Проблема коррозии металла — одна из «вечных» тем современной техники — приобретает особую остроту для Украины в силу большого объема выпуска металла и металлоконструкций. Одним из наиболее эффективных способов борьбы с коррозией и сохранения металлофонда является защита с помощью лакокрасочных материалов (ЛКМ).

Совершенствование лакокрасочных материалов сопровождается изменением технологии их производства и оборудования для нанесения. Среди защитных противокоррозионных покрытий все большую популярность приобретают комбинированные системы, содержащие металлизированные (на основе Zn, Al, Ni, Cr) и полимерные покрытия, что приводит к хорошим показателям долговечности металла в различных агрессивных средах эксплуатации. В данном ряду наибольшее распространение получили цинк-наполненные полимерные композиции (ЦНК), которые мы и рассмотрим подробнее.

Аргументы «за»
Использование ЦНК в силу присущего им электрохимического механизма защиты металла относится к одному из наиболее действенных способов антикоррозионной защиты, подобно цинк-металлическим покрытиям, получаемым методом горячего цинкования. Принцип действия заключается в том, что один металл (цинк) как анод расходуется для защиты другого металла (стали) как катода. При воздействии агрессивной среды или появлении поверхностного дефекта цинк начинает окисляться, предотвращая коррозию стали и «залечивая» повреждение.
Роль данного механизма, называемого протекторным, или катодной защитой, особо значительна в начальный период защиты металла. В процессе эксплуатации под воздействием влаги и кислорода в микропорах ЦНК накапливаются нерастворимые продукты коррозии цинка, и проницаемость покрытия уменьшается. Вокруг каждой частицы цинка образуются соли цинка, которые заполняют поры в покрытии, создавая защитный поверхностный слой, который препятствует проникновению влаги вглубь самого покрытия.
В действие вступает барьерный (гидроизолирующий) механизм защиты, типичный для обычных цинксодержащих ЛКМ. В процессе эксплуатации покрытия с использованием ЦНК роль барьерного механизма защиты возрастает, однако и при нарушении целостности покрытия также сохраняется возможность катодной защиты. Применение ЦНК для защиты металла рассматривается как метод холодного цинкования.

Специалисты находят несколько преимуществ покрытий с использованием ЦНК по сравнению с цинк-металлическим покрытием, т. е. полученным горячим цинкованием. В первом случае — это более медленное окисление цинка за счет изоляции его частиц оболочками пленкообразователя и продукта ми коррозии цинка.
Как следствие — более высокий срок службы при равном содержании цинка на единицу площади поверхности. Отмечается простота и удобство нанесения покрытий из ЦНК различными методами, возможность нанесения на крупногабаритные конструкции при ремонте в заводских и полевых условиях [1].
Имеется ряд преимуществ ЦНК в сравнении с традиционными ЛКМ. Это, во-первых, отсутствие интенсивной подпленочной коррозии в местах дефект ов покрытий при эксплуатации. Во-вторых, более длительный срок службы (в 2 – 4 раза) и экономичность за счет сокращения затрат на ремонт. В-третьих, повышенная устойчивость в холодном климате и к перепадам температур из-за близких значений коэффициентов температурного расширения стали и покрытия, что обусловлено большим содержанием цинка. В-четвертых, высокая пожаробезопасность за счет большого содержания металла в покрытии.
Опыт использования ЦНК свидетельствует об их высокой эффективности в различных средах эксплуатации: атмосфере промышленных городов, морской и речной воде, в технологических агрессивных средах [2,3]. Рекламные материалы утверждают, что скорость разрушения покрытий из ЦНК составляет 1– 6 мкм в год в зависимости от атмосферных условий.
В ЦНК в качестве связующих используются различные полимерные материалы. Основное требование к полимерной матрице — ее высокая щелочестойк ость, т. к. при расходовании цинкового порошка в процессе коррозии образуются комплексы гидроксидов цинка, способные разрушать такие пленкообразователи, как алкидные или масляные. На практике используются модифицированные этилсиликаты и кремнийорганические полимеры. Известны также двухкомпонентные полиуретановые и эпоксидные связующие.
Для однокомпонентных ЦНК применяют различные типы термопластичных полимеров. Как особо перспективные надо отметить связующие на основе хлоркаучука и эпоксидных смол. Они характеризуются наиболее широким диапазоном возможных условий эксплуатации, устойчивы к воздействию нефти, светлых нефтепродуктов, растворов солей, кислот и щелочей.
К достоинствам эпоксидных ЦНК можно отнести повышенные вязкость и тиксотропные свойства, что снижает скорость осаждения порошка цинка в процессе окрашивания и позволяет получать слои большей толщины.
Защитные свойства ЦНК в значительной степени определяются качеством порошка цинка. Отмечают важность большой концентрации металлического цинка, высокой его дисперсности, малого количества примесных металлов. В целом, чем выше содержание цинка, тем ближе электрохимическое поведение ЦНК к цинковым металлическим поверхностям и тем выше уровень протекторной защиты. В полимерных композициях необходимо использовать цинк с минимальным содержанием оксида цинка, железа, свинца, меди с частицами от 2 до 12 мкм.
Одним из перспективных исследований в области протекторных грунтов является возможность использования в рецептурах наночастиц цинка, обладающих достаточно высокой электропроводимостью, вместо цинкового порошка, что позволяет снизить толщину и улучшить механические свойства покрытия.
Для обеспечения проводящего слоя и катодной защиты ЦНК должна содержать до 94% чистой цинковой пудры с размером частиц 12 – 15 мкм (частицы имеют шаровидную форму) или не менее 88% атомизированной цинковой пудры с размером частиц 3 – 5 мкм.

Рынок
За рубежом выпускается несколько довольно «раскрученных» материалов подобного типа. Это грунт компании Feidal, наносимый толщиной до 70 – 80 мкм в один слой. Он входит в систему покрытия с общей толщиной сухого слоя 240 – 280 мкм и используется для ветроэнергетических установок. Подобное покрытие обеспечивает защиту металла на период свыше 15 лет.
Особо настойчиво и широко рекламируется «уникальность» защиты черных металлов тонкопленочным покрытием Zinga, которое выпускает компания Zingametall (Бельгия). Это однокомпонентный состав, состоящий из атомизированного цинка чистотой 99,995%, термопластичного связующего и растворителей.
Производители отмечают его высокую стойкость к механическим и деформационным воздействиям. Срок службы Zinga, как указано в рекламных материалах, зависит от толщины покрытия и условий эксплуатации. При толщине покрытия 60 мкм разработчики гарантируют эффективность защиты металлоконструкций до 20 лет в сельской местности и до 10 лет в загрязненных и прибрежных районах.
Oднокомпонентные ЦНК выпускаются компаниями Тikkurila (Финляндия) и International Protective Coatings (Великобритания). Однокомпонентные цинк-эпоксиэфирные покрытия этих производителей обеспечивают антикоррозионную стойкость стальных поверхностей, имеют хорошую абразивную устойчивость, чем сводят к минимуму механические повреждения.
Рекламные материалы данных компаний дают информацию, что ЦНК заменяют гальванизацию, работают как пассивная катодная защита и антикоррозионное покрытие одновременно, а также имеют температурную стойкость до 150 оC. К недостаткам подобных продуктов следует отнести невысокий сух ой остаток (50 – 60%) и повышенное время высыхания до нанесения последующего слоя (свыше 48 часов).
Ряд производителей современных ЛКМ в России выпускает ЦНК в больших объемах. Это НПП «Высокодисперсные металлические порошки» (г. Екатеринбург), АО «Пигмент» (г. Санкт-Петербург), ООО «Краски-БЭП» (г. Санкт-Петербург). Не случайно, что такие базовые отрасли российской промышленности, как железнодорожный транспорт, нефтяная, производство труб, железобетонные конструкции, автомобилестроение, защита внутренней поверхности емкостей и оборудования в системе централизованного холодного и горячего водоснабжения, в свои нормативные документы ввели антикоррозионную защиту стальных поверхностей цинк-наполненными составами.

Российские производители прогнозируют следующие сроки службы систем защиты в различных условиях эксплуатации:
• в условно-чистой атмосфере — не менее 20 лет;
• в промышленной атмосфере — 10 – 20 лет;
• в пресной и морской воде — 10 – 12 лет;
• для хранения нефти и нефтепродуктов — 8 – 12 лет.

Несмотря на то что ЦНК как тип материалов известен продолжительное время и активно рекламируется компаниями, импортирующими продукцию мировых лидеров ЛКМ, объем их выпуска и потребления в Украине невелик. Только несколько компаний пытаются выпускать и импортировать ЦНК.
Одна из них — ООО «Пенталак» (г.Шостка), производящее цинк-полиуретановую композицию на основе высокодисперсного порошка цинка и полиуретанового лака с добавлением отвердителя. Покрытие естественной сушки требует введения отвердителя при непрерывном перемешивании состава, имеет небольшой индукционный период перед применением (до 30 минут) и обладает небольшим гарантийным сроком хранения (до 4 месяцев).
Институт химии высокомолекулярных соединений НАН Украины (ИХВС, г. Киев) предлагает свои разработки ЦНК на основе полиуретановых и эпоксидных связующих и высокодисперсного порошка цинка для промышленного внедрения. В таблице приведены основные характеристики ЦНК в сравнении с российскими аналогами производства НПП «Высокодисперсные металлические порошки» (г. Екатеринбург).
Предлагаемые ЦНК отечественного производства по своим характеристикам не уступают зарубежным аналогам и могут быть использованы на рынке Украины. Резюмируя свойства ЦНК, отметим, что они относятся к классу протекторных грунтовок. Их отличительной особенностью является высокое содержание металлического цинка в покрытии (от 80 до 96 % мас.), благодаря чему при проникновении коррозионной среды в защищаемую поверхность ЦНК обеспечивают протекторную защиту стали по типу гальванических горячеоцинкованых покрытий.

Завершая анализ рекламно-технической информации заметим, что в зарубежной практике ЦНК используются очень широко. Они давно являются обычными регламентированными международными и национальными стандартными элементами системы покрытий для долговременной защиты металлоконструкций в различных условиях: в атмосфере, водных средах, нефтепродуктах.
Материалы для холодного цинкования во многих случаях могут служить адекватной, а часто и более эффективной заменой традиционно применяемо го метода горячего цинкования, использование которого для крупногабаритных конструкций трудноосуществимо и экономически невыгодно.

Список литературы
1. Фришберг И. В., Субботина О. Ю., Павлюкова О. Н. «Новые отечественные цинк-наполненные материалы», Промышленная окраска.— 2003. — №1, с. 8 – 15
2. Гавриш Н. М., Кривошапкин В. Б., Сафонов А. А. «Применение комбинированных металлизационнолакокрасочных покрытий», Цветная металлургия. — 1986. — №1, с. 61 – 64
3. Максимов Н. Н., Большаков Г. В. «Антикоррозионная защита зданий, сооружений и оборудования в сильноагрессивных средах. Обзорная информация», М.: ЦБНТИ. — 1983. — Вып. 1, с. 35.

Журнал Полимеры-Деньги