Nové typy ekologicky šetrnějších antikorozních nátěrových hmot

Ekologický přístup k problematice povrchových úprav organickými povlaky vyžaduje snížení podílu nátěrových hmot, které obsahují těkavá organická rozpouštědla.
Určitým řešením je náhrada těchto nátěrových hmot materiály vodouředitelnými a vysokosušinovými. Jejich aplikace však naráží na řadu problémů, které je nutno řešit pro každý konkrétní případ s ohledem na řadu faktorů a souvislostí, které mohou ovlivňovat ochranné vlastnosti zhotoveného ochranného povlaku. Mezi tyto faktory patří úprava povrchu kovu, problematika technologie nanášení nátěrové hmoty na chráněný kovový povrch, její protvrdnutí apod.

Klasické nátěrové systémy, používané k ochraně ocelových konstrukcí, zahrnovaly antikorozní základní nátěry s účinnými inhibičními, avšak toxickými, pigmenty. Ty poskytovaly v minulosti nátěrové systémy v tloušťkách kolem 120 až 150 mm s dostatečnou ochrannou účinností založenou na inhibičním mechanizmu.U těchto systémů neměla určitá malá pórovitost vliv na jejich ochrannou účinnost. Odstraněním těchto toxických sloučenin olova (suřík) a chromu (zinková žluť) ze základních antikorozních nátěrových hmot a jejich náhradou netoxickými antikorozními pigmenty nebylo dosaženo očekávaného výsledku.

Zajištění dlouhodobé ochrany ocelových povrchů je proto nutno uskutečňovat jinou cestou než tomu bylo v minulosti, kdy se používaly v základních antikorozních nátěrových hmotách toxické sloučeniny. Určité řešení poskytují povlaky, které chrání bariérovým mechanizmem a povlaky kombinované, což je např. metalizovaný povlak zinku, hliníku nebo jejich slitin v kombinaci s nátěrem.



Z řady nátěrových systémů používaných v současné době mají značný význam nátěrové systémy, které chrání kovový povrch bariérovým způsobem. Jedná se o nátěrové systémy v tloušťkách 250 až 350 mikrometrů. Bariérový mechanizmus ochrany však vyžaduje povlak bez pórů. Mají-li ochranné povlaky póry, pak dochází zejména v agresivním prostředí k podkorodování povlaku a k celkovému selhání ochrany. Kromě vlastních pórů jsou nebezpečná též místa, kde nátěr nemá dostatečnou tloušťku. Jsou to převážně hrany ocelových profilů, které mají mít o jednu vrstvu nátěru více.

Epoxidové vysokosušinové nátěry vytvářené z vysokosušinových nátěrových hmot se používají v širokém měřítku pro dlouhodobou ochranu ocelových konstrukcí. Vzhledem k tomu, že epoxidové pojivo poměrně značně degraduje vlivem atmosférických faktorů, je vhodné tyto nátěry kombinovat s vrchními polyuretanovými nátěry, nejlépe na bázi alifatického isokyanátu. Nelze však tvrdit, že všechny dostupné vysokosušinové nátěrové hmoty poskytují povlaky, které mohou vykazovat dlouhodobou ochrannou účinnost.

Zkušenosti z Holandska toto potvrzují. Pro ochranu hydrotechnických zařízení se v Holandsku dlouhodobě úspěšně používaly epoxydehtové nátěrové hmoty. Ekologické tlaky vynutily nahradit tyto nátěrové hmoty jinými, z ekologického hlediska vhodnějšími materiály. Byly zvoleny nátěry z vysokosušinových epoxidových nátěrových hmot. Po třech letech byly však zjištěny značné závady, které spočívaly v rozpraskání použitých ochranných epoxidových povlaků a tím v korodování ocelového podkladu. Vzhledem k významu ochrany hydrotechnických zařízení pro Holandsko, byla tomuto problému věnována značná pozornost. Příčinou poškození nátěru bylo postupné odpaření látek o vysokém bodu varu, čímž vznikají značná pnutí v nátěrovém povlaku a výsledkem je jeho poškození rozpraskáním. Byly proto propracovány laboratorní zkušební metody pro ověření náchylnosti nátěrů k poškození popraskáním. Do zkoušek bylo zařazeno 14 druhů nátěrů z vysokosušinových nátěrových hmot (12 epoxidových a 2 polyuretanové). Z nich vyhověly pouze 3 nátěry.



Značného rozšíření doznaly nátěrové systémy zahrnující základní nátěry s vysokým obsahem zinkového prachu. V mnoha případech se některé nátěry tohoto typu používají i bez vrchního nátěru, tj. nátěrový systém je tvořen pouze nátěrem se zinkovým prachem.

Nátěrové hmoty s vysokým obsahem zinkového prachu se dělí podle použitého pojiva do dvou základních skupin:
- zinkové nátěrové hmoty na bázi organického pojiva
- zinkové nátěrové hmoty na bázi anorganického pojiva

Nátěry zhotovené z těchto nátěrových hmot se často z reklamních důvodů presentují jako náhrada za kovové povlaky a také se udává, že mají vyšší ochrannou účinnost než kovové zinkové ochranné povlaky a chrání ocelový povrch elektrochemickým mechanizmem.Toto tvrzení v části týkající se ochranné účinnosti lze v mnoha případech považovat za opodstatněné. K části týkající se elektrochemického mechanizmu ochrany nutno poznamenat, že v počáteční fázi se skutečně elektrochemický mechanizmus uplatňuje, avšak později dochází k utěsnění pórů v nátěru korozními produkty zinku a nátěr pak chrání bariérovým mechanizmem. Tato bariéra může pak v určitých případech podléhat méně intenzivní destrukci než kovový zinkový povlak a tudíž zinkový nátěr v těchto případech poskytuje ocelovému povrchu delší ochranu než povlak zinkový.


Zinkové nátěrové hmoty na bázi organického pojiva jsou vyráběny jako jednosložkové na bázi epoxyesterového pojiva nebo polyuretanového pojiva vytvrzovaného vzdušnou vlhkostí a dvousložkové na bázi epoxidového nebo polyuretanového pojiva.

Zinkové nátěrové hmoty na bázi anorganických pojiv se dělí na rozpouštědlové a vodouředitelné. Rozpouštědlové obsahují jako pojivo převážně etylsilikát, zatímco vodouředitelné obsahují různé druhy vodního skla.
Rozpouštědlové etylsilikátové zinkové nátěrové hmoty mohou být jednosložkové nebo dvousložkové.
Dle zkoušek provedených v USA technickou složkou kosmodromu vykazují dvousložkové etylsilikátové zinkové nátěry vyšší ochranný účinek než jednosložkové. Dvousložkové jsou dodávány tak, že jednu složku tvoří práškový zinek a druhou složkou je pojivo. Před použitím se obě složky smísí.

Etylsilikátové nátěrové hmoty vykazují řadu předností (ochrannou účinnost, odolnost vyšším teplotám), pro které se mohou jevit jako široce využitelné, vyznačují se však specifickými vlastnostmi při jejich zpracování a to :

- Zinkové etylsilikátové nátěry vyžadují vhodně otryskaný ocelový povrch. Nízká drsnost ocelového povrchu nezaručuje dokonalou adhezi nátěru a příliš velká drsnost povrchu vyžaduje nánosy nátěru o velké tloušťce. Příliš vysoká tloušťka etylsilikátového povlaku se může projevit defekty, které připomínají rozpraskání rozbahněné a vyschlé zeminy.Různé druhy etylsilikátových zinkových nátěrů vyžadují optimální tloušťky kolem 100 mm.

- Vytvořený etylsilikátový zinkový nátěr vyžaduje pro řádné vytvrzení reakci s vodou.
Nedostatečně vytvrzený nátěr nelze překrývat další vrstvou vrchního nátěru.
Nedodržení této zásady vede často již za krátkou dobu k popraskání a odlupování celého nátěrového systému od chráněného ocelového povrchu. Tento jev je v praxi velmi častý. Zinkové etylsilikátové nátěry vyžadují pro optimální vytvrzení relativní vlhkost vzduchu v rozmezí od 60 do 80 %. Povlak zhotovený při nižší relativní vlhkosti nezíská požadovaný stupeň vytvrzení a poměrně snadno se nechá setřít. K dosažení potřebného stupně vytvrzení čerstvého povlaku, zhotoveného při nízké relativní vlhkosti, často pomůže jeho skrápění čistou vodou.

- Pro stanovení řádného stupně vytvrzení zinkových etylsilikátových nátěrů se úspěšně používá MEK (metyletylketonový) test formulovaný v americkém standardu ASTM D 4752, event. test jiným rozpouštědlem podle pokynů výrobce konkrétní etylsilikátové nátěrové hmoty. Test spočívá v potírání etylsilikátového povlaku bavlněnou tkaninou nasycenou testovací kapalinou (50x). Rozsah změn testovaného povlaku se hodnotí stupni 0 až 5, přičemž pouze stupně 4 a 5 poukazují na řádné vytvrzení etylsilikátového povlaku. MEK-test je též vhodný pro posuzování kvality zinkových etylsilikátových nátěrů dodávaných různými výrobci nátěrových hmot.

- Etylsilikátové zinkové povlaky jsou bezprostředně po jejich zhotovení značně pórovité. Zhotovený nátěr nemá totiž všechny prostory mezi zinkovými částicemi zaplněny pojivem. Tato skutečnost může způsobit vznik puchýřků a pěnění dalších nátěrů vytvořených na čerstvém etylsilikátovém nátěru. Vzniku tohoto jevu lze zamezit ponecháním zinkového etylsilikátového nátěru po dobu několika měsíců bez dalšího nátěru. Během této doby dojde k utěsnění pórů korozními produkty zinku a také k doreagování (vytvrzení) pojiva.Technologické předpisy pro zhotovování nátěrů obvykle nezahrnují požadavek na dodržení určitého intervalu mezi nanesením zinkového etylsilikátového nátěru a vrchních vrstev nátěrového systému, což může být příčinou výše uvedených nedostatků.

- Při aplikaci rozpouštědlových vrchních vratev na etylsikátové základy docházívá k pěnění krycích nátěrů. Organická rozpouštědla vnikají do pórů přítomných v etylsilikátových zinkových vrstvách a při následném jejich uvolňování dochází k těmto vadám.

- V případě příliš dlouhé časové prodlevy mezi zhotovením zinkového etylsilikátového povlaku a nanášením vrchního nátěru může v agresivním prostředí dojít ke vzniku rozpustných korozních produktů zinku. Tyto korozní produkty musí být před zhotovením vrchního nátěru odstraněny, např. omytím tlakovou vodou.

Zkoušky provedené v přímořském prostředí v USA ukázaly, že jedna vrstva etylsilikátového nátěru o tloušťce 60 až 80 mm chrání ocelový povrch po dobu 10 roků. Zkoušky provedené NASA v přírodních podmínkách a v laboratořích s ochrannými povlaky pigmentovanými zinkovým prachem v kombinaci s vrchními nátěry prokázaly vysokou ochrannou účinnost anorganických zinkových nátěrů samotných i v kombinaci s nátěry vrchními, zejména epoxidovými a polyuretanovými.

Rozpouštědlové zinkové etylsilikátové nátěry jsou i v ČR ve speciálních případech používány.

Zinkové etylsilikátové nátěry jsou rovněž vhodné pro ochranu kovových povrchů vystavených tepelnému namáhání až do teploty 400°C.

Vodouředitelné zinkové nátěry na bázi vodního skla (litného nebo draselného) zatím u nás nenalezly širšího uplatnění.
V Kalifornii tyto nátěrové hmoty jsou oblíbené a používají se po dobu již 20 let v širokém rozsahu pro ochranu ocelových konstrukcí. Naproti tomu státy na severovýchodě USA mají s těmito nátěrovými hmotami negativní zkušenosti a vracejí se k používání rozpouštědlových etylsilikátových nátěrových hmot.

Mezinárodní organizace pro ochranu životního prostředí (International Environmental Protecting Agencies) zařadila zinek mezi polutanty, tj. látky, které škodí životnímu prostředí. Zákaz jejich používání v nátěrových hmotách však vydán nebyl.