obrOchrana kovov pred koróziou je jednou z dôležitých úloh, s ktorými sa stretáva priemyselná prax. Až 80 percent všetkých konštrukcií je vystavených atmosférickej korózii. Korózia nepredstavuje iba technický problém, ale aj ekonomický. Napriek vedomostiam o koróznych procesoch korózia spôsobuje obrovské ekonomické straty, v priemyselne vyspelých krajinách 4 až 5 % HDP ročne.

 

 

Priame korózne straty predstavujú znehodnotený konštrukčný materiál. Preto je nutné neustále zvyšovať účinnosť protikoróznej ochrany. Napriek tomu, že oceľ patrí do skupiny dávno používaných stavebných a konštrukčných materiálov, stále ostáva najdôležitejšou komoditou v súčasných technológiách a najviac používaným konštrukčným materiálom. Najbežnejším spôsobom úpravy oceľových povrchov je tvorba ochranných povlakov. Z hľadiska rozsahu použitia protikoróznej ochrany je najvýznamnejšia katódová ochrana ocele obetovanou anódou – zinkom.

Korózna aktivita kovov sa v určitom rozmedzí ich potenciálov mení. Existujú oblasti rýchleho rozpúšťania kovu, ale aj oblasti jeho stability – imunity, pasivity. Závisí to od charakteru kovu a prostredia, v ktorom sa nachádza. Elektrochemická ochrana spočíva v tom, že sa kovu vnúti potenciál, pri ktorom sa výrazne zníži jeho korózna rýchlosť, teda kov sa dostáva do imúnneho alebo pasívneho stavu. Zmena potenciálu k zápornejším hodnotám, posúva kov do stavu imunity, teda do pozície katódy – hovoríme o katódovej ochrane. Posunom k vyšším potenciálovým hodnotám je možné niektoré kovy posunúť do pasívnej oblasti – hovoríme o anódovej ochrane.

Zinok sa aplikuje na oceľ rôznymi technológiami – žiarovým zinkovaním ponorom do roztaveného zinku, galvanickou cestou alebo žiarovým nástrekom plameňom. Výsledkom snahy kombinovať pasívnu barierovú ochranu a aktívnu katodickú ochranu je celá škála náterových hmôt obohatených zinkovým prachom rozptýleným vo vhodnej spojivovej báze. Obsah zinkových častíc sa v takýchto formuláciách pohybuje okolo 55 – 67 %, teda na hranici kritickej objemovej koncentrácie pigmentu, čo závisí aj od tvaru zinkových častíc (sférický zinok, lamelárny zinok). Výnimočným náterovým systémom z tejto skupiny zinkom plnených náterových hmôt je náterová hmota Zinga.

Zinga obsahuje elektrolytický zinok s čistotou 99,995 % bez obsahu olova či kadmia. Jeho obsah v živicovej spojivovej báze je taký vysoký, že po vytvrdnutí náter pozostáva z 96 % z čistého zinku. V koróznom prostredí sa na povrchu tejto náterovej hmoty vytvára vrstva zinkových solí, ktorá tvorí bariéru proti ďalšej korózii. Okrem toho je pomocnou bariérou aj špecifické živicové spojivo.

 

Medzi silné stránky náterovej hmoty Zinga patria nasledujúce fakty:

- Zinga je jednozložkový náterový systém.

- Jednoduchá a bezpečná aplikácia (štetcom, striekaním) priamo v teréne.

- Dá sa aplikovať ako renovácia poškodených žiarovo zinkovaných povrchov.

- Nie je citlivá na nedokonale pripravený povrch (nie je nutné tryskanie, stačí odstrániť uvoľnené korózne produkty), mierna korózia podkladu ani zvýšená vlhkosť alebo mráz pri aplikácii nie sú na škodu.

- Plochy ošetrené náterom Zinga možno kedykoľvek opakovane renovovať Zingou bez rizika separácie jednotlivých vrstiev, pretože už vo veľmi krátkom čase dochádza k ich dokonalej integrácii.

- Zingový náter má sivú – zinkovú farbu, možno ho mechanicky leštiť a docieliť kovový vzhľad výrobku.

- Ak je požiadavka na konkrétny farebný odtieň konštrukcie, môže sa Zinga aplikovať ako základný náter pod ďalšie vrstvy náteru s rôznou spojivovou bázou (duplexné, triplexné náterové systémy), čím sa zvýši životnosť náterového systému až 2,5 krát.

- Zinga má výbornú priľnavosť k oceli, je veľmi flexibilná, preto odoláva praskaniu v dôsledku tepelných dilatácií podkladu, alebo mechanického poškodenia abráziou či úderom

- Katodická ochrana náteru Zinga pôsobí aj pri lokálnom mechanickom poškodení povrchu v celej hrúbke povlaku.

Uvedené vlastnosti náteru Zinga predurčujú túto výnimočnú náterovú hmotu, ktorú z hľadiska zloženia nemožno porovnávať s inými zinkom plnenými náterovými hmotami, na najnáročnejšie aplikácie určené do najagresívnejších koróznych prostredí (C4, C5-I, C5-M): mosty, zvodidlá, stĺpy elektrického vedenia, pilóty, nosníky, rúry, silá, lode, morské bóje atď. (obr. 1).

obr1m

Na overenie deklarovaných vlastností náteru Zinga bola na Katedre technológií a materiálov SjF TUKE vykonaná séria skúšobných koróznych testov. Pri testovaní bola náterová hmota Zinga aplikovaná na oceľové skúšobné panely (S235JRG2). Následne bola exponovaná v prostrediach s rôznym stupňom koróznej agresivity: v prostredí s celkovou kondenzáciou vlhkosti s obsahom SO2 a v kombinácii s UV žiarením, ponorom v prostredí posypových materiálov používaných pri zimnej údržbe komunikácií (NaCl a Solmag S), ako aj pri nízkych teplotách a po tepelných cykloch (-8 °C, 25°C).

tab1m

Predúprava povrchu substrátu pred aplikáciou povlaku Zinga bola realizovaná pneumatickým tryskaním (tlak vzduchu 0,4 MPa, vzdialenosť dýza – oceľový substrát 200 mm, abrazivo hnedý korund o zrnitosti 0,9 mm, výsledná drsnosť otryskaného substrátu: Ra = 6,18 µm, Rz = 40,31 µm). Na skúšobných vzorkách s náterom Zinga bol umelo vytvorený skúšobný rez až k oceľovému podkladu, s cieľom overiť ochrannú účinnosť zinku obsiahnutého v nátere pri jeho mechanickom poškodení.

Výsledky hodnotenia koróznej odolnosti náteru v okolí skúšobného rezu sú uvedené v tab. 2.

tab2m

Z tab. 2 je zrejmé, že miesto vrypu je „utesnené“ koróznymi produktmi zinku, ktoré bránia korózii podkladového kovu, a to po expozícii povlaku vo všetkých typoch testovaných koróznych prostredí. Nebol pozorovaný výskyt koróznych produktov oceľového podkladu.

Adhézia povlaku Zinga bola hodnotená mriežkovou skúškou (STN EN 582). Ide o vytvorenie sústavy navzájom rovnobežných rezov v celej hrúbke povlaku v dvoch na seba kolmých smeroch, následnej aplikácii špeciálnej adhéznej pásky a jej strhnutí pod uhlom 120°. Hodnotí sa poškodenie náteru v rohoch vytvorených štvorcov.

tab3m

Z tab. 3 vyplýva, že priľnavosť povlaku hodnotená mriežkovým rezom sa pri jeho expozícii nemení, zodpovedá stupňu 0, čo podľa klasifikácie poškodenia priesečníkov povlaku v zmysle STN EN 582 znamená veľmi dobrú priľnavosť, odstránenie povlaku z rezov maximálne na 5 % plochy.

Na kvantifikovanie väzobných síl povlaku k podkladu bola vykonaná i odtrhová skúška (pull-off test, ISO 4624). Výsledky pull-off testu pre náterovú hmotu Zinga exponovanú v rôznych prostrediach sú uvedené v tab. 4.

tab4m
obr2m

Na obr. 2 je grafické znázornenie zmeny adhézie povlaku po expozícii v koróznych prostrediach. Najvýraznejší pokles adhézie bol zaznamenaný po expozícii v prostredí č. 2. Z výsledkov pull-off testu vyplýva, že priľnavosť povlaku Zinga je veľmi dobrá, pretože vo väčšine prostredí nedošlo k porušeniu medzifázového rozhrania medzi substrátom a povlakom.

Napriek tomu, že povlaky zinku v závislosti od ich hrúbky dokážu chrániť oceľ desiatky rokov, rozvoj priemyslu prispel k znečisteniu atmosféry, ktoré vedie k urýchleniu rozpúšťania zinkových povlakov, k zvýšeniu koróznej rýchlosti a teda aj k skráteniu ochrany pred koróziou základného materiálu. Za účelom zvýšenia účinnosti ochranných povlakov sa na kovové povrchy aplikujú dodatočné nátery, ktoré sú voči okolitej atmosfére inertné a tvoria bariéru medzi chráneným kovovým materiálom a okolím. Organické nátery zároveň poskytujú aj dekoratívny vzhľad. Na overenie ochrannej účinnosti náteru Zinga boli experimentálne práce rozšírené o hodnotenie kvality duplexných a triplexných náterových systémov pri použití epoxidových a polyuretánových náterov. Ochranná účinnosť duplexného a triplexného povlaku bola overená na nasledujúcich náterových systémoch:

Duplexný povlak: Zinga + Sika Poxicolor Primer HE NEU (hrúbka základného náteru 70 µm, hrúbka vrchného náteru: 50 µm, celková hrúbka 120 µm)

Triplexný povlak: Zinga + Sika Poxicolor Primer HE NEU + BARIL PoluRan Duro Vite (hrúbka základného náteru 70 µm, hrúbka druhej vrstvy: 50 µm, hrúbka tretej vrstvy 80 µm, celková hrúbka 200 µm)

 

Charakteristika náterových hmôt:

Sika Poxicolor Primer HE NEU

- Dvojzložkový základný náter na oceľ a pozinkované plochy na báze epoxidových živíc s nízkym obsahom rozpúšťadiel

BARIL PoluRan Duro Vite

- Dvojzložkový pololesklý univerzálny polyuretánový náter na báze hydroxyl akrylátu a mastných izokyanátov s vysokým obsahom sušiny

 

Slabým miestom organických povlakov pri poskytovaní ochrany pred koróziou je mechanické poškodenie ich celistvosti, kde dochádza k prieniku okolitého prostredia k chránenému kovu, čo môže spôsobiť koróziu základného materiálu, resp. podkorodovanie pod náter. Preto boli na vzorkách vytvorené skúšobné rezy v zmysle normy ASTM D 1654-92. Vzhľad skúšobných rezov po expozícii v uvedených koróznych prostrediach je uvedený v tab. 5.

tab5m

Z uvedených obrázkov vyplýva, že všetky skúšobné vzorky (duplexné i triplexné povlaky) sú bez prejavov korózie v okolí skúšobného rezu. Adhézia povlakového systému sa vplyvom ich expozície v koróznych prostrediach znížila v závislosti od typu a agresivity prostredia, výraznejšia zmena bola zaznamenaná pri duplexnom systéme, obr. 3.

obr3m

Záver

Z hodnotenia koróznej odolnosti náteru Zinga pri jeho samostatnej aplikácii, ako aj pri jeho aplikácii ako základného náteru duplexných a triplexných povlakov vyplýva, že aktívnu protikoróznu úlohu v nich plní práve základný náter (Zinga). Zinga bráni korózii v mieste umelého narušenia povlaku rovnako pri jej samostatnej aplikácii, ako aj pri jej aplikácii ako základu pod duplexné a triplexné povlaky. Druhá a tretia vrstva v týchto systémoch tvorí pasívnu bariéru, prípadne plní estetickú funkciu. Náter Zinga účinne chráni oceľový podklad aj vtedy, ak je vrchný náter lokálne poškodený, ba dokonca aj pri porušení základného náteru.

Na základe celého súboru experimentálnych prác je možné v plnej miere potvrdiť výrobcom deklarované vlastnosti tohto unikátneho náteru a odporučiť ho na použitie aj v tých najťažších koróznych podmienkach.

 

Príspevok vznikol v rámci riešenia projektu KEGA č. 059TUKE-4/2012.

 

TEXT/FOTO Anna Guzanová, Janette Brezinová, KTaM, Strojnícka fakulta, Technická univerzita, Košice, František Jaš, Renojava, s. r. o., Prešov