ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ РЖАВЧИНЫ

Статьи/ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ РЖАВЧИНЫ

Коррозия в наши дни стала одним из факторов, тормозящих экономическое развитие. По мнению некоторых аналитиков, прямой ущерб, причиняемый коррозией России, близок к 3% годового бюджета. Поэтому одной из важнейших задач экономики является профилактика коррозионных повреждений, для чего активно используются преобразователи ржавчины.

Особая группа материалов

Коррозия - это химическое взаимодействие металлических изделий с той средой, в которой они эксплуатируются (в статье речь пойдет только о черных металлах). Вещество, в которое превращается черный металл под воздействием атмосферы, называют ржавчиной. Изделие при этом теряет прочность.

Коррозию изделий из черных металлов, особенно стальных строительных конструкций (ССК), предотвращают окрашиванием. Это наиболее распространенный способ защиты стальных изделий от коррозии. Одним из главных условий создания надежной противокоррозионной защиты с помощью лакокрасочных материалов (ЛКМ) является высококачественная подготовка поверхности металла к окрашиванию, что включает в себя полное удаление ржавчины, грязи с последующим обезжириванием и высушиванием. Окрашивать же прокорродировавший металл, который представляют собой ССК после непродолжительного срока эксплуатации, - выбрасывать краски и трудовые затраты на ветер, поскольку срок службы лакокрасочного покрытия (ЛКП) на ржавой поверхности в разы меньше, чем на поверхности, очищенной от ржавчины.

Подготовка к окрашиванию - очень трудоемкая, сложная, во многих случаях просто невыполнимая операция. Затраты на необходимую степень очистки от ржавчины нередко достигают половины всех расходов на окрашивание. В целях преодоления этих затруднений были изобретены средства, с помощью которых стало возможным окрашивать прокорродировавшие изделия без предварительного тщательного удаления ржавчины. Такие средства получили название преобразователей ржавчины (ПР).

Первые ПР появились в США в 40-х гг. прошлого века, а в 60-х гг. они были изобретены и в СССР. Уже в 80-х гг. ПР стали обширной по ассортименту и многотоннажной группой специальных средств для обработки прокорродировавшей поверхности изделий самого разнообразного назначения, были включены во многие ГОСТы, ОСТы, инструкции, рекомендации, руководства (См., например: ГОСТ 9.025-74 СЗКС "Покрытия лакокрасочные. Подготовка металлических поверхностей перед окраской"; Рекомендации по применению преобразователей ржавчины при ремонте сельскохозяйственной техники. М.: Издательство "Союзсельхозтехника" Совета Министров СССР, 1975; Инструкция по антикоррозионной защите металлоконструкций сельхоззданий с применением преобразователей ржавчины под лакокрасочные покрытия. ВСН-65-48-77. М.: Издательство Министерства промышленного строительства СССР, 1977.). С их помощью были окрашены уникальные изделия, например первый советский супертанкер, крупнейшие строительные металлоконструкции, высотные трубы и т.п. В настоящее время автору известно около 30 ПР, производимых отечественными предприятиями. Ввозится в Россию немало зарубежных ПР.

Не следует полагать, что ПР можно обрабатывать изделия с любой степенью коррозионного повреждения. Для оценки возможностей использования ПР разработан международный стандарт ИСО 8501-1, который принят и в нашей стране. В соответствии с требованиями этого стандарта перед использованием ПР с поверхности металла должны быть удалены слабопристающая ржавчина (другое название - пластовая ржавчина), видимые следы смазок, остатки предыдущего лакокрасочного покрытия, грязь.

Такое удаление называют легкой очисткой до степени Sa1. Производят ее с помощью ручного или механизированного инструмента, гидроабразивным способом. А для того чтобы поверхность изделия была пригодна для окрашивания без использования ПР, ее надо очистить до степени Sa3 - визуально чистого металла. Осуществить такую очистку значительно сложнее, а иногда и вообще невозможно.

Ниже представлен обзор ныне используемых в России ПР. Автор заранее приносит извинения за то, что объем информации о разных ПР весьма различен. Это объясняется не небрежностью, а тем, что разработчики ПР не очень щедро делятся сведениями о своих составах. Автор просит прощения и у тех разработчиков, чьи ПР из-за ограниченности объема статьи, а не по причине, как можно подумать, их "второсортности", не упомянуты на страницах журнала. В целях предотвращения "разбухания" статьи автор, если нет особых обстоятельств, не описывает технологии использования ПР, так как они однотипны.

Поскольку в одной лишь России к настоящему времени разработано несколько десятков ПР, целесообразно разделить их на четыре группы, представители которых различаются рядом существенных свойств.

Простые преобразователи

Представителей первой группы называют собственно преобразователями ржавчины.

С химической точки зрения ржавчина представляет собой смесь оксидов и гидроксидов двух- и трехвалентного железа. Эти вещества, образуясь на поверхности черного металла, ускоряют процесс коррозии.

Примечание. Преобразователи ржавчины представляют собой смеси веществ, под воздействием которых компоненты ржавчины превращаются в химические соединения, тормозящие процесс коррозии.

Наиболее широко для торможения коррозии используют смеси, основным компонентом которых является фосфорная кислота (ФК). Реагируя со ржавчиной, она образует соли - фосфаты железа, которые приостанавливают процессы окисления металлов за счет проявления электроизоляционных свойств и не позволяют возникать коррозионным токам и их следствию - электрохимической коррозии. Наряду с этим фосфатная пленка обеспечивает более высокую адгезионную прочность сформированного на ней ЛКП. Таким образом, ПР подготавливает поверхность металла к окрашиванию без механических способов удаления ржавчины.

До недавнего времени в России предлагались ПР этой группы, представлявшие собой просто водные растворы ФК. Однако такие ПР, проявив заданное воздействие на ржавчину и образовав фосфатное покрытие, впоследствии оказались вредными, поскольку ФК в небольших концентрациях является не пассиватором, а активатором коррозии. Поэтому с изделий, обработанных ФК, необходимо смывать остатки кислоты водой, что неудобно.

Для частичного устранения данного недостатка было предложено добавлять к раствору ФК оксид цинка в количествах, достаточных для образования лишь монозамещенного фосфата цинка, но с превращением в эту соль всей ФК.

Дальнейшим развитием обозначенного направления стало введение в такой раствор для повышения смачивающей способности поверхностно-активных веществ, других компонентов, помогающих преобразованию ржавчины. Именно такие сложные составы сейчас формируют основную часть ассортимента ПР в России.

"НОТЕХ-К" (от "новые технологии"). Такое название имеет научно-производственное предприятие, разработавшее и производящее этот ПР. Изготовлен он на основе водного раствора кислых фосфатов цинка, анодного ингибитора коррозии, других компонентов. Этот ПР рекомендован Межведомственной комиссией при Центральном научно-исследовательском институте конструкционных материалов "Прометей" (г. Санкт-Петербург) к применению в судостроении и судоремонте для защиты от коррозии труднодоступных изделий внутри судна и надводных конструкций, причем степень очистки должна быть S+2. Если же окрашивать металл без использования "НОТЕХ-К", то степень очистки должна быть Sa 21/2, что потребует очень тщательной очистки, выполнить которую значительно сложнее и намного дороже. А рекомендации "Прометея" стоят многого, поскольку это головной институт России по разработке металлов для судостроения и защите их от коррозии.

"Панцирь-Универсал". Этот ПР также изготовлен на основе кислых фосфатов цинка и рекомендован ЦНИИ "Прометей" для использования при строительстве и ремонте судов. Научно-исследовательский институт проблем хранения ("Росрезерв", г. Москва) внес его в нормативные документы, регламентирующие технологию защиты от коррозии внутренних поверхностей резервуаров, предназначаемых для хранения нефтепродуктов, а Центральный научно-исследовательский институт "Проект-стальконструкция", г. Москва, рекомендует "Панцирь-Универсал" для защиты от коррозии строительных металлоконструкций.

Сравнительно многочисленная группа ПР предназначена преимущественно для защиты от коррозии автомобилей. Применяют эти ПР как службы автосервиса, так и непосредственно владельцы автомашин. Примером таких ПР являются "Надежда", "Преобразователь ржавчины" (гель), "Состав для преобразования ржавчины "Кронос", "Химмед" и ряд других.

Два в одном

ПР, которые образуют на поверхности металла фосфатное покрытие, хотя и эффективнее тех, что требуют смывания водой, все же в полной мере не удовлетворяют лакокрасочников, поскольку изделия, обработанные ими, перед окрашиванием требуется грунтовать специальными грунтовками.

С целью преодоления этого недостатка были разработаны так называемые грунтовки - преобразователи ржавчины (ГПР). Эти средства преобразуют ржавчину так же, как вышеописанные ПР, но дополнительно они формируют на поверхности обработанного ими изделия слой грунта, пригодный для окрашивания традиционными лакокрасочными материалами.

Первой ГПР в России в хронологическом плане является ВД-ВА-01 ГИСИ. Аббревиатура раскрывается как водно-дисперсионная, винилацетатная грунтовка (на основе поливинилацетатной дисперсии), 01 - символ грунтовок в соответствии с ГОСТ 9825-73 "Материалы лакокрасочные. Классификация и обозначения", ГИСИ - Горьковский инженерно-строительный институт. В этом институте (ныне - Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет) и была разработана данная ГПР, которая породила шлейф подобных ей средств. К их числу относятся, например, ВД-ВА-02 ГИСИ, ВД-ВА-013 ЖТ, ВД-ВА-0112.

При использовании ВД-ВА-01 ГИСИ было обнаружено, что срок службы ЛКП, сформированного на грунте, образованном ею, заметно выше, чем того же ЛКП, сформированного на очищенной поверхности. Данное явление получило название "парадокс ГПР". В настоящей статье нет возможности рассмотреть все стороны этого явления, отметим лишь, что факторами, способствующими возникновению данного эффекта, являются снижение внутренних напряжений в покрытиях, формирующихся на эластичной подложке, и повышение междуслойной адгезионной прочности. (Известно, что, если ЛКП формируется на эластичной подложке, в нем возникают значительно меньшие внутренние напряжения, чем в таком же покрытии, сформированном на жесткой стальной подложке.)

Поскольку ВД-ВА-01 ГИСИ по совокупности свойств является наиболее эффективной среди аналогичных ГПР и ее производство восстанавливается в промышленных масштабах, рассмотрим ее функции. Процесс преобразования ржавчины начинает фосфорная кислота, превращая оксиды и гидроксиды железа в фосфаты. Под действием желтой и красной кровяных солей эти фосфаты превращаются в берлинскую лазурь и турнбуллеву синь - вещества, обладающие большим защитным эффектом. Наряду с этим они придают пленке грунта красивую синюю окраску. По скорости образования данной окраски и ее глубине можно визуально судить о процессе преобразования.

Примечание. После обработки поверхности обычным преобразователем ржавчины необходимо прогрунтовать. Используя грунтовки - преобразователи ржавчины, металл можно подготовить к окрашиванию в один прием.

Вспомогательные вещества ОП-7 или ОП-10, будучи введенными в ВД-ВА-01 ГИСИ:

увеличивают пенетрацию в поры ржавчины;
способствуют эмульгированию жировых пленок, если они имеются на ржавой поверхности, обусловливая тем самым повышенную адгезию;
проявляют ингибирующие свойства, хотя и невысокие.

Этилсиликат-32 выполняет функцию вещества, повышающего водостойкость пленки грунта, образующейся из ВД-ВА-01 ГИСИ. Такое свойство он проявляет потому, что под воздействием фосфорной кислоты превращается в наночастицы диоксида кремния, которые "сшивают" линейные макромолекулы поливинилового спирта - того компонента ПВАД, который, будучи растворимым в воде, предопределяет низкую водостойкость грунта.

Поскольку описанная композиция нестабильна во времени из-за того, что фосфорная кислота реагирует и с кровяными солями, и с этилсиликатом-32, ее приходится изготавливать в двухупаковочном варианте: в одной упаковке - фосфорная кислота, в другой, называемой основой, - все остальное. Смешивают основу с фосфорной кислотой непосредственно перед употреблением. Жизнеспособность смеси - от трех до пяти суток в зависимости от температуры воздуха.

Наносить данную смесь на ржавую поверхность можно распылителем, валиком, но лучше всего - кистью.

Учитывая эффективность этой ГПР, она, наряду с ВД-ВА-0112, была рекомендована Межведомственной комиссией по испытанию ЛКМ, созданной Регистром СССР, для обработки ржавых стальных конструкций, не имеющих прямого контакта с водой, пищевыми грузами на строящихся и ремонтируемых судах Министерства морского флота, Министерства речного флота и Министерства рыбного хозяйства СССР. Применение этих ГПР было согласовано с Минздравом СССР.

Развитием ГПР, пленкообразователем в которых является ПВАД, стало создание материалов, в которых преобразующим компонентом является портландцемент. Предпосылкой для таких разработок послужили наблюдения за поведением стальной арматуры в железобетоне: ржавчина на стали в цементной матрице постепенно исчезает.

И в России, и за рубежом появилось несколько патентов на ГПР на основе ПВАД и цемента.

Краски по ржавчине

Третьей разновидностью ПР являются материалы, которые представляют собой обычные ЛКМ, в состав которых введены жидкие ингибиторы коррозии. При окрашивании ржавого изделия эти вещества диффундируют сквозь ржавчину до металла и пассивируют его. Коррозия затормаживается. ЛКМ выбирается такой, чтобы он проникал в ржавчину, проклеивал ее и образовывал покрытие.

Называть такие материалы ПР не совсем корректно, для них предложено другое название - "пропитки с ингибирующим эффектом". Они очень просты в изготовлении, поэтому в настоящее время в России их ассортимент весьма широк. По суммарному объему производства они стоят на первом месте.

Примерами таких материалов являются "ГРЕМИРУСТ", "ДЕКОР", "ИНКОР", "КОРНИКА", "КОРРНЕТ", "ЭП-0199", "ЭП-0199М". В них в качестве пленкообразователя использована низковязкая эпоксидная смола, отверждаемая аминным отвердителем.

"ГРУНТ-КРАСКА ЭПОКСИДНАЯ ЭП-ФЛЭКС". Заметное отличие этого материала от вышеназванных - повышенные (до 150 град. Цельсия) теплостойкость и термостабильность покрытий из него, обусловленные использованием кремнийорганического отвердителя.

"ГРУНТ-ЭМАЛЬ ПФ-100" - материал на основе пентафталевого полимера.

"UR-108", "UR-140" - материалы на основе полиуретанов. Несмотря на использование латиницы в названии, это российские продукты.

"РЖАВОЕД-ЭКСТРИМ". Предназначен для применения в экстремальных условиях: при отрицательной температуре и под водой. Если поверхность, подлежащая обработке этим материалом, сильно загрязнена жиром, покрыта инеем, то ее предварительно обрабатывают спреем "РЖАВОЕД-ПРАЙМЕР".

"ВИНИКОР-О61" предназначен для обработки поверхности черного металла со степенью подготовки S+3 (остатки ржавчины толщиной до 30 мкм) при температуре от -10 до +35 град. Цельсия.

"АСМОЛ". Этот материал представляет собой мастику на основе асфальтосмолистого олигомера, кубового остатка от регенерации диметилформамида и ряда других веществ. Наносят его на поверхность в виде расплава. Наиболее важное отличие "АСМОЛА" от других средств аналогичного назначения - способность предотвращать развитие стресс-коррозии (коррозионное растрескивание металла под напряжением) - одного из наиболее опасных видов коррозии для магистральных газопроводов.

"ГРУНТ-АДГЕЗИВ "ВЕКТОР-1025", хотя и разработан для грунтования поверхности трубопроводов под пенополиуретановую теплоизоляцию, может быть использован и в качестве подслоя под различные лакокрасочные покрытия, формируемые на изделиях различного назначения. Использовать его можно при отрицательной (не ниже -10 град. Цельсия) температуре. Основой "ВЕКТОРА-1025" является пенополиуретан.

Примечание. В настоящее время чуть ли не каждый лакокрасочный завод в России производит или готовится производить пропитки-ингибиторы коррозии. Поэтому данная группа средств борьбы с коррозией быстро увеличивается.

Не вполне преобразователи

Особой группой ПР являются композиции (смеси), в составе которых есть танин. Воздействие таких ПР на ржавчину основано на способности танина образовывать с ионами железа прочные комплексные химические соединения. Вследствие этого ржавчина перестает быть активатором коррозии. (Небезынтересно отметить, что способность танина тормозить коррозию была замечена много лет назад земледельцами: орудия обработки почвы, находившиеся в торфяниках, не ржавели. А потом ученые установили, что причиной этого был танин, который присутствует в торфе.)

В настоящее время на основе танина производится ПР ИФХАН-58ПР, разработанный в Институте физической химии РАН. Поскольку в нем нет кислот, его рекомендуют использовать в первую очередь при обработке ржавой стальной арматуры для железобетона: он не снижает ее сцепления с цементной матрицей.

Разработан на основе танина и ряд других ПР, но в промышленных объемах они в настоящее время не производятся. Поскольку таниновые ПР фактически ржавчину не преобразуют, а лишь препятствуют развитию коррозионного процесса, то есть стабилизируют ее, их было предложено называть не ПР, а стабилизаторами ржавчины. Но это "более справедливое" название пока не "стабилизировалось".

Наряду с ПР, в которых действующим веществом является лишь танин, разрабатываются композиции, в которые дополнительно введена фосфорная кислота. Примером такой композиции является ПР-1, представляющий собой водный раствор продукта взаимодействия ФК с оксидом цинка, к которому добавлены танин и ингибиторы коррозии.

Еще одним видом ПР являются ПИНСы (аббревиатура от "пленкообразующие ингибированные нефтяные составы"). Они представляют собой композиции, состоящие из пленкообразующих компонентов - нефтеполимерной смолы или консистентного нефтепродукта, растворителя, ингибитора коррозии и ряда других функциональных добавок.

Среди последних особая роль отводится веществам, обеспечивающим высокую влагоемкость ПИНСов в момент использования, что позволяет применять их для нанесения на влажные поверхности. Впитав воду и осушив таким образом поверхность, ПИНС отдает ее при эксплуатации покрытия.

Еще одним видом функциональных добавок являются пенетранты, благодаря которым ПИНСы проникают в микропоры, имеющиеся в ржавчине.

Однако при использовании ПИНСов следует учитывать, что образуемые ими покрытия - мягкие, могут продавливаться. Потому при защите, например, строительных металлоконструкций рекомендуется обрабатывать ПИНСами лишь участки выше человеческого роста. Этот недостаток компенсируется простотой ремонта: повреждения легко "залатать", поскольку ПИНСы термопластичны и могут за счет подрастворения совмещаться с новой порцией состава.

Одним из первых направлений использования ПИНСов была защита от коррозии труднодоступных узлов автомобиля. МОВИЛЬ - наиболее яркий и известный представитель ПИНСов этого направления.

Были разработаны ПИНСы, предназначенные для защиты от коррозии стальных строительных конструкций. Это НГ-216А, НГ-216Б, НГ-222А, НТ-222АФ, ИНГИБИТ-С, ИФХАН-29А, КАБИНОР, КОРМИН, МАЯКОР, МОБИН-4, ОРЕМИН и ряд других.

Вышеперечисленные ПИНСы являются системами, в которых есть органический растворитель. В последние годы разрабатываются ПИНСы, в которых он полностью или частично заменен на воду. Они получили название ингибированных водно-восковых составов (ИВВС). Их примеры: АКВАМИН, ГЕРОН, ИВВС-760М, ПРИМ-БОДИ, РОСОЙЛ-ИВВС, ПРИМ АНТИГРАВИЙ W. Последний материал предназначен для защиты не только от коррозии, но и от воздействия абразивов, например, днищ автомибилей. Он проявляет высокую адгезию к ржавым и окрашенным изделиям, а покрытие, образованное им, может быть, в свою очередь, окрашено после высыхания.

Новым направлением в развитии ПИНСов является введение в их состав цинкового порошка и графита. Как известно, цинк, будучи введенным в ЛКМ, придает покрытиям из него антикоррозийно-протекторные свойства. Однако традиционные цинкнаполненные ЛКМ обладают рядом недостатков, в частности необходимостью введения в них больших, вплоть до 95 массовых долей, количеств цинка. ПИНСы проявляют протекторные свойства и при 75%-ном наполнении цинком.

Установлена еще одна возможность снизить содержание цинка в ПИНСах - частичная замена этого металла графитовой пылью. Благодаря высокой электрической проводимости графита удается сохранить протекторный эффект и с 60%-ной концентрацией цинка при наличии 4% графитовой пыли.

Нельзя не упомянуть о том, что ПИНСы производят и за рубежом, причем некоторые из них, например ДИНИТРОЛ, выпускаемый шведской компанией "ДИНОЛ", в больших количествах используется в России для защиты автомобилей.

Автор:		В.А.Войтович
		К. т. н., заместитель генерального директора Нижегородского регионального центра наноиндустрии

Источник:		Журнал "Руководитель строительной организации", 2011, N 6

Опубликовано 12.11.2011

последние изменения от 12.11.2011

При использовании материалов данной статьи ссылка на сайт обязательна.

Нижегородские строители

Статьи/ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ РЖАВЧИНЫ