Uplatnění anorganických zinkových nátěrů v protikorozní ochraně ocelových konstrukcí


Anorganické protikorozní nátěry

Nátěry k protikorozní ochraně ocel. konstrukcí s vysokým obsahem kovového zinkového pigmentu sférického typu (75-95% hm. v netěkavém podílu nátěru) se podle charakteru pojivové složky dělí na:

Zinkové nátěry jako samostatné vrstvy nebo v  kombinaci s vrchními organickými nátěry se používají:

První vodouředitelné formulace s dodatečným tepelným vytvrzováním na bázi sodných vodních skel existovaly již ve 40. letech min. století v Austrálii (protikorozní ochrana potrubí Morgan – Whyalla). Později v 50. letech bylo tepelné vytvrzování nahrazeno dodatečným chemickým vytvrzováním. Ještě později byly dodatečně vytvrzované ZSN nahrazeny samovolně vytvrzovatelnými formulacemi na bázi vodních skel draselných a lithných. V 60. až 70. letech byly vyvinuty rozpouštědlové samovytvrzující ZSN na bázi ethylsilikátu – výrobky USA firem Carboline (typ Carbo Zinc) a Ameron (typy Dimetcote 9 a 11).

U všech typů zinksilikátových nátěrových hmot je pojivem gel kyseliny křemičité a antikorozní pigment kovový práškový zinek, obvykle sférického typu. Jako pojivo u vodouředitelných formulací vodní skla sodná, draselná nebo lithná a u rozpouštědlových typů ethylester kyseliny křemičité (ethylsilikát).

Podle počtu dodávaných složek se dělí na: Podle způsobu vytvrzování se dělí na: Vlastní proces vytvrzování zahrnuje: Reakce samovolného vytvrzování ZSN na rozpouštědlové bázi, pojivo ethylsilikát (acidobazicky katalyzovaná hydrolýza účinkem atmosférické vlhkosti za vzniku nerozpustného křemičitého gelu):
Reakce samovolného vytvrzování ZSN na rozpouštědlové bázi, pojivo ethylsilikát

Příklad možných chemických reakcí samovytvrzování ZSN na vodní bázi, pojivo sodné vodní sklo, modul = 4 (Na2O • 4SiO2 • 24H2O):

Po úplném vytvrzení musí být ZSN zcela chemicky odolné proti působení vody, organických rozpouštědel a musí mít vyhovující mechanické vlastnosti (odolnost proti úderu, abrazi a přilnavost k podkladu).

Při vytvrzování ZSN vstupuje do struktury gelu kyseliny křemičité i Zn, popř. i Fe v adhezní mezivrstvě a výsledný zinečnato-silikátový, popř. i železnato-silikátový gel struktury typu (Me je Zn nebo Fe):
Struktura zinečnato-silikátového resp. železnato-silikátového gelu

Obecně platí, že s rostoucím plněním zinksilikátových nátěrových hmot zinkovým pigmentem se ochranná funkce nátěru zvyšuje, ale při velmi vysokém plnění (nad 90% hmotn.) dochází ke zhoršení mechanických a aplikačních vlastností nátěrů (např. náchylnost k suchému nástřiku), proto je nutné respektovat určitý kompromis. Doporučované hodnoty obsahu zinkového pigmentu jsou 80-90% hmotn. v netěkavém podílu nátěru.

Protikorozní mechanismus ochrany ZSN spočívá jednak v elektrochemickém mechanismu (podobně jako u kovových zinkových povlaků), a dále v bariérovém a filtrační mechanismu. Pro celkovou ochrannou účinnost ZSN hraje dominantní roli bariérový a filtrační princip ochrany.

Zinksilikátové nátěrové hmoty se v tloušťkách 50-90 μm využívají k dlouhodobé protikorozní ochraně ocelových konstrukcí v atmosférách o stupni agresivity C3 – C5:

ZSN se používají buď jako samostané ochranné vrstvy nebo jako základní vrstvy v kombinaci s vrchními organickými nátěry.

Mezi významné vlastnosti ZSN patří:

Kombinací zinksilikátových nátěrů s organickými vrchními nátěry dochází ke zvýšení celkové ochranné funkce, zejména při ponoru ve vodách, neutrálních roztocích a zvýšení chemické odolnosti nátěrového systému, zvýšení estetického funkce nátěrového systému popř. zvýšení teplotní odolnosti při kombinací se silikonovými tepelně vytvrzovatelnými nátěry pigmentovanými lamelárním hliníkem o cca 100 °C (tj. na cca 500 °C).

Modifikace ZSN relativně malými přídavky vhodných organických pryskyřic vede ke zlepšení některých méně příznivých vlastností ZSN při zachování jeho jedinečných vlastností (teplotní odolnost 400 °C). Dochází k výrazně lepší počáteční přilnavost i na povrchu otryskaném kulatým abrazivem (granulátem), horní toleranční mez tloušťky modifikovaných ZSN se zvýšuje na min. 200 μm oproti nemodifikovaným ZSN (130 μm).

Korozní zkoušky

Porovnávané protikorozní systémy:
Označení systémuPopis systému
Pragokor Metal EDvousložkový rozpouštědlový organicky modifikovaný ZSN Pragokor Metal E, výrobce fa. Pragochema, obsah kovového zinku v nátěru 83,4 % hmotn., na netryskaném (pouze zdrsněné obroušením brusným papírem č. 80) i otryskaném povrchu (ocel. drť), tloušťka 60 - 100 µm.
Zinakor 850Slitinový povlak nanášený žárovým stříkáním (metalizace) Zinakor 850, složení 85% zinku + 15% hliníku, na otryskaném povrchu, tloušťka 120 - 200 µm.
Epoxid/AlVysokosušinový epoxidový nátěr s typicky bariérovým pigmentem (hliníkem) s výrazně lamelární strukturou - na hladkém (pouze odmaštěném) povrchu, tloušťka 90 - 120 µm.

Drsnost podkladu po otryskání ocel. drtí: RZ = 60 – 100 μm, drsnost střední dle ČSN EN ISO 8503-1, komparátor G.

Provedené korozní zkoušky: Pragokor Metal E na netryskaném (obroušeném) povrchu - expozice ve zkoušce kondenzační s oxidem siřičitýmu

Pragokor Metal E na netryskaném (obroušeném) povrchu - expozice ve zkoušce solná mlha

Pragokor Metal E na otryskaném povrchu - expozice ve zkoušce kondenzační s oxidem siřičitým

Pragokor Metal E na otryskaném povrchu - expozice ve zkoušce solná mlha

Epoxid/Al - expozice ve zkoušce kondenzační s oxidem siřičitým

Epoxid/Al - expozice ve zkoušce solná mlha

Zinakor 850 - expozice ve zkoušce kondenzační s oxidem siřičitým

Zinakor 850 - expozice ve zkoušce solná mlha

Na rozdíl od bariérových nátěrů (Epoxid/Al) jsou ZSN a Zinakor zcela odolné proti podkorodování i katodickým puchýřům v místě poškození povlaku (vrypy k podkladu).
Nejlepší elektrochemickou ochrannou funkci v okolí vrypu vykazuje kovový zinkový povlak Zinakor, poněkud hůře je na tom Pragokor Metal E a prakticky bez ochranné funkce je Epoxid/Al.
Z hlediska povrchového napadení v obou zkouškách je epoxid/Al korozně odolnější než Zinakor i ZSN, které oba vykazují více či méně intenzivní nálet povrchové vrstvy bílé rzi (korozní produkty zinku).
V kyselých prostředích (oxid siřičitý) je ZSN poněkud méně korozně odolný (intenzivnější vrstva bílé rzi na povrchu povlaku) než Zinakor, zatímco při působení neutrálních solí (přímořské atmosféry, mořská voda) je nejodolnější Pragokor Metal E.

Ing. Karel Denk