ПРОТЕКТОРНЫЕ ГРУНТОВКИ С ЦИНКОВЫМИ ХЛОПЬЯМИ (ZN-FLAKE) И ЦИНКОВОЙ ПЫЛЬЮ (ZN-DUST) – СОВРЕМЕННАЯ АЛЬТЕРНАТИВА ГРУНТОВКАМ, ВЫСОКОНАПОЛНЕННЫМ ЦИНКОВОЙ ПЫЛЬЮ (ZN-DUST)

к.х.н. Круба Л.Э., технический консультант фирмы Эккарт, Швейцария; (techconsulting2012@gmail.com)

 Цинковая пыль (Zn-Dust) уже более 60-ти лет используется в рецептурах высоконаполненных грунтовок (80-90%) для протекторной защиты металла от коррозии. Цинковую пыль получают методом конденсации из расплава в инертной атмосфере, что и определяет ее четкую сферическую форму частиц (Рис. 1а). Покрытия на основе цинка являются электропроводными, их протекторная защита определяется количеством электрических контактов между частицами цинка. Сферические частицы цинка имеют только единичный контакт между собой, поэтому, чтобы получить покрытие с высокой протекторной (катодной) защитой нужно иметь очень высокую концентрацию цинка в покрытии (80-90 %). Уменьшение в рецептурах содержания цинка до 75 % приводит к снижению их электропроводности, т.е. ухудшению их протекторной защиты.

Грунтовки с цинковой пылью (Zn-Dust) должны быть обязательно высоконаполненными, тогда множественные столкновения между частицами сферического цинка приведут к хорошей протекторной защите покрытий. Но из-за высокого наполнения такие покрытия имеет целый ряд существенных недостатков: пористость, плохие физико - механические и адгезионные свойства, образование белой коррозии (потери цинка) на поверхности и др.

Цинковые хлопья (Zn-Flake)- пигмент достаточно молодой - производится фирмой Эккарт немногим более 20 лет. Его производство - 2-х стадийное: сначала слитки чистого электролитического цинка (25 кг) с высоким содержанием цинка (99,995% Zn) расплавляются с одновременным распылением из расплава на воздухе. Затем полученные частицы цинка перемалываются в шаровых мельницах в присутствии смазки до плоского состояния и нужного размера (Рис. 1, б). Размером пластинчатого цинка (d= 50) считается его длина, которая может составлять составляет от 10-50 мкм в зависимости от марки пигмента. Толщина частиц цинка составляет примерно - 100-200 нм. Пластинчатая форма частиц нового цинка определяет его удельную поверхность, которая 4-5 раз (1,0-1,25 м2/г) выше, чем у сферического цинка, а также возможность многократных контактов частиц между собой.

Рис.1. Сферическая форма частиц цинковой пыли (Zn-Dust)- (а) и пластинчатая – цинковых хлопьев (Zn-Flake)- (б) под микроскопом

 Появление пластинчатого цинка (Zn-Flake) - стало началом новых разработок протекторных материалов, в частности, на основе 2-х цинков: сферического (Zn-Dust) и пластинчатого (Zn-Flake). Использование 2-х цинков с различной структурой поверхности (сферической и пластинчатой) для получения протекторных покрытий имеет целый ряд неоспоримых преимуществ перед материалами, высоконаполненными цинковой пылью.

ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ПРОТЕКТОРНЫХ ГРУНТОВОК НА  ОСНОВЕ: ZN-FLAKE + ZN-DUST

 С помощью метода электронной спектроскопии установлен механизм протекторной защиты покрытий на основе сферического цинка и смесевого варианта: Zn-flake + Zn- dust (Рис.2 а, б)

Рис.2. Разрез покрытия 1-К полиуретановой грунтовки, наполненной цинковой пылью- 80% (а) и (Zn-flake -15% + Zn-dust 15%)- (б)

 Для цинковой пыли (Рис. 2, а) протекторная защита определяется количеством единичных электрических контактов между частицами цинка, т.е. здесь требуется высокая степень наполнения цинком. В случае использования 2-х цинков число возможных электрических контактов в покрытии возрастает в 3 раза: между Zn flake/Zn flake, Zn flake/Zn dust, Zn dust/Zn dust (Рис. 2 б). При этом варианте можно получить покрытия с высокой протекторной защитой при более низком содержании 2-х цинков.

1. Данный синергетический эффект 2-х цинков позволил существенно снизить содержание общего цинка в рецептуре до 35-40% и получить при этом высокие протекторные свойства покрытий.

2. Существенную роль в понимании этого механизма играет именно различная форма 2-х цинков: сферический цинк (3-5 мкм) имеет очень низкую удельную поверхность: 0,25 м2/г, а пластинчатый цинк: 1,0 -1,25 м2/г, что в 4-5 раз выше. Так, при одинаковом содержании цинка в покрытии: 15% Zn flake + 15% Zn dust - количество пластинчатого цинка значительно превосходит количество сферического (Рис.2 б).

3. При разработке различных типов покрытий было установлено, что оптимальное содержание 2-х цинков в рецептуре, при котором наблюдается высокая протекторная защита покрытий, составляет примерно 35-40%, примерно: (Zn flake 15% + Zn-dust 25%). Это было подтверждено разработками грунтовок на основе: 1-К и 2-К полиуретановых, 1-К эпоксиэфирных, 2-К эпоксидных, 2-К этилсиликатных и др.

4. Грунтовочные покрытия (Zn flake 15% + Zn-dust 25%) толщиной 80-90 мкм обладают высокой протекторной защитой: выдерживают в камере солевого тумана более 1440 часов без признаков коррозии в разрезе и на поверхности.

5. Барьерный эффект, который осуществляют цинковые хлопья (Zn-Flake), позволяет получить плотную непористую структуру покрытий. Благодаря этому эффекту, не происходит «вытекание» цинка из покрытия в камере солевого тумана и образование «белой коррозии» на поверхности покрытий при их эксплуатации в атмосфере.

6. Отсутствие «белой коррозии» на поверхности, позволяет использование грунтовок без перекрытия верхними слоями, т.е. при необходимости возможно получение покрытий типа: грунт-эмаль, например на основе 1-К Эпоксиэфирного, 2-К Этилсиликатного связующих. (Грунтовочные покрытия на цинковой пыли из-за вытекающей «белой коррозии» обязательно перекрываться верхними слоями)

7. Удешевление рецептур на 2-х цинках происходит за счет:

• снижения содержания цинковой пыли (Zn-dust) в рецептуре: до 25 мас. %

• низкого содержания цинковых хлопьев (Zn flake): 12-15 мас. %

• использования дешевых наполнителей

• существенного различия в плотности грунтовок: на 2-х цинках- 1,5-1,7 г/см3; с цинковой пылью: 2,5-2,7 г/см3; расход грунтовки на 2-х цинках в несколько раз ниже, чем для грунтовок с цинковой пылью

8. Улучшение физико-механических и адгезионных свойств покрытий: сферические частицы придают покрытиям твердость, а пластинчатые – эластичность.

РАЗРАБОТАННЫЕ ПРОТЕКТОРНЫЕ ГРУНТОВКИ НА ОСНОВЕ: ZN-FLAKE + ZN-DUST, ОСНОВНЫЕ ОБЛАСТИ  ПРИМЕНЕНИЯ

 1. Грунтовки в системах покрытий для долговременной защиты металла, металлоконструкций и мостов: 2-К эпоксидные, 1-К полиуретановые; 1-К эпоксиэфирные

2. Тонкие грунтовки (Shop Primer, 15-20 мкм) для консервационной (временной) защиты металла и последующей сварки: 2-К этилсиликатные; 1-К полиуретановые

3. Грунтовки для спреев: авторемонтный вариант, бытовое назначение: 1-К эпоксиэфирные др.

4. Сверхтонкие грунтовки (8 -10 мкм) для окраски резьбовых и других крепежных элементов по ДИП - СПИН ТЕХНОЛОГИИ (DIP SPIN TECHNOLOGY)

5. Порошковые грунтовочные покрытия для защиты различных металлических поверхностей: полиэфирные, 2-К эпоксидные

С 2004 года в России, Украине, Белоруссии используются рецептуры протекторных грунтовок на основе сферического и пластинчатого цинка взамен грунтовок, высоконаполненных цинковой пылью.

За этот период при нашей поддержке разработаны грунтовки на базе: эпоксидного (2-К), эпоксиэфирного (1-К), полиуретанового (1-К и 2-К), этилсиликатного (2-К), модифицированного полистирола, ПХВ, полиэфирного и других связующих.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОДДЕРЖКА, ОСУЩЕСТВЛЯЕМАЯ ФИРМОЙ ЭККАРТ (ШВЕЙЦАРИЯ) РОССИЙСКИМ КЛИЕНТАМ

 • Разработка рецептур протекторных грунтовок на 2-х цинках, рекомендации по их производству

• Проведение испытаний, разработанных клиентами материалов, в антикоррозионной лаборатории в Швейцарии: камера солевого тумана, метод импеданс - спектроскопии и др. свойства покрытий.

• Выдача письменного заключения и технических рекомендаций по результатам испытаний покрытий, проведенных в антикоррозионной лаборатории Швейцарии, а также рекомендаций по использованию систем покрытий в той или иной атмосфере.

Более подробную информацию по теме и консультации по рецептурам можно получить у технического консультанта фирмы Эккарт (Швейцария) - Круба Людмилы: +7 926 227 74 28 techconsulting2012@gmail.com