Дипломная работа: Поиск оптимального содержания пигмента в покрытиях на основе алкидного лака ПФ-060

Е – коррозионный потенциал;

ЛКМ – лакокрасочный материал;

ЛВЖ – легковоспламеняющиеся жидкости;

ОСП – объемное содержание пигмента;

КОСП – критическое объемное содержание пигмента;

ПДК – предельно допустимая концентрация;

НИР – научно-исследовательская работа.

Введение

Одним из наиболее надежных и относительно дешевых методов защиты металлов от коррозии является нанесение лакокрасочных покрытий. Основную противокоррозионную функцию выполняет грунтовочный слой. Его защитное действие определяется в основном природой и содержанием пигментов. В этой связи большое внимание исследователей обращено на усиление защитных характеристик грунтовок посредством наполнения так называемыми активными противокоррозионными пигментами ингибирующего типа. Эти ингибиторы коррозии позволяют поддерживать скорость коррозионных процессов окрашенной стали на относительно низком уровне, даже при нарушении сплошности лакокрасочной пленки.

До настоящего времени наиболее эффективными пигментами подобного типа являются вещества, содержащие хром и свинец, придающие им высокую токсичность. Активно ведущийся в течение последних десятилетий поиск менее токсичной, полноценной в аспекте ингибирующей способности замены хромсодержащих и свинецсодержащих пигментов не завершен, так как в предлагаемых альтернативных вариантах уменьшенная вредность не сочетается с эквивалентной противокоррозионной эффективностью. Поэтому продолжение поиска в этом направлении остается актуальной задачей.

1 Аналитический обзор

Повышенная коррозионная агрессивность технологических сред в ряде отраслей промышленности (химической, нефтехимической, нефте- и газодобывающей, цветной и черной металлургии и других) в сочетании с большими скоростями движения электролитов, высокими температурой и давлением являются основной причиной выхода из строя оборудования, аппаратуры и коммуникаций [1].

1.1 Защита от коррозии

Защита от коррозии, приводящей к большим потерям трудовых, природных и материальных ресурсов, является основой увеличения срока службы металлических и бетонных конструкций [2]. Использование технологических и эксплуатационных свойств современных лакокрасочных материалов позволяет осуществлять противокоррозионную защиту разнообразных объектов, тем самым обеспечивая экономию всех вышеуказанных ресурсов. При выборе лакокрасочных покрытий в качестве защитных средств необходимо учитывать условия эксплуатации аппаратуры, конструкции, оборудования, способность лакокрасочного материала обеспечить противокоррозионную защиту в конкретных условиях эксплуатации. Необходимо также учитывать природу окрашиваемой поверхности и технико-экономическую эффективность применяемого лакокрасочного покрытия.

Коррозия под лакокрасочными покрытиями, электрохимическая по своей природе, зависит от природы и концентрации электролитов и паров кислот в воздухе, поэтому к ней применимы все основные законы электрохимического разрушения.

Защитные свойства лакокрасочных покрытий определяются суммой физико-химических свойств, которые могут быть сведены к четырем основным характеристикам [3]:

- электрохимические и изоляционные свойства покрытий;

- способность пленок замедлять диффузию и перенос коррозионных агентов к металлической поверхности;

- способность покрытий, содержащих пленкообразующее, пигмент и ингибитор, пассивировать или электрохимически защищать металл;

- адгезионные и механические свойства покрытий.

Все эти свойства связаны между собой и оказывают друг на друга взаимное влияние.

Среди широкого многообразия лакокрасочных материалов [4] в области противокоррозионной защиты весьма распространены грунтовочные лакокрасочные композиции, представляющие собой дисперсии противокоррозионных пигментов, иногда с наполнителями, в пленкообразующих веществах с высокой адгезионной способностью к окрашиваемой поверхности. Антикоррозионные грунтовки, соприкасаясь непосредственно с металлической поверхностью, должны обеспечивать помимо прочной адгезии к металлу и высокие защитные свойства. Это достигается применением соответствующих пленкообразующих, введением специальных пигментов, тормозящих коррозионный процесс, использованием различных поверхностно-активных веществ и других добавок. Свойства грунтовочного покрытия определяются видом применяемого пигмента, а также объемным соотношением между пигментами и пленкообразующим [5].

Рассмотрены требования, предъявляемые к противокоррозионным лакокрасочным покрытиям, основные пленкообразующие и противокоррозионные пигменты, применяющиеся для наполнения лакокрасочных покрытий. Отмечено, что противокоррозионные лакокрасочные покрытия включают слой грунтовки, промежуточный слой, наполненный противокоррозионным пигментом, и завершающий прочносцепленный слой. Из пленкообразующих рекомендовано применять алкидную, фенольную, эпоксидную, виниловую, аминоалкидную и акриловую смолу, а также алкидную смолу, модифицированную кремнийорганической смолой, и фторсодержащие смолы. В качестве пигментов применяют цианамид свинца, оксид цинка, основной сульфат свинца, плюмбат кальция, основной хромат свинца, цинкхроматный пигмент, цинковую пыль, порошки алюминия, графита и нержавеющей стали, слюду, молибдаты, фосфаты и метаборат бария [6]. Однако применение многих из них ограничивается их токсичностью.

Весьма перспективным с этой точки зрения является пигмент на основе марганца, обладающий противокоррозионным действием на уровне цинковых кронов. Одним из главных достоинств марганца является то, что он входит во вторую группу вредных веществ, его ПДК составляет 0,3 мг/м3, в то время как ПДК соединений хрома, являющегося традиционным антикоррозионным пигментом, в 30 раз ниже, что обуславливает его отнесение к первой группе вредных веществ и, как следствие, ограниченность в применении. Изучены химический состав и пигментные качества марганцовых руд синайских месторождений (Египет). Сделан вывод о перспективности их использования в качестве антикоррозионных пигментов [7]. Исследованы антикоррозионные и механические свойства алкидных грунтовок с марганцовыми рудами в качестве пигмента. Сделан вывод о замене пигментов на основе оксидов железа на пигменты на основе марганцовых руд [8]. С целью снижения водорастворимости пигментов на основе марганца их зачастую осаждают с нерастворимыми солями: фосфатами, сульфатами и силикатами.

1.2 Силикаты

Силикаты - это обширный класс соединений, образованных диоксидом кремния (кремнеземом) и оксидами других элементов. Многообразие силикатов связано со способностью атомов кремния соединяться между собой через атомы кислорода, образуя в зависимости от природы оксидов металлов и их соотношения с оксидом кремния кремнекислородные радикалы различного строения, изоструктурно замещаться на атомы алюминия и в меньшей степени на атомы Ge, Ti, Fe, Be и P, с наличием полиморфизма для кристаллических силикатов (способностью реализовывать различные структурные варианты при одинаковом химическом составе) [9]. Так, например, для кремнезема наиболее известными полиморфными модификациями являются кварц (две формы), кристобалит (две формы), тридимит, стишовит, коэсит.

Как правило, силикаты являются тугоплавкими и химически пассивными веществами, плохо или практически нерастворимыми в воде. В зависимости от температуры они могут быть газообразными, жидкими (расплавленными) и твердыми, а также образовывать высокодисперсные (коллоидные) системы с размером частиц силикатов 10- 6-10- 9 м. В отличие от растворов в коллоидах имеется поверхность раздела между частицами силикатов и дисперсионной средой. Халцедоны и опалы (SiO2 ∙ nH2O), в которых вода (ее содержание непостоянно) является дисперсионной средой, - пример таких систем. Спектр химического состава силикатов чрезвычайно широк. Это и алюмосиликаты, то есть силикаты, в которых часть атомов кремния замещена на атомы алюминия, и гидросиликаты - силикаты, содержащие воду, и другие. Силикаты могут иметь как природное, так и искусственное происхождение.

1.3 Природные силикаты

Известна роль силикатов в строении земного шара. По современным представлениям земной шар состоит из ряда оболочек, наружная из которых, земная кора, или литосфера, образована гранитной, базальтовой оболочками и тонким осадочным слоем. Гранитная оболочка в основном состоит из гранита - плотных сростков из полевых шпатов, слюды, амфиболов и пироксенов, а базальтовая - из таких гранитоподобных, но более тяжелых силикатных пород, как габбро, диабазы и базальты. Составной частью осадочного слоя являются, в частности, глины, основа которых - силикатный минерал каолинит. Таким образом, литосфера на 95 мас. % образована силикатами.