CC BY
53
Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXXI. 2017. № 11
УДК 667.64:678.026.37
Павлов А.В., Баранов Н.О., Квасников М.Ю., Зеленская А.Д., Баталов Р.С.
антикоррозийная эффективность цинк-полимерных покрытий, получаемых электроосаждением на катоде
Павлов Александр Валерьевич, аспирант 4 года кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий, e-mail: [email protected];
Баранов Никита Олегович, магистрант 1 года кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий;
Квасников Михаил Юрьевич, д.т.н., профессор кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий;
Зеленская Александра Дмитриевна, студент 3 курса бакалавриата кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий; Баталов Роман Сергеевич, аспирант кафедры электрохимии.
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., д. 9
В работе представлены результаты сравнения антикоррозийной эффективности полимерных лакокрасочных покрытий и цинк-полимерных лакокрасочных покрытий, полученных электроосадждением на катоде. Получена скорость коррозии покрытий в 3% растворе NaCI различными методами. Показано, что протекторная защита реализуется не полностью, что может быть связано с низким содержанием цинка в полученных покрытиях. Ключевые слова: катодное электроосаждение, металлополимерные покрытия, лакокрасочные покрытия, антикоррозийная защита.
ANTI-CORROSION EFFICIENCY OF ZINC-POLYMER COATINGS OBTAINED BY CATHODIC ELECTRODEPOSITION
Pavlov A.V., Baranov N.O., Kvasnikov M.U., Zelenskaya A.D., Batalov R.S. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The paper presents the results of comparing the anticorrosive efficiency ofpolymer and zinc-polymer paint coatings obtained by cathodic electrodeposition. The rate of corrosion of coatings in the 3% NaCI solution was obtained by various methods. It is shown that the electrochemical protection is not completely realized, which may be due to the low content of the zinc in obtained coatings. Keywords: cathodic electrodeposition, metal-polymer coatings, paint coatings.
Цинк-полимерные лакокрасочные покрытия содержат в составе цинк, который является самым популярным металлическим пигментом, используемом в лакокрасочной промышленности. Цинк вводят в такие покрытия в виде цинкового порошка, которые содержат в своем составе цинк с различной формой частиц: сферы, чешуйки. После процесса смешения с помощью механических перемешивающих устройств стандартный электродный потенциал железа составляет -0,44 В (относительно н.э.в.). Для подавления коррозии железа или его сплавов, в том числе, углеродистой стали, необходимо дать защищаемому объекту потенциал ниже этого значения. Так, осуществлением контакта железа или стали с «жертвенным» металлом (протектором)-цинком, обладающим электродным стандартным потенциалом -0,762 В [1], возможно предотвратить коррозию стальных конструкций и увеличить срок их эксплуатации. В лакокрасочных цинксодержащих покрытиях защита от коррозии металла-подложки осуществляется по двум механизмам: барьерному и электрохимическому. Причем электрохимический механизм защиты превалирует в начале коррозионного процесса, а затем включается барьерный механизм защиты. Под барьерным механизмом защиты подразумевается образование продуктов коррозии цинка, которые экранируют подложку от проникновения коррозионных реагентов. В воде, например, цинк образует оксиды и гидроксиды, а в растворах, содержащих хлориды, -хлорид цинка и основные хлориды цинка, которые могут растворяться и не обеспечивать надежную
защиту. Максимальная протекторная защита достигается за счет формирования электропроводящих контактов между самими цинковыми частицами и сталью, поэтому в современных цинкнаполненных грунтовках содержание цинка в сухой пленке достигает 95 %. Но такие покрытия обладают слабыми физико-механическими характеристиками вследствие высокого содержания цинка, а также такие покрытия отнюдь не дешевые, так как цинк-дорогостоящий металл. Металлополимерные покрытия, представляющие собой гетерогенные системы, состоят из полимерной среды и высокодисперсной металлической фазы, на границе которой реализуется хемосорбционное взаимодействие. Авторами [2 - 10] были получены цинк-полимерные покрытия методом катодного электроосаждения. Было показано, что цинк-полимерные покрытия имели наноразмерную структуру, улучшенную прочность при ударе, твердость.
Интересным представлялось изучить
антикоррозионную эффективность полученных цинк-полимерных покрытий, так как это важная характеристика любых грунтовочных покрытий, в частности, катафорезных лакокрасочных покрытий.
Была определена скорость коррозии покрытий в 3% растворе №С1 на потенциостате 1РС-Рго MF с низкой скоростью развертки потенциала в 0,167 мВ/с в потенциодинамическом режиме относительно хлорид-серебряного электрода сравнения. Поляризационные кривые для цинк-полимерного и полимерного покрытий представлены на рисунках 1 и 2, где верхняя ветвь отвечает анодному ходу кривой, а нижняя,
Успехи в х&мии и химической технологии. ТОМ XXXI. 2017. № 11
соответственно, катодному. На рисунках потенциалы представлены в шкале стандартного водородного
электрода.
Рис. 1. Поляризационные кривые для полимерного покрытия в 3-х % растворе N<101
Рис.2. Поляризационные кривые для цинк-полимерного покрытия в 3-х % растворе
Рассчитанная из поляризационных кривых скорость коррозии для полимерного покрытия составила 1,12*106 А/см2, а для цинк-полимерного 1*10-8 А/см2.
Это показывает, что коррозионная стойкость полимерного покрытия ниже, чем коррозионная стойкость цинк-полимерного покрытия. Введение цинка в покрытие, по нашему мнению, уменьшает пористость покрытий, так как форма анодной и катодной кривых принципиально не изменяется.
Также была определена скорость коррозии при помощи коррозиметра Эксперт-004. Данный прибор широко применяется для исследования стойкости защитных покрытий во времени. Измерение скорости электрохимической коррозии в данном приборе основано на измерении поляризационного сопротивления (LPR - в зарубежной терминологии) при наложении на электроды датчика минимальной поляризации (до 10 мВ) вблизи стационарного потенциала коррозии.
Измерения проводились с использованием двухэлектродной системы в 3%-растворе №С1 в течение 60 секкунд в диапазоне 2000 мкА. При внешнем токе 1 мкА скорость коррозии полимерного и цинк-полимерного покрытия составила, соответственно, 4,81 и 4,87 мкм/г, что говорит о почти равнозначной скорости коррозии по данному исследованию.
Из проделанных экспериментов по изучению скорости коррозии можно сделать вывод, что при введении цинка в покрытие протекторная защита реализуется не полностью, что может быть связано с низким содержанием цинка в полученных покрытиях, которое составляет порядка 2 %, что было определено ранее [6]. Также можно предположить, что в применяемой среде (3 % раствор №С1) цинк не стоек
вследствие образования солей- хлоридов цинка и основных хлоридов цинка, которые не обеспечивают барьерной защиты металлической подложки, и коррозионный процесс идет более активно.
Список литературы
1. Окулов В.В. Цинкование. Техника и технология/Под. Редакцией проф. В.Н. Кудрявцева.-М.: Глобус, 2008. - 252 с.
2. Павлов А.В., Лукашина К.В., Лукъянскова А.И., Квасников М.Ю., Уткина И.Ф. Изучение возможности получения металлополимерных покрытий на основе цинка и полимерного электролита методом катодного электроосаждения//Успехи в химии и химической технологии. -2014. -Том XXVIII.. - №3 (152). - С. 58-60.
3. Павлов А.В., Квасников М.Ю., Уткина И.Ф. Возможность получения цинк-полимерных покрытий одновременным электроосаждением на катоде аминосодержащего пленкообразователя и электролитического осаждения цинка// Международный научно-исследовательский журнал.2014.№ 10-1 (29).С.34-35.
4. Павлов А.В., Квасников М.Ю., Уткина И.Ф. Принципиально новые цинк-полимерные покрытия, получаемые одновременным электроосаждением на катоде аминосодержащего промышленного полиэлектролита и электролитическим восстановлением цинка// Химическая технология и биотехнология новых материалов и продуктов: тезисы докладов VI Международной конференции Российского химического общества имени Д.И. Менделеева (Москва, 23 октября 2014 г.). - Москва, 2014. - С. 147-149.
5. Павлов А.В., Квасников М.Ю., Уткина И.Ф. Цинк-полимерные покрытия, получаемые одновременным электроосаждением на катоде модифицированного эпоксиаминного полиэлектролита и электролитическим восстановлением цинка// Достижения и перспективы технических наук: сборник статей Международной научно-практической конференции. -2014. С. 64-67.
6. Павлов А.В., Квасников М.Ю., Уткина И.Ф., Лукашина К.В. Цинк-полимерные покрытия, получаемые одновременным электроосаждением на катоде аминосодержащего полиэлектролита и электролитическим восстановлением цинка // Химическая промышленность сегодня. -2015. - №2. - С. 18 - 23.
7. Павлов А.В., Милютина Ю.В., Меркулова А.С., Пожарицкая А.В., Квасников М.Ю., Уткина И.Ф., Баскаков П.С., Зеленская А.Д., Шерстнева Н.Е. Цинк-полимерные покрытия, получаемые на катоде совместным осаждением связующего-полиэлектролита и цинка//Успехи в химии и химической технологии. -2015. -Том XXIX. №10 - С.47-49.
8. Павлов А.В., Квасников М.Ю., Уткина И.Ф., Милютина Ю.В., Меркулова А.С., Пожарицкая А.В., Королев Ю.М. Структура и свойства цинк-полимерных лакокрасочных покрытий, получаемых одновременным электроосаждением на катоде аминосодержащего полиэлектролита и цинка // Лакокрасочные материалы и их применение. -2016. - №1 -2. - С. 68 - 71.
9. Павлов А.В., Квасников М.Ю., Баранов Н.О., Зеленская А.Д. Подготовка стальной поверхности перед нанесением цинк-полимерных лакокрасочных покрытий методом катодного электроосаждения//Успехи в химии и химической технологии. -2016. -Том XXX.. - №10 - С. 67 - 69.
10. Квасников М.Ю., Романова О.А., Силаева А.А., Павлов А.В., Антипов Е.М. Металлополимерные наноструктурные покрытия: тезисы докладов XX Менделеевского съезда по общей и прикладной химии в 5 т., (Екатеринбург,26-30 сентября 2016 г.). - Екатеринбург : Уральское отделение РАН, 2016. -С. 80.
