автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.03, диссертация на тему:Исследование противокоррозионных композиций на основе хлорированных полиолефинов с целью получения покрытий с повышенной адгезией

1 Введение

Стр. №

2 Обзор литературы по противокоррозионным лакокрасочным материалам.

2.1 Типы пленкообразователей, используемых 9 для изготовления химстойких ЛКП.

2.2 ЛКМ на основе хлорполимеров, свойства, 16 преимущества, недостатки.

2.3 Влияние пигментов, наполнителей и актив- 27 ных добавок на технологические и эксплуатационные свойства ЛКП.

2.4 Влияние физико-механических характери- 40 стик и конструкции покрытий на их эксплуатационные свойства

Противокоррозионная защита является одной из важнейших проблем народного хозяйства. Это обусловлено, в первую очередь, значительным экономическим ущербом, причиняемым коррозией оборудования, машин, зданий, сооружений и коммуникаций. Острота и сложность проблемы защиты от коррозии непрерывно и быстро возрастает в связи с ростом металлического фонда, находящегося в использовании в различных отраслях народного хозяйства, интенсификацией и химизацией всех видов производств, повышением коррозионной агрессивности сред и их многообразия. /1/ В экономическом отношении коррозия влечет за собой потерю стоимости вышедшего из строя оборудования, затраты на ремонт, связанные с коррозионным разрушением, и противокоррозионную защиту. Этот экономический ущерб определяют, как прямые потери на коррозию, при этом следует иметь в виду, что в большинстве случаев стоимость оборудования, конструкций и коммуникаций и их монтажа значительно превышает стоимость самого конструкционного материала. По оценке специалистов прямой ущерб от коррозии в промышленно-развитых странах составляет 2 - 5% национального дохода. Прямой экономический ущерб, обусловленный коррозией, в народном хозяйстве СССР оценивался на уровне 14,7 млрд. руб. /2/ Значительно больший экономический ущерб обусловлен косвенными потерями от коррозии: недовыпуск продукции при авариях и простоях оборудования, связанных с коррозионными разрушениями; снижение качества продукции вследствие загрязнения технологических сред продуктами коррозии; усложнение технологии при отсутствии необходимого коррозионностойкого конструкционного материала; завышение припусков размеров на коррозию конструкций, что ведет не только к увеличению расхода металла, но и часто к снижению эксплуатационных характеристик оборудования, например снижению интенсивности теплопередачи в теплообменной аппаратуре. Косвенный ущерб от коррозии в среднем в 1,5 - 2 раза превышает прямой ущерб.

Среди методов противокоррозионной защиты в настоящее время самыми распространенными являются коррозионностойкое легирование, покрытие лакокрасочными материалами, электрохимическая защита, ингибирование и некоторые другие.

Наиболее универсальным и эффективным способом защиты от коррозии в различных отраслях промышленности является применение лакокрасочных покрытий (ЛКП). Ежегодно более 80% металлоизделий, используемых в области машиностроения, металлообработки и строительства подвергаются окрашиванию /3/. В 1997 г. ежегодное мировое производство лакокрасочных материалов достигло 25 млн. т. при среднегодовых темпах роста 3,4% /4/.

Использование новых синтетических пленкообразующих (эпоксидных, полиуретановых, хлорполимеров и др.) в составе ЛКМ значительно расширило область их применения. Однако повышение химической инертности покрытий, как правило, снижает их адгезионные характеристики. Для сохранения удовлетворительной адгезии используют достаточно сложные и дорогостоящие операции по подготовке окрашиваемой поверхности, либо введение в состав ЛКМ наполнителей, модификаторов и активаторов, которые не всегда дают достаточный эффект.

В настоящее время все более широкое применение за рубежом во многих отраслях промышленности, в том числе и в противокоррозионной технике находят полиолефины, особенно хлорированные. Это объясняется тем, что полиэтилен и полипропилен составляют основную часть промышленного производства многотоннажных полимеров.

Наличие функционального хлора в полиолефинах придает им растворимость в ряде органических растворителей и позволяет получать сетчатые структуры, что значительно повышает химическую стойкость покрытий на их основе, эластичность, биостойкость, адгезионные свойства.

Из анализа патентной литературы по применению галогенсодержа-щих полиолефинов в качестве защитных покрытий видно, что основным препятствием, сдерживающим широкое применение их для противокоррозионной защиты, является низкая адгезия к металлам. Повышение адгезии может быть достигнуто за счет введения в гало-генсодержащие полиолефины различных активных добавок и наполнителей или путем их активации.

Хлорированные полиолефины хорошо совмещаются со многими полимерами, что дает предпосылки для создания новых композиций с заранее прогнозируемыми свойствами. С этой точки зрения большой интерес представляют полимерные композиции, в которых в качестве модифицирующих добавок используются отходы химических производств.

В настоящее время промышленное производство продуктов органического синтеза и синтеза полимеров располагает большим количеством отходов. Номенклатура этих отходов очень широка. Поэтому при их использовании можно получить полимерные композиционные материалы с новыми ценными свойствами. Помимо этого при использовании отходов химических производств для создания новых полимерных материалов и покрытий одновременно решается задача рационального использования вторичных ресурсов и охрана биосферы от загрязнений промышленными отходами.

Таким образом, разработка новых противокоррозионных покрытий на основе хлорированных полиолефинов, является актуальной задачей, позволяющей обеспечить уменьшение коррозионных потерь и повышение эксплуатационной надежности оборудования, машин, коммуникаций зданий и сооружений.

Выводы

1 В результате комплексного исследования композиций на базе хлорированных полиолефинов установлена возможность значительного повышения адгезионной прочности и других механических характеристик защитных покрытий на основе хлорсульфированного полиэтилена за счет отверждения аминами. Оптимальным отвердителем для этих покрытий являются ароматические амины, действие которых сводится к образованию в процессе отверждения соединений типа сульфонами-дов, образующих прочные связи с поверхностью металла.

2 Модифицирование растворов ХСПЭ и ХПЭ эпоксидной смолой в 2-3 раза повышает адгезию отверждаемых аминами защитных покрытий к металлической поверхности. Оптимальные физико-механические характеристики покрытий достигаются при добавлении эпоксидной смолы в количестве от 15 до 40 % масс. Оптимальным отвердителем для растворов ХПЭ, модифицированных эпоксидной смолой, является метилированный триэтилентетрамин.

3 Увеличение содержания пигментов заметно повышает вязкость композиций на основе ХПО. В тоже время количество пигментов (примерно 1% масс.) необходимое для обеспечения декоративных характеристик покрытий не вызывает такого повышения вязкости, которое ограничивало бы возможность нанесения композиции. Органические антрахиноновые пигменты химически взаимодействуют с сульфогруппами ХСПЭ, однако, не влияют на структурирование покрытий.

4 Установлено, что растворы ХПО в ксилоле имеют меньшее значение вязкости по сравнению с растворами в толуоле и бутилацетате, что позволяет получать на их основе ЛКМ с большим сухим остатком. Оптимальными концентрациями растворов хлорполимеров, как базы для противокоррозионных покрытий являются для ХСПЭ - 15% и для ХПЭ - 20%.

5 Адгезия покрытий на основе ХСПЭ, сформированных на окисленной поверхности стали выше, чем на неокисленной, что объясняется химическим взаимодействием окислов железа с компонентами, обладающими восстановительными свойствами.

6 Ускоренные коррозионные испытания, емкостно-омическим методом, в дистиллированной воде и 20% соляной кислоте при 20 и 50°С показали высокую защитную способность покрытий на основе ХПО. Активное сопротивление образцов при экспозиции в течение 360 суток не изменилось.

7 Использование разработанных и выпущенных композиций марки Галополим для защиты строительных конструкций и химического оборудования дало положительные результаты.

1. М., Металл и коррозия. М.; Металлургия. 1985. 88с.

2. Тимонин В.А., Научно-технические, экономические и социальные аспекты проблемы коррозии. Журнал всесоюзного химического общества им. Д.И. Менделеева том 33, №3, стр. 3 - 7 , 1988

3. Елисаветский A.M. Инженерно-химическая наука для передовых технологий. Сборник трудов пятой сессии международной школы повышения квалификации. Том 2, стр. 71-93. 1999.

4. Богомолова Е.П., Киреева В.Г. ЛКМ. 1997. № 7-8. 10-12.

5. Гольдберг М.М. Материалы для лакокрасочных покрытий. М,: Химия, 1972.344 с.

6. Рейбман А.И. Защитные лакокрасочные покрытия. Л: Химия, 1982, 320с. с илл.

7. Лившиц М.Л., Пшиялковский Б.И. Лакокрасочные материалы. М.: Химия, 1982. 359 с. с илл.

8. Яковлев А.Д., Здор В.Ф., Каплан В.И. Порошковые полимерные материалы и покрытия на их основе. Л., Химия, 1971.256 с.

9. Розенфельд И.Л., Рубинштейн Ф.И., Жигалова К.А., Защита металлов от коррозии лакокрасочными покрытиями. М.: Химия, 1987,224 с.

10. Тихомиров В.Б. Полимерные покрытия в атомной технике. М.: Атомиздат, 1965. 276 с.

11. Ронкин Г.М. Современное состояние производства и применение хлорированных полиолефинов- М.; НИИТЭХИМ, 1979

12. Васильева И.В. и др. Пластические массы, 1986, № с.

13. Бюллетень фирмы " Доу Кемикл" (США), 1976 №305-409

14. Проспект фирмы "Хехст"(ФРГ) М.:Химия-77,1977

15. Донцов А.А. Доктор, дис. М., МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 1973

16. Донцов А.А. и др. -Каучук и резина, 1975,№11. с. 14

18. Ронкин Г.М. и др. -Хлорная промышленность, М. НИИТЭХИМ, 1978,№ 5,с.11

19. Ронкин Г.М. и др. Хлорная промышленность, М., НИИТЭХИМ, 1976. № 7, с. 19-23

20. Лозовик Г.Я. Канд. дис, М., МИХМ, 1969

21. Максудов Г.А. Вести, техн. и эконон. информации, 1962, № 11,с.46

22. Шнейдерова В.В., Никитин В.И., Соколова СЕ. Бетон и железобетон, 1986, № 8, с.36-37.

25. Wenner R., Rubb. Age, 1952, v.71, #2. p. 205

26. Kelly D.J., Paint, Oila, Chem. Rev., 1957, v.l20, #313, p. 10

27. Донцов A.A. Лозовик Г.Я. Новицкая СП Хлорированные полимеры М.:Химия, 1979, с. 98-107

28. Чекулаева Е.И., Жолудов B.C., Радзевич B.C., Соколов В.А., Защита строительных конструкций и химической аппаратуры от коррозии. М., Стройиздат, 1980, 160с.

32. Лабутин А.Л., Молехова К.С., Федорова Н.С. Антикоррозионные и герметизирующие материалы на основе жидких каучуков, М-Л: Химия, 1966.

33. Шнейдерова В.В. -в кн. Лакокрасочные материалы со специальными свойствами, М., МДНТП, 1974, с. 104

34. Шнейдерова В.В., Минаева Г.С., Лозовик Г.Я. - В кн. Защита от коррозии строительных конструкций, М., Стройиздат, 1968, с. 5

35. Лозовик Г.Я. и др. Лакокрасочные материалы и их применение, 1968, № 3, с. 40.

36. Лозовик Г.Я., Клипов И.Я. - В кп. Труды Московского института химического машиностроения, М., 1971, с. 135.

37. Сорокин М. Ф., Шодэ Л.Г., Кочнова З.А., Химия и технология пленко - образующих веществ, М., "Химия", 1981, с. 323

39. Гофман В., Вулканизация и вулканизующие агенты, М., "Химия", 1968, с. 298.

43. Лозовик Г.Я., Шнейдерова В.В., Дробоглав Б.С, В кн. Лакокрасочные материалы со специальными свойствами, М., МДНТП, 1974, с. 108.

44. Genin G., Peint. Pigm. Vem., 1959, v.35, #9, p.62

45. Эрман В.Ю., Отчет ГИПИ ЛКП, Б, № 0-6848, 1980.

46. Карякина М.И. и др. ЛКМ, 1972, № 5, с. 49-52.

47. McFarland J. Corrozion, 1956, vl2, #5, p. 17, 187

48. Cryzewich, J. Polymery - tworzywa wiclkoczast, 1961, v.6, #9, p. 373; #10, p. 317

49. Карякина М.И., Лавенделе СМ. Механика полимеров, 1969, №3, с. 587

50. Карякина М.И., Лавенделе СМ., Майорова Н.В., ЛКМ, 1974, № 1,с. 42.

51. Айзенфельд Ц.Б., Канд. дис, М., ГИНАП, 1969

52. Красильщиков А.Н., Лозовик Г.Я., Айзенфельд Ц.Б., ЛКМ, 1974, №1, с. 42.

53. Kaut und Gummi, 1964, 14, #10, p. 308

54. Galperin J., Amhein W., - J. Appl. Polymer. Sci, 1967, v. 11, #7, p. 1259

55. Моисеев Ю.В., Заиков Г.В.. Химическая стойкость полимеров в агрессивных средах, М., "Химия", 1979, с. 262.

56. Brooks R.S., Strain D.E., McAiwy А.- India Rubber World, 1953, V. 127,#6,p.791

57. Лабутин A.Л.. Антикоррозионные и герметизирующие материалы на основе синтетических каучуков. Л., "Химия", 1982, с. 67-75.

58. Ронкин Г.М., Хлорсульфированный полиэтилен, ЦНИИТЭнефтехим, М., 1977.

59. Дринберг А.Я., Гуревич Е.С, Тихомиров А.В. Технология неметаллических покрытий. Л., Госхимиздат, 1957, 590 с.

60. Головин В.А. Инженерно-химическая наука для передовых технологий. Сборник трудов пятой сессии международной школы повышения квалификации. Том 2, стр. 27-47. 1999. ;i6

61. Верхоланцев В.В. и др. Фазовая структура Пк из смесей эпоксиолигомера с перхлорвиниловыми смолами // Лакокрасочные материалы, 1989, №3, с 54-55.

62. Никитаева Н.Н., Ламбрев В.Г., Верхоланцев В.В.//Бюллетень изобретений №4, 1995, патент № 5017815/05, заявлен 23.12.91 опубл 09.02.95

63. Дехно А.Л., Седнев Д.В. О механизме формирования двухслойных полимер-полимерных покрытий методом электроосаждения. //Коллоид. Ж.. - 1995. -57, №3, с.317-320

64. Абдрахманова Л.А. Диффузионная модификация полимеров реакционноспособными олигомерами. Автореф. Докт. Дисс, Казань, КГ АСА (КИСИ), 1996 с. 22

65. Хозин В.Г., Абдрахманова Л.А., Тимофеева Н.В. Диффузионная модификация эпоксидных полимеров фурановыми соединениями. // Ж. Прикладной химии , 1994, т.67,№9, с.1533-1536

66. Шангин Ю.А., Яковлев А.Д., Вайноя О.В. Структура и свойства алкидных и эпоксидных покрытий, наполненных полиэтиленом. // Лакокрасочные материалы и их применение. -1996, №7,-с. 3-5

67. ГОСТ 8420-74 Материалы лакокрасочные. Методы определения условной вязкости.

68. Карякина М.И. Испытание лакокрасочных материалов и покрытий. -М.: Химия, 1988, -272 с.

69. ГОСТ 15140-78 Материалы лакокрасочные. Методы определения адгезии.

70. Фокин М.П. и др. ЛКМ, 1980, № 1, с.33-34

71. Лейкис Д.И. Новые методы исследования коррозии металлов, М., Наука, 1973, с. 26

72. Шмыров В.В., Егоров Б.Н. Лакокрасочные материалы и их применение, 1974, №4, с.63

73. Розенфельд И.Л. и др. Новые методы исследований коррозии металлов, М., Наука, 1973, с. 109

74. Иоффе Б.В., Костиков P.P., Разин В.В., Физические методы определения строения органических соединений, - М.: Высш. Шк., 1984.-336 с , ил.

75. Small Р.А. - J, Appl. Chem., 1953,v3,p71.

76. Дринберг А., Ицко Э.Ф. Растворители для лакокрасочных материалов Л.: Химия, 1986.

77. Ван Кревелен Д. В. Свойства и химическое строение полимеров М., Химия, 1976.

78. Ноу K.L. - J Paint Techn., 1970, v42,p76.

79. Л.Белами, Инфракрасные спектры сложных молекул, Издатинлит, 1965.

80. Лозовик Г.Я., Роговский В.Г. и др ЛКМ, 1968, №3, с.40