Антикоррозионные составы на основе полиаминоамида и ПВК для долговременной консервации металлоизделий

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Коррозия вообще и атмосферная коррозия металлов, в частности, являются настоящим бичом современной техники — машин, механизмов, металлоконструкций различного назначения. Прямые потери от нее, исчисляемые в нашей. стране десятками миллиардов рублей в год, всегда недоучтены, т.к. отсутствуют надежные научно-обоснованные методы такого учета. Еще в большей мере это касается косвенных потерь, которые, по самым осторожным оценкам, превышают прямые в два-три раза. К этому нужно добавить вообще не поддающиеся учету огромные социальные потери, обусловленные выходом из строя за счет коррозии металлоизделий, незапланированными выбросами и сбросами экоток-сикантов в результате разрушения реакторного хозяйства, разрывов нефте-, газои продуктопроводов. Это наносит очень большой вред здоровью людей и среде их обитания.

Разработка методов защиты от атмосферной коррозии, соответствующих защитных неметаллических материалов является одной из важнейших задач современной коррозионной науки. Несмотря на кажущуюся широту номенклатуры защитных антикоррозионных материалов, потребность в них покрывается лишь на 10−12%. Это вызывает возрастающий импорт средств защиты (в частности, ингибиторов для нефтяной и газовой промышленности, средств временной противокоррозионной защиты (тектилы) и т. д.). Поэтому очень важной задачей является разработка отечественных антикоррозионных материалов, экологически безопасных, обеспеченных надежной сырьевой базой и производственными мощностями. По существу, имеются, по крайней мере, два пути экстренного решения этой задачи:

— создание новых малокомпонентных составов, что определяет их технологичность и позволяет оперативно решить вопросы обеспечения их производства отечественным сырьем. Причем, часто для этого возможно использование отходов производства нефтехимической промышленности, либо промышленности тяжелого (основного) органического синтеза. Такой подход позволяет превратить отходы в сопутствующие продукты, решить целый комплекс экологических задач, в том числе, сделать, в принципе, нецелесообразной их утилизацию;

— модификация существующих защитных материалов, также обеспеченных необходимыми мощностями для их производства и сырьевой базой, но технология использования которых сопряжена с большими энергетическими затратами, требует специальных устройств для проведения консерва-ционных работ, либо значительных времен для формирования защитных пленок, что резко ограничивает их практическое использование.

Причем, как в первом, так и во втором случае получаемые материалы не должны существенно уступать по функциональным характеристикам существующим, входящим в состав широко известной номенклатуры, но отсутствующим в реальной жизни, либо не способным в силу малого объема производства удовлетворить существующие потребности.

Отчасти решению указанных проблем применительно к условиям хранения металлоизделий на предприятиях госрезерва посвящена настоящая работа.

ЦЕЛЬЮ НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЫ, имеющей экспериментальный характер, явилось:

— разработка нового малокомпонентного состава на основе маслорас-творимых полиаминоамидов и оценка целесообразности создания защитной композиции на базе пушечной смазки и минерального масла или дизельного топлива с целью повышения технологичности и энергосбережения при проведении консервации металлоизделий без существенного снижения уровня функциональных свойств в условиях защиты металлоизделий от атмосферной коррозии;

— изучение вязкостных, реологических свойств составов, их влагопро-ницаемости и связи этих факторов с защитной эффективностью;

— проведение широких промышленных испытаний составов как средств для противокоррозионной защиты нефтепроводных труб и металлоизделий, используемых в процессе эксплуатации железных дорог, при хранении их на предприятиях госрезерва;

— оценка изменения механических характеристик материала изделий в результате их длительного хранения в натурных условиях.

ЗАДАЧИ РАБОТЫ Изучить:

— кинетику атмосферной коррозии углеродистой стали как функцию температуры, относительной влажности воздуха и наличия продуктов коррозии на корродирующей поверхности;

— полифункциональные свойства полиаминоамидов — продуктов взаимодействия полиэтиленполиамина марки Б и синтетических жирных кислот и масляной композиции на их основе как функцию концентрации присадки, природы масла и объема поглощенной воды, в том числе: а. Влияние на кинетику парциальных электродных реакций и коррозию сталиб. Вязкостно-температурные характеристики масляных составовв. Влияние температуры, концентрации полиаминоамида, воды и природы минерального масла на толщину формирующихся масляных пленок и их влагопроницаемость;

— функциональные свойства составов на основе ПВК и минерального масла или дизельного топлива в зависимости от концентрации присадки, относительной влажности воздуха, температуры, вязкостных и реологических свойств, влагопроницаемости составов и толщины защитных пленок. Сопоставить их с эффективностью ряда других используемых защитных материалов;

— обобщить результаты промышленных испытаний защитных составов при атмосферной коррозии металлоизделий (нефтепроводные трубы, рельсы и др.) в натурных условиях при их длительном хранении на предприятиях госрезерва. Оценить изменения механических свойств металла с учетом возможных отклонений от требований государственных стандартов. НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

1. Впервые сопоставлена кинетика атмосферной коррозии углеродистой стали, меди и латуни, незащищенных и законсервированных модифицированным составом на основе ПВК и минерального масла или дизельного топлива, как функция температуры, относительной влажности воздуха и концентрации присадки.

2. Впервые изучены вязкостные, реологические характеристики и вла-гопроницаемость составов на основе пушечной смазки, которые сопоставлены с их защитной эффективностью при атмосферной коррозии, по данным испытаний в лабораторных и промышленных условиях.

3. Изучены функциональные характеристики (подавление электродных реакций и коррозии в целом, вязкостные и реологические свойства, структура, кислородои влагопроницаемость) малокомпонентного состава на основе полиаминоамида и товарных минеральных или отработанного моторного масел (ТВК-М) и найдено оптимальное содержание основных компонентов и модифицирующих присадок.

4. Сопоставлены и обобщены результаты длительных промышленных испытаний на предприятиях госрезерва модифицированных антикоррозионных составов, но основе ПВК, минерального масла или дизельного топлива, а также ряда традиционно используемых материалов. Выяснены оптимальные составы защитных композиций в условиях многолетнего хранения в натурных условиях в качестве госрезерва нефтепроводных труб, железнодорожных рельсов и комплектующих для их установки.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ.

1. Проведены широкие лабораторные исследования малокомпонентного состава нового поколения ТВК-М, разработаны рекомендации по его нанесенною и решены вопросы его промышленных испытаний на предприятиях госрезерва.

2. На базе широких лабораторных исследований и промышленных испытаний предложены модифицированные составы на основе ПВК, СЖК и дизельного топлива, позволяющие использовать их для консервации нефтепроводных труб, железнодорожных рельсов и их комплектующих с последующим многолетним хранением без переконсервации и доконсервации. При этом гарантируется сохранность механических характеристик металла изделий.

3. Разработаны рекомендации по получению и применению масляной композиции ТВК-М и модифицированного состава на базе ПВК, использование которых упрощает технологию консервации и способствует энергосбережению за счет снижения температуры нанесения защитной пленки.

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.

1. Результаты экспериментальных исследований кинетики атмосферной коррозии углеродистой стали, меди и латуни при различных температурах и относительной влажности воздуха.

2. Экспериментально установленные функциональные свойства малокомпонентной масляной композиции ТВК-М, в том числе:

— влияние на кинетику парциальных электродных реакций и коррозию стали;

— вязкостные и реологические характеристики масляных составов на основе полиаминоамидов;

— влияние температуры, концентрации активного начала, воды и природы масла на толщину формирующихся пленок масляных композиций и их защитную эффективность.

3. Экспериментально установленные функциональные свойства составов на основе ПВК и минерального масла или дизельного топлива, определяемые концентрацией присадки, относительной влажностью воздуха, температурой, вязкостными и реологическими характеристиками и водопроницаемостью композиций.

4. Экспериментальные результаты промышленных испытаний защитных составов при атмосферной коррозии нефтепроводых труб, железнодорожных рельсов и их комплектующих в условиях длительного хранения на предприятиях госрезерва.

5. Экспериментально установленное отсутствие изменений механических свойств металла защищенных изделий, подвергнутых многолетнему хранению.

6. Разработанные рекомендации по приготовлению и применению антикоррозионных консервационных составов.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основное содержание работы доложено на VIII-й (Воронеж, 2000 г) и IX-й (Тамбов, 2001 г.) региональных научно-технических конференциях «Проблемы химии и химической технологии», на научных конференциях преподавателей и аспирантов Тамбовского государственного университета им. Г. Р. Державина 1998;2001 гг.

ПУБЛИКАЦИИ. Основное содержание работы отражено в 6 печатных работах.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ

Диссертация состоит из введения, 6-ти глав, обобщающих выводов, списка цитируемой литературы, включающего 123 наименования отечественных и зарубежных авторов и нормативных документов, и рекомендаций по приготовлению и применению.

7 ВЫВОДЫ.

1. Изучены и обобщены литературные данные по кинетике и механизму атмосферной коррозии металлов. Рассмотрены условия протекания сухой, влажной и мокрой коррозии, кинетика восстановления растворенного молекулярного кислорода, как функция природы металла, продуктов их окисления и кислотности среды.

Обобщены взгляды отечественных (Ю.Н.Михайловский, П.В.Стрекалов) и чешских (К.Бартонь, М. Черны) исследователей на подходы к моделированию уровня коррозионных потерь, роли коррозионноагрессивных загрязнителей атмосферы.

2. Рассмотрена и обобщена современная номенклатура отечественных антикоррозионных консервационных составов, в том числе:

— битумы и битумные композиции;

— пластичные смазки, ингибированные и неингибированные;

— пленкообразующие ингибированные нефтяные составы;

— маслорастворимые ингибиторы коррозии.

Сопоставлены их функциональные характеристики, интерпретированы достоинства и недостатки. Отмечено, что наблюдающийся острый дефицит отечественных защитных антикоррозионных материалов обусловлен их многокомпонентным составов, слабостью сырьевой базы, недостаточной всесторонностью проработки свойств композиций.

3. Посредством широких коррозионных, электрохимических, вискози-метрических и спектральных методов исследования, систематического использования статистической обработки впервые систематически изучены полифункциональные свойства полиаминоамида ТВК-1 применительно к созданию защитных масляных композиций для условий атмосферной коррозии металлов. Показано, что в натурных условиях составы на базе ТВК-1 и минерального масла позволяют достичь стабильной защитной эффективности до 90%, а при введении синергетиков (низкомолекулярный каучук) и 98%.

4. Составы на основе ТВК-1 обладают высокой водопоглощающей способностью, что позволяет наносить их в условиях повышенной влажности и по влажной поверхности. При введении модификаторов на их основе можно получить окрашенные декоративные покрытия, не снижающие своей защитной эффективности.

Удовлетворительные вязкостные характеристики, легко варьируемые без введения постороннего загустителя, позволяют наносить защитные композиции при их разогреве не выше 70 °C.

Возможно использование составов на базе ТВК-1 и отработанного моторного масла при защитной эффективности композиций порядка 90%.

5. Защитная способность составов на базе ТВК-1 и минеральных масел не связана с решающим подавлением влагопроницаемости. Коэффициент подавления массопереноса воды через барьерный слой возрастает с повышением концентрации ТВК-1 в защитной композиции (при постоянной толщине защитной пленки) и снижается с увеличением продолжительности эксперимента. При оптимальной Ствк-i его величина не превышает 88%. Определяющим является значительное торможение анодной реакции, скорость которой лимитирует процесс коррозии в подобных условиях.

6. Толщина формирующихся защитных пленок на базе масляных композиций с ТВК-1 не превышает 70 мкм (при 20 °C и Cjbk-i до 7 мае. %), обусловливает невысокие расходные коэффициенты составов. Производство масляной композиции ТВК-М обеспечено надежной отечественной сырьевой базой и может быть быстро налажено в соответствии с заявляемой потребностью.

7. Оценены полифункциональные свойства масляных композиций на основе пушечной смазки ПВК. Показано, что использование составов с 30. 50 мас.% ПВК в минеральном масле позволяет получить защитную эффективность, незначительно уступающую 100%-ной ПВК. Одновременно существенно снижается кинематическая вязкость составов, что позволяет наносить их с разогревом до 70 °C вместо 95. 105 °C для чистого ПВК, и снизить расходные коэффициенты материалов.

8. Показано, что изученные композиции на основе ПВК и индустриального масла И-20А позволяют достичь при атмосферной коррозии меди и латуни JI63 защитного эффекта порядка 70.80%.

9. Пластичная смазка ПВК является эффективным загустителем минеральных масел. Загущающий эффект возрастает с увеличением Спвк и понижением температуры композиции. Составы, содержащие до 20 мас.% ПВК, в интервале температур 20 — 80 °C ведут себя как ньютоновские жидкости. Композиции с 40 и 50 мас.% пушечной смазки подчиняются уравнению Ньютона в более узком температурном интервале (при t >50°С). С последующим снижением температуры появляется предел текучести, а зависимость Р — т" 1 удовлетворительно описывается уравнением Бингама.

10. Композиции на основе ПВК, позволяют достичь защитного действия, близкого к 100%, хотя и характеризуются достаточно высокой влагопроницаемостыо, позволяющей подводить воду к корродирующей поверхности со скоростью, многократно превышающей ее расход в процессе коррозии.

11. Промышленные испытания нефтепроводных труб, рельсов, железнодорожных накладок и подкладок, костылей железнодорожных широкой колеи, путевых болтов и гаек на предприятиях госрезерва (комбинаты «Приволжский», «Горный», «Приуралье» и «Алтай») в условиях длительного хранения показали, что составы на основе ПВК, содержащие до 40 мае. % дизельного топлива (взамен минерального масла) позволяют практически нацело затормозить их атмосферную коррозию на открытой площадке и под навесом в течение 4 лет. Затем требуется переконсервация или доконсервация. В ряде случаев этот срок возрастает до 5 лет.

Масляно-битумный лак ВТ-577, консервационное масло типа НГ-204 «У» и мазут нельзя использовать в качестве консервационных материалов в условиях длительного хранения изученных металлоизделий.

12. Механические свойства нефтепроводных электросварных труб, железнодорожных рельсов, накладок, законсервированных составами на основе ПВК, в том числе временное сопротивление, относительное удлинение, предел текучести, ударная вязкость, твердость на поверхности катания головки рельса, после четырех лет хранения не выходят за пределы требований соответствующих ГОСТов. Требованиям нормативных документов соответствуют и механические свойства железнодорожных костылей, подкладок, болтов и гаек, законсервированных этими материалами.

13. Разработаны рекомендации для приготовления и нанесения масляного состава ТВК-М на базе полиаминоамида ТВК-1 и композиций ПВК с минеральными маслами или дизельным топливом.