материалами, наиболее распространенным методом их нанесения является безвоздушное, реже пневматическое распыление.

При безвоздушном нанесении основные рекомендации следующие:

• применять аппараты, обеспечивающие давление на выходе не менее 250 атм., (например, хорошо зарекомендовали себе аппараты марок President, Bulldog, King (ф. Graco); WIWA 1066, WIWA 18066 (ф. WIWA) и другие);
• давление распыла 10–20 МПа;
• диаметр сопла 0,015” – 0,021” (0,38 – 0,53 мм);
• шланг должен быть не более 15 м (оптимально 8 м);
• угол распыла – в зависимости от конфигурации окрашиваемой поверхности. Для конструкций с шириной до 100 мм угол распыла – 20°; для конструкций с шириной от 100 до 350 мм угол распыла от 40° до 60°; для конструкций с шириной более 350 мм угол распыла – 80º;
• расстояние до окрашиваемой поверхности – 200-400 мм;
• распылитель располагать так, что бы факел был перпендикулярен окрашиваемой конструкции.

При нанесении пневматическим распылением рекомендуется:
• применять аппараты с верхним расположением бачка. При нижнем расположении бачка, как правило, давления воздуха не хватает для распыления, а также увеличивается риск окрашивания обедненным по цинку материалом из-за его осаждения;
• давление распыления 0,3–0,4 МПа;
• диаметр сопла 1,8–2,2 мм;
• краскораспылитель располагать перпендикулярно окрашиваемой поверхности;
• перекрывать при нанесении очередной полосы край ранее нанесенной;
• при окрашивании больших и несложных поверхностей применять краскораспылительные головки с плоской формой факела, при окраске малых, сложных и пространственных конструкций – с круглой формой факела;
• расстояние до окрашиваемой поверхности 200 – 400 мм.

Перед нанесением ЦН ЛКМ оборудование необходимо промыть рекомендуемым разбавителем, т.к. остатки предыдущего материала могу попасть в ЦН ЛКМ и вызвать его затвердевание в таре или окрасочном оборудовании [5].

Из-за высокой степени наполнения ЦН ЛКМ порошком цинка время их высыхания значительно меньше, чем у обычных ЛКМ на той же полимерной основе, поэтому для них возрастает вероятность засорения различных элементов оборудования при перерывах в работе. В связи с этим, не допускается оставлять ЦН ЛКМ в аппарате (шланг, бачок, пистолет и прочее) продолжительное время, более чем на 15–20 минут, особенно это касается материалов, отверждающихся в результате протекания химической реакции, таких как эпоксиды, полиуретаны, этилсиликат. В этом случае необходимо приостановить работы, сбросить давление в аппарате и промыть оборудование рекомендуемым разбавителем.

Еще одной особенностью ЦН ЛКМ является то, что они чаще забивают и изнашивают сопло, т. к. цинковый порошок имеет тенденцию скапливаться в сопле [5].

При распылении ЦН ЛКМ очень важно исключить дефект «сухой факел», особенно характерный для быстросохнущих этилсиликатных ЦН ЛКМ. При нанесении должно получатся ровное, мокрое покрытие, что обеспечивается подходящим давлением и правильным расстоянием и углом между распылителем и поверхностью.

Наиболее характерные дефекты ЦНП, получаемые в результате отклонения от заданных параметров нанесения представлены в табл. 2 и на рис. 2.

Нанесение ЦН ЛКМ кистью допускается только при ремонтах или на поверхности небольшой площади (острые кромки, сварные швы, труднодоступные места). Рекомендуется применять волосяные с коротким густым ворсом кисти среднего размера, не проводить по одному и тому же месту несколько раз.

3. Толщина покрытия

Ввиду высокого содержания цинка в ЦНП значительное превышение толщины ПК относительно рекомендуемой может привести к снижению декоративных и физико-механических свойств и даже к появлению дефектов (табл.1), поэтому в инструкциях по применению производитель обычно оговаривает максимально допустимую толщину покрытия, гарантирующую его качество.

Превышение толщины особенно критично для этилсиликатных покрытий из-за склонности к растрескиванию. Максимально допустимая толщина ЦНП варьируется от продукта к продукту и, как правило, не превышает 150 мкм, в то время как средняя толщина ЦНП в системе покрытия обычно составляет 50 – 80 мкм [5, 6, 9]. Для ЦН ЛКМ производства ВМП допускается нанесение ПК толщиной до 180 – 200 мкм.

4. Нанесение покрывных материалов на ЦНП.

Для получения хорошей межслойной адгезии между ЦНП и последующими слоями системы ПК необходимо строго соблюдать рекомендации по минимальному и максимальному времени до перекрытия. Обычно минимальное время до перекрытия указывается в зависимости от температуры. Однако следует учитывать, что для материалов, отверждаемых влагой воздуха, особенно полиуретановых, время до перекрытия очень сильно зависит и от влажности воздуха (рис.3). Преждевременное нанесение покрывных слоев на грунтовку может сопровождаться дефектами эмали (пузыри) и снижением межслойной адгезии.

Максимальное время до перекрытия является очень важным параметром в тех случаях, когда нанесение цинкнаполненной грунтовки предполагается выполнять на заводе, а нанесение остальных слоев системы – при монтаже конструкций с разрывом по времени. Это связано с тем, что ЦНП на основе некоторых полимеров имеют свойство «стекленеть», становясь очень твердыми и непригодными для перекрашивания из-за снижения межслойной адгезии [5, 10].

4.1. Подготовка ЦНП к нанесению следующих слоев в системе. При соблюдении оптимальных режимов нанесения ЦН ЛКМ должно получиться ровное, серое покрытие, требуемой толщины.

При нарушении технологии возникают такие дефекты, как «сухой факел», мусорность, растрескивание или/и несоответствия толщины.

Области с инородными включениями в ЦНП (частицы абразива, пыль), цинковой крошкой от «сухого факела» и растрескиванием необходимо зачистить и перекрасить, т.к. они могут вызвать снижение межслойной адгезии и/или стать очагами коррозионных поражений стали. Зачистку проводят щетками или наждачной бумагой, затем обеспыливают.

Иногда при продолжительном хранении конструкции или ее экспозиции в агрессивных условиях до нанесения покрывных слоев на ЦНП появляется белый налет, указывающий на образование солей цинка. Этот налет необходимо удалить с покрытия, для чего достаточно промывки водой и чистки щетками [5, 10].

4.2. Нанесение последующих слоев в системе покрытий. Как правило, ЦНП представляют собой пористое покрытие. При нанесении следующего слоя воздух из пор высвобождается через мокрую пленку второго слоя, что вызывает появление пузырей, кратеров и «булавочныех проколов» (рис. 4).

Для устранения возникновения данного дефекта рекомендуется применять:
• ЛКМ с очень хорошим розливом и достаточным содержанием деаэраторов, т. е. с низкой тенденцией к образованию пузырей и «булавочных проколов», обычно это 50-75 микронные эпоксидные покрытия;
• тонкие «пропитывающие» покрытия, представляющих собой тонкий слой разбавленного промежуточного или покрывного ЛКМ, который проникает в поры ЦНП и вытесняет воздух. После чего наносят стандартный слой этого же материала [5, 10].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, для получения качественного ЦНП в системе антикоррозионных покрытий необходимо:
• изучать и выполнять инструкции производителей материалов;
• проводить качественную абразивоструйную очистку поверхности;
• тщательно перемешивать материал;
• использовать для нанесения подходящее оборудование;
• соблюдать рекомендованные параметры окраски, толщину слоя и время до нанесения последующих слоев;
• использовать технику «пропиточного» покрытия при нанесении покрывных материалов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Субботина О. Ю., Ярославцева О.В. Особенности применения и испытания цинкнаполненных покрытий разного типа// Промышленная окраска, №1, 2007, С. 38 – 44.
2. Фришберг И. В., Субботина О. Ю., Павлюкова О. Н., Ярославцева О. В., Кишкопаров Н.В. Новые отечественные цинкнаполненные материалы // Промышленная окраска, №1, 2003, С.8–15.
3. Васильев С. А. Холодное цинкование. Теория и практика // Практика противокоррозионной защиты, №4(34), 2004, С. 46–50.
4. Каверинский В. С. «Холодное цинкование» — псевдоцинкование//Промышленная окраска, №1, 2009, С. 22–24.
5. Wood W. A., Bock P. P. What you should know applying Zinc-Rich Primers//JPCL, №7, 2005, P. 17–25.
6. SSPC PS Guide 12.00, Editorial Revision November 1, 2004, P. 5-55 – 5-60.
7. Hare C. H. Zinc-Rich Primers I: Design Principles//JPCL-PMC, №7, 1998, P. 17–37.
8. Hare C. H. Trouble with Zinc-Rich Primers, Part I: Non-Topcoated Systems, №8, 1998, P. 29–41.
9. ИСО 12944-5:2007. Лаки и краски. Антикоррозионная защита стальных конструкций с помощью ЛКМ. Защитные лакокрасочные системы.
10. Hare C. H. Trouble with Zinc-Rich Primers, Part II: Multi-Coat Paint Systems//JPCL, №9, 1998, P. 34–48.

Цинкирование металла

Коррозия термодинамически неизбежна, однако именно термодинамика подсказывает наиболее эффективный способ борьбы с коррозией: катодную протекторную защиту — при таком способе защиты реакция разрушения железа становится термодинамически невозможной и, следовательно, коррозия полностью прекращается! Остальные способы менее эффективны: ингибиторы лишь замедляют процесс, барьерные покрытия склонны к локальной и подпленочной коррозии.

Источником катодной протекторной защиты может быть как внешний ток, так и ток гальванического элемента, возникающего при контакте железа с некоторыми активными металлами, в частности с цинком. Цинкование может осуществляться разными способами: горячим, гальваническим, термодиффузионным. Однако ряд ограничений для каждого из методов не позволяет защитить все без исключения объекты. В этой ситуации на помощь приходит метод цинкирования. Что он из себя представляет?

Цинкирование

Цинкирование – процесс покрытия металла (железа или стали) слоем цинка для защиты от коррозии путем нанесения цинкирующего состава (состава класса Zinker).

НАНЕСЕНИЕ

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ

Свойства цинкерного прокрытия

• Образует стабильную субдисперсионную Zn-Fe зону на поверхности металла.
• Обладает свойством межслойной диффузии.
• Сохраняет функцию поверхностной самоконсервации и самовосстановления в течение всего срока службы.
• Отличается достаточной стойкостью к абразивному воздействию.
• Межатомное расстояние в цинкерном слое аналогично межатомному расстоянию в слое цинка, нанесённого с помощью процесса погружения в ванну.
• Наносится даже зимой при температуре от -35˚С.
• UV-стабильно, имеет благородный серый цвет.

Цинковые покрытия, вне зависимости от способа их нанесения, обладают протекторным действием только до тех пор, пока они способны активно растворяться под действием внешней коррозионной среды. Если же цинк теряет способность активно растворяться, то его катодное защитное действие снижается вплоть до полного исчезновения! Способность полимерной пленки при отверждении некоторых типов связующих блокировать растворение цинка делает невозможным протекторную защиту в таких покрытиях (в частности: полиуретановые, эпоксидные, акриловые).

Подавляющее большинство цинконаполненных материалов, представленных на Российском рынке, используются в качестве грунта в системах покрытий «грунт-финиш» или «грунт-промежуточный слой-финиш», чаще всего такие покрытия называют «холодным» цинкованием. Протекторной защитой такие составы и системы не обладают и выполняют лишь барьерные функции.

НПЦ Антикоррозионной Защиты (НПЦАЗ) разработал, запатентовал и производит цинкирующий состав «GALVANOL»®. Цинковое покрытие на его основе обладает протекторным действием, характерным для других видов цинкования, может использоваться как самостоятельное покрытие, не требует перекрытия финишными слоями.

Покрытие на основе состава «GALVANOL»® — это тонкопленочное цинковое покрытие, эффективно защищающее черные металлы от коррозии, обладающее высокими защитными свойствами, высокой адгезией к металлическим поверхностям.

Цинкирующий состав «ГАЛЬВАНОЛ»® предназначен для антикоррозионной защиты наружных и внутренних поверхностей промышленного оборудования и металлических конструкций.

Покрытие на основе состава «ГАЛЬВАНОЛ»® обеспечивает одновременно активную (катодную) и пассивную (барьерную) защиту от коррозии.

Цинкирующий состав «ГАЛЬВАНОЛ»® можно применять в таких областях, как промышленное и гражданское строительство, транспортное строительство, нефтегазовый комплекс, энергетика, объекты железных дорог и метрополитена, портовые и гидросооружения, автотранспорт.

В 2010-м году были проведены испытания ускоренными коррозионно-электрохимическими методами по результатам которых Центральный Научно-Исследовательский Институт Коррозии и Сертификации (ЦНИИКС) выдал заключение №159/67-3 от 01.12.10, что покрытие «GALVANOL»® на углеродистой стали в водных средах (морская и пресная вода) и атмосферных условиях по защитной способности не уступает или превосходит горячие цинковые.

В 2012-м году в испытательной лаборатории ОАО НПО «Лакокраспокрытие» проводились испытания покрытия с надрезом на основе состава «GALVANOL»® на стойкость к воздействию соляного тумана. Образцы с толщиной покрытия от 70 до 130 мкм простояли в камере более 1000 часов. В той же лаборатории в 2012-м году проводились испытания по ГОСТ 9.401 метод 6 (УХЛ1).

Неоспоримые преимущества цинкирующего состава «ГАЛЬВАНОЛ»®

Надежно обеспечивает долговременную протекторную (катодную) защиту черных металлов, легкость в применении (наносится любым методом, характерным для нанесения лакокрасочных покрытий: кистью, валиком, распылением и т.д.), быстрое высыхание (30 мин), нанесение при отрицательных температурах (-35°С) и повышенной влажности, ремонтопригодность, продолжительный срок службы покрытия. Состав является однокомпонентным.

Все, что нужно – это подготовить поверхность, тщательно перемешать миксером и нанести любым удобным способом!

Источник https://vmp-anticor.ru/publishing/259/359/

Источник https://xn--80aafc5bcni6j.xn--p1ai/technology/

Источник