О химии антикоров – популярно
Прошедшей зимой наши улицы снова поливали агрессивными антигололед-ными реагентами. А значит, автомобили будут страдать от коррозии. Все, даже новенькие иномарки – ведь процессы гальваники и окисления металла никто не отменял.
Способы борьбы с коррозией известны. Химики создают и совершенствуют антикоррозионные материалы: «легкие» для внутренних полостей кузова; густые «тяжелые» для днища; универсальные для анткоррозионной, антигра-вийной и противошумной защиты; декоративные для молдингов; специализированные для подкапотной электрики и т.д.
Задача препаратов – быть технологичными при нанесении и эффективными в эксплуатации. Рассмотрим некоторые свойства антикоров с точки зрения химии.
Тиксотропность
Материалы для обработки днища, арок и защиты от шума по своей природе густые, вязкие. Тем не менее их надо выкачать из тары насосом, прогнать через шланги, пистолет и насадки, превратить в жидкий « слоем «уложить» на защищаемую поверхность.
Поэтому одним из требований к таким препаратам является тиксотропность. Это не просто «отсутствие каплепадения», как полагают некоторые мастера. Тут надо смотреть шире. Тиксотропность – это способность материала обратимо изменять структуру и вязкостные свойства при механическом воздействии. Недаром этот термин происходит от греч. thiris – прикосновение и trope – изменение.
Когда говорят о тиксотропности антикоррозионных препаратов, подразумевают их способность к изменению вязкости, не зависящую от испарения растворителя: в бочке вязкость одна, в «факеле» пистолета другая, а на обрабатываемой поверхности – третья. Значение термина здесь можно толковать так: «хорошо распыляйся, легко наносись, заполняй все, что нужно, но после нанесения не капай и не стекай». Так что отсутствие каплепадения – лишь небольшая часть того, что требуется от материала.
Тиксотропность тесно связана со свойствами дисперсных систем – а защитные материалы являются именно дисперсными системами. С физической точки зрения тиксотропность можно рассматривать как зависимость вязкости от скорости сдвига при деформировании. К тиксотропным явлениям еще относят изменение механических свойств полимеров при повторяющихся циклах «нагружение – отдых», а также зависимость этих свойств от продолжительности «отдыха».
Кроме того, тиксотропность обусловлена разрушением и восстановлением физических контактов между частицами наполнителя – а разнообразные наполнители в антикорах, так или иначе, присутствуют. В том числе и мелкодисперсные.
Для «запуска» всех тиксотропных «механизмов» химики вводят в препараты специальные добавки. Благодаря им материал, только что бывший густым, а теперь механически разжиженный, «прилетает» на кузов, мгновенно «успокаивается» и прилипает к поверхности.
Примером природной тиксотропной системы служат зыбучие пески. Они разжижаются под действием оказываемого на них давления и проглатывают несчастного путника. А проглотив – успокаиваются.
Иногда с тиксотропностью путают способность пленки к затягиванию царапин, само-залечиванию. Да, такое полезное свойство у фирменных антикоров есть, но природа его иная, основанная на так называемой поверхностной энергии тела. Управляя рецептурой, химики-технологи обеспечивают минимальную подвижность пленки в течение всего срока эксплуатации. Это позволяет покрытию не трескаться при механических колебаниях и упругих деформациях кузова. А когда это необходимо, включать механизм самозатягивания.
Адгезия
Рассказывая об антикоррозионных материалах, часто говорят и пишут «высокая адгезия», «низкая адгезия», «хорошая адгезия», «плохая адгезия» и т.д. Вроде все понятно, правда? Подразумевается, надежно ли материал держится на поверхности, которую призван защищать.
Спору нет: адгезия должна быть безупречной. Сам же термин происходит от латинского adhaesio – прилипание. Но в зависимости от вида защищаемой поверхности (основы) адгезионные связи имеют различную природу.
Давайте посмотрим: на какие поверхности ложится антикор? Получается как минимум четыре варианта:
• заводское покрытие ПВХ;
• загрунтованная или окрашенная поверхность, т.е. слой ЛКМ;
• «черный» металл, он же «голая» сталь;
• слой старого антикора, нанесенный три-пять лет назад.
В каждом случае антикоррозионный материал «цепляется» к основе по-разному.
Начнем с обработки днища, покрытого ПВХ, – это наиболее распространенный случай при защите нового автомобиля. Здесь работает механизм прилипания, основанный на возникновении водородных межмолекулярных связей. Химического взаимопроникновения не происходит, это сугубо поверхностный процесс.
ПВХ адсорбирует определенную часть молекул антикоррозионного препарата (адсорбатов). И задача разработчика – обеспечить в рецептуре достаточное количество таких адсорбатов.
Теперь о нанесении антикора на слой ЛКМ. Это актуально как для новых автомобилей, так и для машин после кузовного ремонта. Здесь тоже работает механизм водородных связей без какого-либо взаимного проникновения основы и покрытия. Но адсорбаты задействуются иные, чем в предыдущем случае. Значит, производитель антикора обязан обеспечить сбалансированную композицию адсорбатов – и тогда его препарат будет одинаково хорошо прилипать и к ПВХ, и к слою ЛКМ.
Переходим к «черному» металлу. Типичная ситуация: замена крыла после ДТП. Снаружи оно окрашивается, а изнутри? Удаляем транспортный грунт и наносим густой «тяжелый» антикор прямо на сталь. Здесь работает механическая адгезия: препарат затекает в микротрещины и микронеровности металлической
поверхности, образуя после застывания своеобразные «заклепки» или «гвозди». Не остаются в стороне и адсорбаты, они тоже «работают по металлу», но играют уже вспомогательную роль.
И наконец, о нанесении препарата на слой старого антикора. Это родственная поверхность, располагающая к диффузной адгезии (автогезии). Происходит взаимное проникновение макромолекул, образуется спайка, представляющая собой постепенный переход от нового покрытия к старому. Поэтому прочность адгезионного соединения приближается к когезионной прочности самого антикора.
Итак, высокая адгезия обеспечивается различными механизмами. Но профессиональный препарат, как некогда «полковник Кольт», уравняет в правах всех – и ПВХ, и ЛКМ, и металл, и слой старого антикора.
Ингибиторы
В статьях и рекламных буклетах то и дело встречаешь термин «ингибиторы коррозии». Если вспомнить определение, то ингибиторы – это вещества, замедляющие какие-либо процессы (от лат. inhibio – задерживаю). Сказанное справедливо и для коррозии металла.
Разрушение автомобильного кузова происходит под действием двух видов коррозии: химической и электрохимической. Химическая коррозия – это простое окисление; электрохимическая – разрушение за счет гальванических процессов в присутствии электролита.
Гальванических пар в кузове множество: это сварные швы, контакты разнородных металлов и сплавов (сталь с алюминием, сталь с медью, оцинкованная деталь с неоцинкованной и т.д.), а также посторонние включения в листовом прокате, т.е. плохое качество металла.
А откуда берется электролит? Ну, это совсем просто: конденсат плюс атмосфера большого города. В осевшей в полостях кузова влаге растворяется сернистый или углекислый газ, вот вам и кислота. Слабенькая, но коррозии и этого достаточно.
Главный враг кузова именно электрохимическая коррозия. Ее химической «коллеге» отводится второстепенная роль. Но, так или иначе, бороться надо с обоими видами коррозии, поэтому в рецептуру антикоров вводят несколько видов ингибиторов в виде синергетической композиции.
Защитное действие ингибиторов химической коррозии, в общем-то, простое. Они создают на поверхности металла адсорбционные пленки, препятствующие взаимодействию металла с кислородом воздуха.
Функции ингибиторов электрохимической коррозии сложнее. При протекании гальванических процессов на поверхности металла образуются как анодные, так и катодные участки. На них надо воздействовать по-разному. Соответственно это поручается разным веществам.
Анодные замедлители коррозии (карбонат натрия, фосфаты, силикаты, хроматы, нитраты и некоторые другие вещества) способствуют сокращению площади анодных участков на защищаемой поверхности, уменьшая тем самым количество растворяемого металла. Он переходит в устойчивое (пассивное)состояние, поэтому анодные ингибиторы называют пассиваторами.
Катодные замедлители коррозии (например, соли магния, цинка, никеля, органические вещества и др.) способствуют уменьшению эффективной площади катодных участков. Это ведет к снижению скорости коррозии за счет уменьшения количества водорода, выделяющегося на катодных участках.
Доказано, что коррозия металла наиболее интенсивно протекает при цикличном смачивании раствором электролита и высушивании. Такие циклы усиливают взаимное действие гальваники и кислорода воздуха.
Но смотрите: автомобильный кузов эксплуатируется именно в таких переменных условиях! И задача химиков – подобрать оптимально сбалансированные композиции анодных и катодных ингибиторов в сочетании с ингибиторами химической коррозии. Именно такие композиции сдерживают коррозию во всех ее проявлениях. И тогда при регулярной обработке кузова коррозия будет подавляться. Такая вот популярная химия получается.
