автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.03, диссертация на тему:Противокоррозионные свойства пигмента, синтезированного на основе отработанного хром-алюминиевого катализатора, и разработка грунтовки на его основе

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПОЛУЧЕНИЕ ПИГМЕНТОВ НА ОСНОВЕ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ ДЛЯ ПРОТИВОКОРГОЗИОННЫХ ГРУНТОВОК

1.1. Общая характеристика проблем, связанных с образованием техногенных отходов

1.2. Защита от коррозии пигментированными покрытиями

1.3. Использование техногенных отходов при получении пигментов и наполнителей для противокоррозионных грунтовок

1.3.1. Получение железооксидных пигментов

1.3.2. Получение оксида цинка

1.3.3. Получение противокоррозионных пигментов

1.3.4. Получение наполнителей

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Характеристика исходных материалов

2.2. Методы исследования

2.2.1. Методы исследования состава синтезированных веществ

2.2.2. Методы испытания пигментов и наполнителей

2.2.3. Методы испытания лакокрасочных систем

2.2.4. Методы испытания лакокрасочных покрытий

2.2.5. Методы исследования защитных свойств лакокрасочных покрытий

2.3. Выбор метода исследования противокоррозионных свойств пигментов и пигментированных покрытий

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Исследование состава и свойств ОХК

3.2. Получение пигментов на основе ОХК

3.3. Исследование основных пигментных свойств

3.4. Исследование основных противокоррозионных свойств

3.5. Получение и исследование смесевых пигментов

3.6. Разработка грунтовочных составов на основе синтезированных пигментов

ВЫВОДЫ

Актуальность темы.

К эффективным и относительно дешёвым методам защиты металлов от коррозии относится нанесение лакокрасочных покрытий, противокоррозионная эффективность которых в значительной мере определяется природой и содержанием пигментов. Высокой способностью подавлять коррозионные процессы стальных изделий характеризуются покрытия, содержащие пигменты ингибирующего типа* обеспечивающие подавление коррозионных процессов даже в случае нарушения сплошности лакокрасочной плёнки. К наиболее распространенным пигментам подобного типа относятся хроматные пигменты (содержащие в своём составе Сг*6).

Пигменты, содержащие хром, отличаются высокой стоимостью, что обусловлено ограниченностью сырьевой базы их производства. Одним из возможных путей её пополнения является использование хромсодержащих техногенных отходов, в частности отработанных катализаторов, повышенная токсичность которых создает значительные проблемы с их захоронением.

В связи с вышеизложенным, актуальны исследования, направленные на получение эффективных противокоррозионных пигментов с использованием техногенных отходов.

Цель работы заключалась в получении противокоррозионного пигмента ингибирующего типа путём утилизации отработанного хромсодержащего катализатора (ОХК) и в разработке рецептур алкидных грунтовок на основе полученного пигмента.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

- разработан способ синтеза противокоррозионных пигментов с использованием в качестве исходного сырья ОХК и выбраны оптимальные условия синтеза;

- исследована способность полученных пигментов, индивидуально и в составе лакокрасочного покрытия, влиять на закономерности корразии стали; 5

- изучено влияние состава пигментной части, содержащей синтезированные пигменты, и уровня наполнения алкидных покрытий на их противокоррозионные и другие эксплуатационные характеристики, и на основе полученных результатов выбран оптимальный состав грунтовки.

Научная новизна

В работе впервые показана возможность получения высокоэффективных противокоррозионных пигментов посредством утилизации ОХК, включающей высокотемпературный синтез хроматов щелочноземельных металлов (Са, Ва) на основе хромсодержащих соединений, входящих в состав утилизируемого отхода.

Показано, что добавление фосфата цинка к хроматным пигментам вызывает синергический эффект усиления их противокоррозионного действия.

Практическая значимость работы

В результате исследования влияния температуры, времени термообработки смесей ОХК с оксидами кальция и бария, состава и метода получения этих смесей на содержание водорастворимых веществ в получаемых продуктах и их способности подавлять процесс коррозии стали, выбраны оптимальные состав и условия синтеза пигмента, по эффективности противокоррозионного действия не уступающего тетраоксихромату цинка ТОХЦ. Использование в качестве исходного сырья отработанного хромсодержащего катализатора позволяет избежать необходимости захоронения этого токсичного отхода (связанного со значительными материальными затратами), способствовать сохранению природных сырьевых ресурсов и значительно удешевить получаемый продукт.

На основе пигмента оптимального состава разработана рецептура алкидной грунтовки, по малярно-техническим характеристикам удовлетворяющей требованиям к этому классу лакокрасочных материалов, а по защитным свойствам покрытий не уступающей штатной грунтовке ГФ-0119. 6

На защиту выносятся: способ получения противокоррозионного пигмента на основе ОХК результаты исследования технических и противокоррозионных свойств разработанных пигментов и защитной способности пигментированных ими алкидных покрытий, рецептура противокоррозионной грунтовки, содержащей пигмент оптимального состава.

Апробация работы.

Основные результаты работы обсуждались на научных сессиях КГТУ 1999, 2001, 2002 гг. в Казани и на Республиканской школе студентов и аспирантов "Жить в XXI веке". - Казань. 2002.

Публикации

По материалам диссертации имеется 7 публикаций.

Структура и объём диссертации

Диссертационная работа изложена на 123 страницах и состоит из введения, обзора литературы, методической части, результатов исследований и их обсуждения, выводов, списка цитируемой литературы и приложений. Работа содержит 50 рисунков и 16 таблиц.

выводы

1. Исследован состав и малярно-технические свойства отработанного хромсодержащего катализатора ИМ-2201 и предложен способ получения на его основе противокоррозионного пигмента, основанный на термообработке этого отхода производства в смеси с оксидами кальция и бария.

2. Найдены температурно-временные параметры термообработки смесей отработанного катализатора и оксидов кальция и бария, обеспечивающие протекание процесса окисления содержащегося в катализаторе Сг+3 до Сг+6 с приемлемой, с технологической точки зрения, скоростью. Установлено положительное влияние присутствия воды при смешении исходных компонентов на их химическую активность.

3. Исследованы малярно-технические и противокоррозионные свойства пигментов полученных на основе отработанного катализатора с различным содержанием оксидов кальция и бария в шихте. Показано, что водные вытяжки кальцийсодержащего пигмента обладают более высокой способностью подавлять коррозионные процессы, однако повышенное содержание водорастворимых веществ в его составе вызывает снижение барьерных свойств пигментированных покрытий.

4. Показана возможность оптимизации соотношения противокоррозионных свойств получаемых пигментов и содержания в них водорастворимых веществ за счёт совместного использования в качестве исходных компонентов оксидов кальция и бария, найдено оптимальное содержание указанных оксидов в реакционной шихте.

5. Установлен синергический эффект совместного использования синтезированных хромсодержащих пигментов и фосфата цинка, обусловленный усилением водной экстракции ингибирующих коррозию соединений Сг**.

6. На основе проведённых исследований разработана оптимальная рецептура алкидной грунтовки, содержащей в качестве действующего начала смесь синтезированного пигмента и фосфата цинка, по защитному действию не уступающая штатной грунтовке ГФ-0119.

1. Капица П. Л. Глобальные научные проблемы ближайшего будущего. В кн.: Эксперимент, теория, практика -М.: Наука, 1981.

2. Родионова И. А. Глобальные проблемы человечества. М: АО АСПЕКТ ПРЕСС, 1994. - 142 с.

3. Наркевич И. П., Печковский В. В. Утилизация и ликвидация отходов технологии неорганических веществ. М.: Химия, 1984. - 240 с.

4. В. Д. Семенюк, В. П. Батюк, Н. П. Стасюк и др. Складирование отходов химических производств М: Химия, 1983. - 240 с.

5. Андзэн Когаку. Оценка риска загрязнения окружающей среды токсичными химическими веществами, выделяющимися при обработке отходов // J. Jap. Soc. Safety Eng. 1990. - Vol. 29, № 6. - p. 468-475.

6. Ливчак И. Ф., Воронов Ю. В. Охрана окружающей среды: Учеб. Пособие. М: Стройиздат, 1988. - 191 с.

7. Порядок накопления, транспортировки, обезвреживания и захоронения токсичных промышленных отходов (Санитарные правила). М: Минздрав СССР, 1985.

8. Временный классификатор токсичных промышленных отходов и методические рекомендации по определению класса токсичности промышленных отходов. Утв. Минздравом СССР 13.05.87 и ГКНТ СССР от 15.05.87.

9. Реймерс Н. Ф. Природопользование. М.: Мысль, 1990.

10. Шеховцов А. А., Звонов В. И., Чижов С. Г. Влияние отраслей народного хозяйства на состояние окружающей среды. М.: Изд. Центр "Метеорология и гидрология", 1995.

11. Коптюг В. А. Конференция ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, июнь 1992): Информ. Обзор. Новосибирск, 1992. - 64 с.

12. Закон РФ "Закон об охране окружающей природной среды". № 2060 1, -М: 19 декабря 1991.

13. Мухлёнов И. П. Технология катализаторов. Л.: Химия, 1979. - 324 с.

14. Снурников А. П. Комплексное использование сырья в цветной металлургии. М: Металлургия, 1986. - 384 с.

15. Чалов В. И., Таужнянская 3. А., Дорохина Л. Н. Пути утилизации и обезвреживания токсичных отходов предприятий цветной металлургии // Цвет. Металлургия. 1991. - № 6. - с. 42-44.1.l

16. Сокращение отходов в Луизиане (США) // Enz. 1990. - Vol. 224, № 19. -p. 18.

17. Обработка отходов в США // Integrated Waste Management. 1991. - Apr.-п. 8.

18. Рязанов А.Ф. Состояние производства пигментов, наполнителей и их сырьевой базы // Лакокрасочные материалы и их применение. 1992. № 5. -с. 18-22.

19. Индейкин Е. А. Физическая химия пигментов и пигментированных материалов. Ч. 1. Изд. 2-е Ярославль: ЯПИ, 1977. 88 с.

20. Яковлев А.Д. Химия и технология лакокрасочных покрытий. Л.: Химия, 1981.-352 с.

21. Липатов Ю.С. Физическая химия наполненных полимеров. М: Химия, 1977. - 304 с.

22. Мэнсон Дж, Сперлинг Л. Полимерные смеси и композиты. М.: Химия, 1979. - 440 с.

23. Степин С.Н., Светлаков А.П., Смирнова С.А. Метод оценки критического объёмного содержания пигментов в грунтовочных покрытиях // Лакокрасочные материалы и их применение. 1996. -№11.-с. 12-15.

24. Штерн М А.,Цибизов А. Н. // ЛКМ, 1974, № 5, с. 21-23.

25. Андрова В. В., Ламака Т. А. // ЛКМ, 1979, № 2, с. 26-28.

26. Анциперова В. П., Романова И. С., Бергман А. Г. ЛКМ, 1973, № 2, с. 4042.

27. Индейкин Е.А., Лейбзон Л.Н., Толмачев И.А. Пигментирование лакокрасочных материалов. Л.: Химия, 1986. -160 с.

28. Корсунский Л.Ф., Калинская Т.В., Степин С.Н. Неорганические пигменты. Справ, изд. СПб.: Химия, 1992. - 336 с.

29. Салистый С. М, Бабин Е. П. Пигменты и пигментированные лакокрасочные материалы. Киев: УМК ВО, 1989. - 205 с.

30. Barry Т.A., Scanlon D.P. Stainless steel metallic flake pigments // Polym. Paint Colour J. 1988. - V. 178. - № 4208. - P. 120,122.112

31. Walkinson С. Flake glass coating: The practical solution for corrosion control // Polym. Paint Colour J. 1990. - V. 180. - № 4270. - p. 602, 604.

32. Runde W., Ganxin W., Bingshen J. The performances of impermeability of resin filled glass flakes // C'orros. And Corros. Contr. Offshore and Mar. Constr.: Proc. Int. Conf., Xiamen, Sept 6-9, 1988, Beijing, 1989. - p. 288294.

33. Неорганические пигменты. Каталог ЛНППО "Пигмент". Черкассы: НИИТЭХИМ, 1979. -122 с.

34. Белый В.А, Егоренков Н.И., Плескачевский Ю.М. Адгезия полимеров к металлам. Минск: Наука и техника, 1971. - 288 с.

35. Семенченко В. К, Санжаровский А. Т. ЛКМ, 1974, № 2, с. 21.

36. Охрименко И. С., Калаус Э. Э. ЛКМ, 1972, № 1, с. 5-6.

37. Егоренков Н. И., Кузавков А. И., Докторова В. А. // Высокомол. соед., 1982, т. 24 (А), № 12, с. 2475.

38. Розенфельд И.Л., Рубинштейн Ф.И. Антикоррозионные грунтовки и ингибированные лакокрасочные покрытия. М: Химия, 1980. - 200 с.

39. Наумова С.Ф., Михайловский Ю.Н., Зубов П.И. Влияние паро- и газопроницаемости полимерных пленок на их свойства // Лакокрасочные материалы и их применение. -1966. № 2. - с. 30-33.

40. С.Ф.Наумова, В. Д. Гербер, Ю.Н. Михайловский и др. Влияние проницаемости и адгезии полимерных покрытий к металлу на скорость развития коррозионного процесса под защитной пленкой // Лакокрасочные материалы и их применение. 1966. - № 5. -С. 31-34.

41. Рейтлингер С. А. Проницаемость полимерных материалов. М.: Химия, 1974. - 270 с.

42. Чалых А.Е. Диффузия в полимерных системах. М.: Химия, 1987. - 312 с.

43. Тагер А.А. Физико-химия полимеров. М.: Химия, 1968. - 536 с.

44. Mayne I. Е. Ochronaprzed korozja, 1974, t. 17. № 3, s. 82-88.

45. Эванс Ю.Р., Коррозия и окисление металлов. М.: Машгиз, 1962. - 856 с.

46. Bambara G, Lunazzi G. С, Martini В. Werkst. Und Korros., 1982, Bd. 33, № 11, s. 610-617.

47. Lambert X. Doubl Liasion, 1976, v. 23, № 256, p. 19-36.

48. Маттссон Э. Пер. со шведск. / под ред. Колотыркина Я. М. М.: Металлуогия. 1991. 158 с.113

49. Свобода М. К проблематике изучения защитных свойств лакокрасочных антикоррозионных грунтовок // Защита металлов, 1986,-т. 22.-№ 3,-с. 405-411.

50. W.Funke Umweltfreundlicher Korrosionshutz // Farbe und Lack. -1981.- Bd. 89.-№2.-s. 86-91.

51. Doren K., Freitag W., Stove D. Wasserlake: Umweltschonende Alternative fur Beschichtgungen . Koln: Verl. TUV Rheinland, 1992. - 243 s.

52. Скорчеллетти B.B., Теоретические основы коррозии металлов. Л.: Химия, 1973. - 264 с.

53. Розенфельд И. Л. Атмосферная коррозия металлов. М.: АН СССР, 1960. -372 с.

54. Svoboda М, Meziva I. Propertien of coatings determined by anticorrosion pigments // Progress in Organic Coatings. 1984 - v. 12. - p. 251-297.

55. Розенфельд И.Л., Рубинштейн Ф.И., Жигалова KA. Защита металлов от коррозии лакокрасочными покрытиями. М.: Химия, 1987. - 224 с.

56. Розенфельд И. Л. Ингибиторы коррозии. М.: Химия, 1977. - 350 с.

57. Meyer G. Chromate als moderne Korrosionsinhibitoren // Farbe und Lack. -1962. Bd.68. - № 12. - s.853-859.

58. Schwabe K. // Werkstoffe und Korrosions 1964. - Bd. 15. - № 1. - S.70.

59. Mansfeld R, Uhlig H. // Corros.Sci. 1969. - v.9. - № 5. - p. 377.

60. Толстихина К. И. Природные пигменты Советского Союза, их обогащение и применение. М: Гос. научно-техн. издательство литературы по геологии и охране недр, 1963. 334 с.

61. Амелин А. Г. Технология серной кислоты. Учебн. пособие для вузов 2 изд. перераб. - М.: Химия, 1983 - с. 360.

62. А. С. 1623963 СССР. Способ регенерации растворов разложения пиритного огарка.

63. Pigmenty zelazowe otrzymywane z odpadov i ich wykorzustame do barwienia elewacji. Bandrowska Czeslawa. "Przem. Chem.", 1983, 62, № 11, 621-623, 594, 594.

64. Воронова Ф. M., Никулин С. С., Шаповалова Н, Н. и др. Получение пигментов из отработанного железохромового катализатора /У Лакокрасочные материалы и их применение. 1990. - № 3. - с. 98-99.

65. Ермилов П. И., Индейкин Б. А, Толмачёв И. А. Пигменты и пигментированные лакокрасочные материалы: Учеб. Пособие для вузов. Л.: Химия, 1987. - 200 с.114

66. Беленький Е.Ф., Рискин И.В. Химия и технология пигментов. Л.; Химия, 1974. - 656 с.

67. Епихин Ф. Н. Получение магнитных порошков и железооксидных пигментов из твёрдых промышленных отходов; Дис. канд. тех. наук. -М.: 1998.-193 с.

68. Шульц А. А. Элементы безотходной технологии в металлургии: Учебн. пособие для вузов М.: Металлургия, 1991. - 174 с.

69. Боровский Ю. Ф., Шергин Н. В., Ященко А. А. Отходы литейного производства и охрана окружающей среды II Литейное производство. -1993. -№6.-с. 34-35.

70. Pigment grade iron oxide from L-D dust, blue dust and pickling ferrous sulphate. Satpathy В. K, Rao R V. Ramana. "Res. And Lnd 1983, 28, № 2, s. 99-103.

71. A. C. 649732 СССР. Способ получения железосодержащего пигмента

72. А. С. 2073695 СССР. Способ пер^>абоши золы ТЭЦ с получением железосодержащего пигментного наполнителя.

73. А. С. 94015581 СССР. Способ переработки золы ТЭЦ с получением железосодержащего пигментного наполнителя.

74. А. С. 1792951 СССР. Способ получения КЖП.

75. Кудрявский Ю. П. Получение неорганических пигментов из возгонов титановых хлораторов //Лакокрасочные материалы и их применение. -1986.-№ 1.-е. 19-18.

76. Кудрявский Ю. П. Технология получения железооксидных пигментов из отходов титанового производства и на их основе эмалей и красок // Литейное производство. 1993. - № 6. - с. 34-35.

77. Пат. 2043303 Россия. Способ получения железооксидного пигмента и установка для его получения.

78. Соболь Л. Г., Дзюба Л. В. Получение железооксидных пигментов на основе отходов Курской магнитной аномалии / Техногенные продукты и совершенствование технологии вяжущих. -М., 1983. с. 234-237.

79. А. С. 1507830 СССР. Способ получения КЖП.

80. А. С. 709650 СССР. Способ получения железо-кальциевого пигмента.

81. А. С. 779374 СССР. Способ получения железоокисных пигментов.

82. А С. 1318603 СССР. Способ получения КЖП.

83. А. С. 1784625 СССР. Способ получения КЖП.11585.