Koroze anorganických materiálů a plastických hmot

29. prosince 2009

Druhá část seriálu o trvanlivosti materiálů a jejich korozi - anorganických materiálů a plastických hmot.

Koroze anorganických materiálů
Anorganické materiály, ať již přírodní (azbest, žula, křemen a jiné) nebo uměle připravené (sklo, smalty, keramika, beton a podobně), jsou podle svého chemického složení různé soli křemičitých a polykřemičitých kyselin, hlinitokřemičitany, křemičitany vápenaté nebo čistý křemen s přísadou různých oxidů. Koroze těchto materiálů není tak podrobně prozkoumána jako koroze kovů.

Korozní procesy u anorganických materiálů jsou převážně chemického charakteru (reakce prostředí s jednotlivými složkami) nebo fyzikálně-chemického charakteru (rozpouštění, bobtnání). Můžeme je rozdělit na tři hlavní druhy:

koroze I. typu – dochází při nich k vyluhování něktré složky anorganického materiálu (například koroze betonu tzv. hladovou vodou).
koroze II. typu – procesy, při nichž dochází k chemické reakci prostředí s materiálem nebo jeho součástmi. Chemická reakce se uskutečňuje většinou s jednou nebo několika složkami silikátového materiálu.
koroze III. typu – vytvářejí procesy, jež vedou ke krystalizaci málo rozpustných solí nebo ke změně objemu některých součástí uložených v kapilárním systému uvnitř materiálu. Při tomto procesu může dojít ke vzniku vnitřních pnutí, která způsobí rozpad materiálu.

Převažují-li v materiálu křemičité sloučeniny, dochází k jejich porušování působením louhů nebo uhličitanů alkalických kovů, odolávají však značně působení kyselin s výjimkou kyseliny fluorovodíkové.
V některých případech se mohou při reakci vytvořit nerozpustné, hutné zplodiny, které materiál chrání před dalším napadením nebo značně zpomalují korozní reakce. Jednotlivé korozní děje neprobíhají obvykle izolovaně, ale současně v různých kombinacích (například koroze betonu vodou obsahující sírany).

Koroze plastických hmot
Ve srovnání s jinými materiály vynikají plastické hmoty velkou odolností vůči vnějšímu prostředí. Jejich odolnost však není univerzální, závisí nejen na složení plastické hmoty a na korozním prostředí, ale i na tom, za jakých podmínek dochází ke vzájemnému styku obou složek. Plastické hmoty se liší od kovů a silikátových materiálů svým složením a strukturou, proto i korozní děje jsou v nich odlišné.

Znehodnocení plastických hmot může vyvolat řada činitelů, které většinou působí v nejrůznějších kombinacích. Například koroze plastických hmot v atmosférických podmínkách je vyvolána současným působením světelného záření, teploty, vzdušného kyslíku, vlhkosti, popřípadě některých nečistot obsažených v atmosféře. Tyto vlivy lze rozdělit do tří hlavních skupinhlavních skupin (fyzikální vlivy, chemické a fyzikálně-chemické působení prostředí a biologické vlivy):

1. Fyzikální vlivy. Na znehodnocení plastických hmot se podílejí především teplo, dlouhodobé mechanické namáhání, světlo a radioaktivní záření.

Teplo má na plastické hmoty kromě účinků fyzikálních i účinky chemické. Fyzikální působení tepla se projevuje vratnými změnami fyzikálních vlastností, nikoliv však změnou jejich složení. Chemické vlivy tepla se projevují rozrušováním chemických vazeb, dochází tak k podstatnému zmenšení makromolekul, provázenému často i změnami chemického složení. Tím se nevratně mění mechanické i jiné fyzikální vlastnosti plastických hmot. K intenzivní tepelné destrukci plastických hmot dochází zejména za vyšší teploty, k čemuž se musí přihlížet při jejich zpracování. Také dlouhodobým mechanickým namáháním, například mletím, válcováním a podobně, jemuž jsou plastické hmoty vystaveny při některých způsobech zpracování, dochází k rozrušování chemických vazeb, a tím i ke změně vlastností makromolekulárních látek.

Světelné záření, zejména ultrafialové, je vedle kyslíku, vlhkosti, prachu a agresivních plynů jednou z hlavních příčin koroze plastických hmot, vystavených účinkům venkovní atmosféry. Znehodnocení se projevuje změnou barvy, ztrátou lesku, vznikem trhlinek a zhoršením mechanických a elektrických vlastností. Stupeň znehodnocení je závislý na složení plastických hmot, na intenzitě záření a jeho vlnové délce a na vnějších vlivech, jimž jsou plastické hmoty vystaveny (na teplotě a vlhkosti prostředí, době slunečního záření a podobně). Odolnost plastických hmot proti atmosférickým vlivům lze podstatně zvýšit přídavkem vhodných stabilizátorů, jako jsou například látky se schopností absorbovat ultrafialové záření a látky s antioxidačními vlastnostmi.

Působením radioaktivního záření na plastické hmoty dochází k řadě reakcí, při kterých se odštěpuje vodík, vznikají dvojné vazby, nastává degradace, zesítění a podobně. Změny chemického složení vedou i ke změnám mechanických a fyzikálních vlastností.

2. Chemické a fyzikálně-chemické působení prostředí. Na rozdíl od kovů probíhá u plastických hmot koroze v chemikáliích převážně uvnitř hmoty. Korozní prostředí hmotou proniká, přičemž lze pozorovat různé jevy:

Prostředí proniká plastickou hmotou, aniž dochází ke vzájemnému vázání jeho molekul s makromolekulami. Vlastnosti plastické hmoty se nemění, a je-li hmoty použito jako konstrukčního materiálu, není difuze prostředí většinou nijak na závadu. Použijeme-li takové hmoty k ochraně kovového předmětu (povlak, obklad), může prostředí vyvolat korozi podkladu. Plastická hmota tak neplní svou ochrannou funkci.
V jiném případě může prostředí plastickou hmotou pronikat a současně se vázat s makromolekulami. Dochází k bobtnání, při kterém se zvětšuje objem hmoty a mění se její vlastnosti. Po odstranění prostředí z hmoty například odpařením nabývá plastická hmota opět svých původních vlastností. Mírné bobtnání nebývá často na závadu, obecně však znamená bobtnání vážné znehodnocení.
K nejzávažnějšímu znehodnocení dochází v případech, kdy pronikající prostředí s plastickou hmotou reaguje. Dochází ke změně jejího chemického složení, a tím i ke změnám mechanických vlastností. Pro makromolekulární látky je charakteristické, že již nepatrné změny chemického složení způsobují podstatné změny jejich mechanických nebo elektrických vlastností. O tom, zda bude plastická hmota reagovat s prostředím, kterému je vystavena, rozhoduje její složení i složení korozního prostředí. Platí zde podobné zákonitosti jako v chemii nízkomolekulárních sloučenin organických. Rychlost koroze je pak řízena rychlostí difuze prostředí do plastické hmoty. Vedle reakce s makromolekulárními látkami může docházet k reakci prostředí s plnivy, změkčovadly nebo jinými příměsemi obsaženými v plastické hmotě. I v takových případech pak dochází ke značným nežádoucím změnám vlastností plastických hmot.

Tento příspěvek vznikl s podporou projektů GAČR 103/08/1612 a GA ČR 103/09/1951.

doc. Ing. Karel Kolář, CSc.; Ing. Pavel Reiterman

Karel Kolář a Pavel Reiterman působí na Fakultě stavební ČVUT v Praze a v současné době se zabývají kvalitou a odolností povrchových vrstev pohledového betonu.

Článek byl uveřejněn v časopisu Realizace staveb.