Cynk to trwałość
Naturalny trwały materiał
Ochronna patyna
Pokrycia i elementy budynków wykonane z cynku wyróżniają się wyjątkową trwałością dzięki naturalnej zdolności blachy do tworzenia ochronnej patyny. W wielu regionach Europy można podziwiać dachy sprzed ponad 100 lat, które do dziś zachowują swoją pełną funkcjonalność.
Powstająca patyna skutecznie zabezpiecza powierzchnię, zapewniając ponadprzeciętną żywotność pokrycia, co czyni cynk materiałem szczególnie atrakcyjnym również we współczesnym budownictwie.
Naturalna odporność na korozję
W dzisiejszych czasach nie trzeba już udowadniać odporności cynku na korozję, zwłaszcza, że w Europie można znaleźć liczne przykłady ponad stuletnich pokryć cynkowych. Dzięki badaniom naukowym oraz zgromadzonej wiedzy znamy przyczyny tej wyjątkowej trwałości. Metaliczna powierzchnia cynku w kontakcie ze składnikami atmosfery (tlenem, dwutlenkiem węgla i wodą) wchodzi w reakcję chemiczną, wyniku której powstaje cienka warstwa pasywacyjna, zwaną potocznie patyną. Prawidłowo wytworzona patyna skutecznie hamuje dalsze reakcje cynku, chroniąc materiał przed korozją.
Patyna: zabezpieczenie w dwóch etapach
Czas tworzenia się patyny o jasnoszarym odcieniu zależy od warunków atmosferycznych, lokalizacji oraz ekspozycji na promienie słoneczne, wiatr, opady i zanieczyszczenie powietrza. Proces ten trwa zazwyczaj od sześciu miesięcy do dwóch lat.
Prawidłowy proces patynacji przebiega w dwóch etapach:
Etap 1
Powstaje gęsta, nierozpuszczalna w wodzie powłoka, złożona z kryształków zasadowego wodorotlenku cynkowego. Warstwa ta hamuje reakcję cynku z zawartym w powietrzu tlenem, skutecznie zabezpieczając materiał przed korozją.
Etap 2
Następnie powstaje porowata warstwa o zmieniającej się z czasem grubości, składająca się z węglanu cynkowego. Choć ma ona mniejsze znaczenie, również pełni istotną funkcję: neutralizuje kwaśne deszcze oraz zanieczyszczone wody opadowe.
- Metaliczna powierzchnia cynku reaguje z tlenem (O2) zawartym w atmosferze i w obecności wody (H2O) tworzy wodorotlenek cynku (Zn(OH)2).
- Wodorotlenek cynku reaguje z dwutlenkiem węgla (CO2) czego wynikiem jest powstanie węglanu cynkowego (2ZnCO3.3Zn(OH)2), głównego składnika patyny.
Nieprzeciętna trwałość
Przy początkowej grubości blachy rzędu 0,7 mm i średniej prędkości patynacji 1 µm/rok, można łatwo obliczyć, że trwałość cynku walcowanego przekracza 100 lat. Żywotność ta jest jednak bezpośrednio uzależniona od warunków środowiska atmosferycznego. W środowisku wiejskim średnia trwałość cynkowego pokrycia wynosi od 90 do 100 lat. W klimacie morskim, w pobliżu wybrzeży, osiąga od około 40 do 70 lat, natomiast w środowisku silnie uprzemysłowionym - około 50 lat. Istotny wpływ na trwałość pokrycia ma zawartość SO2 w powietrzu. Konieczność redukcji emisji tego związku, a także innych zanieczyszczeń, narzucona przez ustawodawstwo wielu krajów europejskich, w przyszłości przyczyni się do wydłużenia trwałości pokryć cynkowych.
Tempo korozji
Patyna tworzy zwartą, przylegająca, nierozpuszczalna w wodzie warstwę, która ogranicza dalszy kontakt cynku z tlenem. Dzięki temu zapobiega rozwojowi korozji na powierzchni cynku lub utrzymuje jej tempo na bardzo niskim poziomie.
Trwałość cynku może jednak zostać osłabiona przez niektóre kwaśne zanieczyszczenia. Najistotniejszym z nich jest dwutlenek siarki (SO2). Reaguje on z patyną tworząc siarczany cynku (ZnSO3 + ZnSO4), które, jako związki rozpuszczalne w wodzie, są wypłukiwane przez deszcz.
Źródłem dwutlenku siarki są zakłady przemysłowe, ciepłownie opalane paliwami kopalnymi oraz ruch samochodowy. W związku z tym, tempo korozji w środowisku przemysłowym i miejskim jest szybsze niż w czystym środowisku wiejskim.
Od lat 70. XX wieku zanieczyszczenie powietrza SO2 uznawane jest za jedno z podstawowych zagrożenień dla środowiska. W ustawodawstwie wielu państw europejskich (i nie tylko), wprowadzono rygorystyczne przepisy ograniczające emisję tego typu zanieczyszczeń. W efeckie nastąpiła znacząca redukcja zawartości SO2 w atmosferze, szczególnie widoczna na obszarach miejskich i przemysłowych.
Tempo korozji walcowanego cynku w drugiej połowie XX w. wyraźnie spadło.
Obecnie przeciętne tempo korozji walcowanego cynku wynosi 1 µm/rok(¹). Przy typowej początkowej grubości 0,7 mm oznacza to przewidywaną trwałość przekraczającą sto lat. W ostatnich dekadach prognozowany okres użytkowania walcowanego cynku systematycznie się wydłuża i – przy utrzymaniu obecnych trendów środowiskowych – będzie nadal wzrastać.
(¹)I. Odnevall Wallinder, P. Verbiest, C.R. Janssen, C. Leygraf, „Efekty środowiskowe wypłukiwania cynku z pokryć dachowych w różnych latach w wyniku korozji atmosferycznej”, 14th International Corrosion Congress, 16 września – 1 października 1999, Cape Town, RPA.
Kolejne zagadnienia
