Особенности коррозии окрашенной луженой жести
Современное многотоннажное производство средств косметики, гигиены в аэрозольной упаковке связано с производством баллончиков из окрашенной луженой жести. Белая жесть электролитического лужения марки ЭЖК-18А2-Ш ГОСТ 13345-85 имеет в качестве подложки для оловянного покрытия холоднокатаный лист из низкоуглеродистой стали одной марки из ряда 08кп, 08пс, 10кп, 10пс по ГОСТ 105088.
Производство листов-заготовок размером 0,67м2 сосредоточено в г. Магнитогорске, на полиграфических предприятиях Твери и Белгорода на лист наносятся 16 декоративных этикеток. Этикетки покрывают слоем лака. Этикетки разделены неокрашенными долевыми полосами-пробелами, которые служат технологическим напуском для формирования сварных или вальцованных швов корпуса баллона. Пробелы ниже номинального уровня рельефа поверхности на толщину лакокрасочного покрытия (15-20 мкм). Кромка этикетки, выходящая на пробел, не полностью покрыта лаком. Окрашенные листы складываются в кипы по 2000 штук, заключаются в ПЭ-оболочку и направляются в ООО «Аэрозоль» г. Новомосковска, где изготовляются и заполняются баллончики.
При распечатывании оболочки специалисты «Аэрозоля» проводят визуальный контроль кипы. Дефектов на листах обычно не обнаруживается. Через 2-3 ч на лицевой и тыльной сторонах листов в ряде случаев возникают разводы цвета ржавчины и такие же пятна. Такие дефекты имеют место независимо от сезона поставки листа. Дефекты легко стираются с этикетки тампоном ткани, поверхность под ними бездефектна и сохраняет хорошие физико-механические свойства: электрическая проводимость постоянна по всей площади этикетки и составляет 10-12-10-13 См/м, прочность на изгиб по ШГ-1 не более 1 мм. Блеск не менее 64%, адгезия не более 1 балла, подпленочной коррозии нет. Луженое покрытие на тыльной стороне этикетки имеет изъязвления не более 0,5 мм, при этом язвы не сквозные.
Химический анализ соскобов ржавых пятен и разводов показал, что это дисперсия гидрата оксида железа FeO(OH). Это свидетельствует о том, что имела место коррозия стального листа при проникновении коррозионно-активных агентов через дефекты луженого слоя.
На границе этикетки и пробела ход контура ореола FeO(OH) приобретает направленность в том случае, если на эту границу выходит белоокрашенный лакокрасочный материал. При этом прослеживается аналогия с процессами восходящей тонкослойной хроматографии (рис. 1а), где неподвижная фаза — лаковая поверхность, подвижная фаза — ореол частиц FeO(OH). Стартовая линия восходящего ореола практически совпадает с белой окраской на границе пробела и этикетки. Контур ореола распространяется к центру этикетки. Если по пути его тормозит препятствие, например, возвышающееся над номинальным уровнем, изображение «домик в овале», ореол огибает препятствие (рис. 1б). Вслед за первым ореолом под действием капиллярных и гравитационных сил реализуется новый массоперенос FeO(OH) (рис. 1в). С противоположной стороны этикетки к ее центру движется аналогичный ореол. Контур его имеет форму слегка искаженной параболы, восходящей к центру этикетки. Линией старта подвижной фазы также является выход белого пигмента на пробел. Элюэнтом здесь является, видимо, влага, сконденсированная на холодных листах, распакованных на более теплом складе, а поскольку склад базируется в промышленной зоне, где всегда повышено содержание SO2, Cl2, то элюент является еще и электролитом. Там, где на границу кромки этикетки и пробела выходят желтые и зеленые рисунки, таких восходящих к центру ореолов ржавчины не наблюдается.
Химический анализ белой краски показал, что в качестве белого пигмента был использован TiO2. Если учитывать, что TiO2 сдвигает потенциал стали в воде до -0,05 В, а крона, входящие в желтые и зеленые пигменты, повышают потенциал стали до +0,14 В и выше [1], такая колористическая избирательность становится понятна: TiO2 более других пигментов провоцирует участие в окислительно-восстановительных процессах на листе железа. Но чтобы участвовать в этих процессах, оксиду титана надо проникнуть к листу сквозь поры в слое олова, отделившись при этом от полимерного связующего.
Анализ пористости олова (сплошность луженого покрытия) проводился с применением гексациано-феррата (III) калия [2]. Наблюдали появление синих точек в количестве около 8 шт./см2 и дальнейшее окрашивание пленки в голубой цвет, наиболее интенсивный по краям пленки. Размер наблюдаемых пор около 10 мкм достаточен для прохода молекул воды и пигментов краски (размер частиц TiO2 — 0,4 мкм). Для сравнения был проведен анализ пористости олова на немецких луженых листах (ООО «Аэрозоль» использует их по аналогичному назначению и никогда не сталкивалось с процессами коррозии). Оказалось, что пористость олова немецких луженых листов значительно выше (более 30 пор на см2), однако величина пор меньше.
Возможно, ускорению процесса транспорта белого пигмента к зоне окислительно-восстановительной реакции способствовало давление в кипе листов: ведь под действием веса 2000 листов кипа довольно сильно сжата. Наличие такого сжатия доказывает то, что рисунки вышележащего листа кипы отпечатываются на тыльной поверхности нижележащего (рис. 2). На рис. 2 с увеличением в 2,5 раза дан отпечаток «домика в овале» на тыльной стороне листа.
Такие плотные кипы пронизаны магистральными тоннелями, которыми служат пробелы — не защищенная лакокрасочным покрытием жесть, на которую выходят кромки красочных покрытий, не полностью защищенные слоем лака. Ширина тоннеля — 5000 мкм, высота — 1520 мкм, площадь таких тоннелей составляет 16% от площади листов. Именно в них конденсируется влага воздуха. Конденсат-электролит провоцирует химические реакции, отводит по тоннелям продукты реакции, распределяет их бесформенными разводами по остальным поверхностям. Именно на пробелах наблюдаются сквозные язвы размером до 5 мм. Особую роль здесь играет граница пробела и кромки этикетки, она всегда проявляется на тыльной стороне листа четкой полосой более интенсивной окраски.
Так как основные виды сквозных изъязвлений имеют форму, вытянутую вдоль осевой линии пробела (рис. 3а), можно предположить, что их возникновение связано с контактом подающего ролика с жестью при его проходе в офсетной машине. При этом рушатся бугорки олова, созданные отклонениями режимов гальванотермического процесса нанесения и оплавления олова в масляной бане, обнажаются подкорковые пузыри. Наличие такого рода дефектов подтверждается измерением микротвердости с помощью прибора ПМТ-3 при разных нагрузках. Наиболее сильные коррозионные 
повреждения имеют место на такого рода бугорчатых поверхностях. На рис. 3 видна близость сквозных язв (рис. 3а, б) и восходящей от границы этикетка-пробел линии старта ржавого ореола (рис. 3в). Это свидетельствует о скоплении в этом месте ряда факторов риска, о многофакторном влиянии на процесс коррозии. Это, видимо, и есть исходная точка процессов коррозии — слабое звено.
Чтобы избежать процессов коррозии луженых окрашенных листов, мы рекомендуем расширить на доли миллиметра лаковое покрытие, чтобы укрыть заподлицо кромку этикетки. Стремиться избегать отклонений в гальванотермическом процессе. Торцы кипы с выходом пробелов защищать самоклеющейся бумажной лентой либо консистентной смазкой. Соблюдать правило: температура в распечатываемой кипе не ниже температуры в складском помещении. При упаковке кипы использовать прокаленный сили-кагель либо влагопоглощающую бумагу или картон.
По материалам журнала "Промышленная окраска"
