Антикоррозионные покрытия с минеральными наполнителями для защиты металлоконструкций от коррозии

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 620.197.6

На правах рукописи

05.23.05 - строительные материалы и изделия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Антикоррозионные покрытия с минеральными наполнителями для защиты металлоконструкций от коррозии

Самбетбаева А.К.

Республика Казахстан Алматы, 2010

Работа выполнена в Казахской головной архитектурно-строительной академии

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Шинтемиров К.С.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Соловьев В.И. кандидат технических наук Сартаев Д.Т.

Ведущая организация: Казахская академия транспорта и коммуникаций им. М. Тынышпаева

Защита состоится 25 ноября 2010 г. в 15.30 часов на заседании диссертационного совета Д 14.03.01 в Научно-исследовательском проектном институте строительных материалов (ТОО «НИИстромпроект») по адресу: 050060, г. Алматы, ул. В. Радостовца, 152/6, к, 306.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Научно-исследовательского проектного института строительных материалов (ТОО «НИИстромпроект») по адресу: 050060, г. Алматы, ул. В. Радостовца, 152/6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Научно-исследовательского и проектного института строительных материалов (ТОО «НИИСТРОМПРОЕКТ») по адресу: 050060, г.Алматы, ул. Радостовца, 152/6

Автореферат разослан « » октября 2010 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н. А. Куатбаев

1. Основная характеристика

Актуальность работы. В Послании Президента Н.А. Назарбаева народу Казахстана отмечается необходимость формирования политики, ведущей к экономическому процветанию, улучшению жизни всех Казахстанцев. Стратегия «Казахстан ? 2030» указывает на необходимость комплексного развития национальной экономики, гармоничного сочетания сырьевых и обрабатывающих отраслей. Такое развитие возможно только на основе разработки и внедрения в производство современных и постоянно обновляемых технологий, способных обеспечить конкурентоспособность отечественной продукции. При этом, обращается особое внимание производству строительных материалов, изделий и конструкций высокой долговечности, и экономии металла.

Долговечность промышленных зданий и оборудования, на строительство которых расходуется значительное количество различных материалов, зависит от стойкости конструкций в различных агрессивных средах. Применение неметаллических химически стойких антикоррозионных покрытий, является одним из основных видов защиты металлоконструкций от коррозии.

Разработка антикоррозионных материалов с использованием недефицитных наполнителей при сохранении ими необходимых реологических и физико-механических свойств является весьма актуальной. В этом плане применение алюмосиликатных отходов в качестве наполнителей не только повышает свойства антикоррозионных материалов, но и одновременно способствуют улучшению, в некоторой степени, экологической обстановки в промышленных районах. В Казахстане имеются большие ресурсы техногенного сырья, не нашедшие должного применения, например, отходы стекольной промышленности - стеклобой, а также керамзитовая пыль, которые в процессе вовлечения их в производство не требуют затрат на добычу и подготовку.

Таким образом, организация разработки новых антикоррозионных покрытий на основе отходов керамзитовой и стекольной промышленности позволит уменьшить зависимость страны от импорта наполнителей и позволит внедрять разработанные составы защитных покрытий непосредственно на строительных объектах, а также в период ремонтно-восстановительных работ, т.е. при восстановлении защитных покрытий. Это явилось основой для постановки данной диссертационной работы и определяет ее актуальность.

Работа выполнена в соответствии с планом научных исследований Алматинского НИИстромпроекта “Разработка композиционных материалов и защитных покрытий на основе местного природного и техногенного сырья” по заданию № 2.05.09(1).

Целью диссертационной работы явилась разработка новых антикоррозионных покрытий, предназначенных для защиты металлических строительных конструкций от коррозии с применением местных наполнителей.

В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи исследований:

- исследовать возможность применения отходов стекольной промышленности и керамзитовой пыли в качестве наполнителей антикоррозионных покрытий;

- разработать эффективные антикоррозионные покрытия с дисперсными наполнителями на основе жидкостекольных и полимерных связующих, пригодных для использования их в качестве защитных покрытий;

- исследовать защитную способность покрытий, наполненных керамзитовой пылью в температурном интервале 900 - 950оС;

- оптимизировать составы и установить зависимость свойств композиций от степени наполнения, т.е., изучить коррозионную стойкость металла под покрытием при воздействии агрессивных сред.

Научная новизна работы:

- установлено, что защитная способность антикоррозионных композиций в значительной степени зависит от свойств и удельной поверхности наполнителя и степени наполнения композиций, влияющих на усадку и коэффициент линейного термического расширения;

- разработана композиция для изготовления защитного покрытия с использованием керамзитовой пыли и отходов стекольной промышленности в качестве наполнителей, что освобождает нашу Республику от импорта наполнителей;

- установлено, что введение керамзитовой пыли в полимерное покрытие, повышает термостойкость защитных покрытий, и устраняет деформации металлоконструкций при нагреве их до температуры 950оС и более;

- показано, что наилучшими защитными свойствами обладают покрытия на основе эпоксидных смол со степенью наполнения 75-80%.

На данную разработку подана заявка на инновационный патент №2010/0150.1 «Антикоррозионное покрытие» патентного ведомства РК.

Практическая ценность и реализация работы:

- разработаны экономичные и эффективные антикоррозионные покрытия с применением в качестве наполнителей местных отходов промышленности - стеклобоя и (или) керамзитовой пыли, производство которых может быть организовано на местах её применения, т.е. на строительных площадках;

- разработанные антикоррозионные покрытия могут изготавливаться непосредственно на предприятиях, выполняющих монтажные работы. Известно, что покрытия, нанесенные на конструкции в заводских условиях, могут повреждаться в период транспортировки и монтажа конструкций;

- разработанные составы антикоррозионных покрытий могут быть использованы в качестве защитных покрытий не только строительных конструкций, но и технологического оборудования, работающего при высоких температурах;

- разработанное антикоррозионное покрытие внедрено на ТОО «Стройкомбинат» (г. Уральск) для защиты металлоконструкций от коррозии. Экономический эффект от внедрения результатов исследований составляет 68518,9 тенге на 1 м2 защищаемой поверхности конструкций.

Научные положения, выносимые на защиту:

- возможность получения антикоррозионных покрытий с использованием алюмосиликатного сырья - керамзитовой пыли и отходов стекольной промышленности в качестве наполнителей;

- оптимизация составов методами математического планирования эксперимента и изучение влияния компонентов антикоррозионных покрытий на основные свойства защитного покрытия;

- результаты электрохимических испытаний стальных образцов, защищенных антикоррозионным покрытием;

- результаты опытно-промышленного внедрения и технико-экономическая эффективность предлагаемых технических решений.

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций гарантирована статистическими данными, применением современных методов расчета и лабораторного оборудования, обеспечивающего необходимый уровень надежности измерений.

Апробация работы и публикации Основные результаты работы доложены на международных, республиканских и вузовских конференциях, в частности, в XVII Менделеевского съезде по общей и прикладной химии (Казань, 2003), в международном симпозиуме «Композиционные материалы и пути совершенствования профессионального образования» КазНУ (Алматы, 2002), в международной конференции «Химия и технология удобрений и материалов» ИХН (Алматы, 2004), в Республиканской научной конференции молодых ученых химиков ИХН (Алматы, 2003) и международной конференции «Инновационные и наукоемкие технологии в строительной индустрии» КазГАСА (Алматы, 2009), международной научно-практической конференции «Инновационные и наукоемкие технологии в строительной индустрии» КазГАСА (Алматы, 2010).

Основные положения диссертационной работы опубликованы в 10 печатных работах.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, 6 разделов, заключения и приложений, изложена на 126 страницах, содержит 14 таблиц, 60 рисунков и список использованных источников из 121 наименования.

2. Основная часть

1. Состояние вопроса и задачи исследований

В первой главе диссертации рассматривается современное состояние исследований.

Минеральные наполнители, благодаря комплексу ценных свойств, такими как высокая кислотостойкость и доступность, могут быть применены для приготовления антикоррозионных покрытий металлических конструкций, работающих в агрессивных средах. При этом наполнители активно влияют на свойства композиционных защитных покрытий. Хотя в литературе приводится множество наполнителей как органического, так минерального происхождений, нет сведений о таком наполнителе, как керамзитовая пыль, которая не требует дополнительной переработки при его применении в качестве наполнителя.

Показано, что для защиты металлических конструкций от коррозии используют композиции на основе жидкого стекла и эпоксидных смол, которые хорошо себя показали при защите стальных конструкций. Однако покрытия на основе жидкого стекла недостаточно водостойки, а термическая стойкость таких покрытий не изучена.

Покрытия на основе эпоксидных смол отличатся более высокой химической стойкостью, адгезией к различным материалам, в том числе, к металлу, имеют низкую усадку, обладают высокими диэлектрическими свойствами. Термостойкость таких покрытий также изучена не достаточно.

Механизм защитного действия антикоррозионных покрытий, определяется не столько физической изоляцией металла от воздействия внешней коррозионной среды, сколько суммой физико-химических свойств покрытий (адгезионных, механических, изоляционных, электрохимических), определяющих электрохимический подход к познанию защитного механизма и требования к покрытиям.

Анализ состояния исследований позволил сформулировать следующую рабочую гипотезу:

Известно, что антикоррозионные покрытия в условиях работы повышенных температур (900оС и более), а также при воздействии открытого пламени, например, при пожаре, трескаются, обугливаются, и осыпаются с поверхности защищаемых конструкций. Повысить термостойкость покрытия, на наш взгляд, можно дополнительным введением в состав покрытия керамзитовой пыли из легко вспучивающихся глинистых пород монтмориллонитовой группы, которые при действии высоких температур вспучиваются, и образуют теплоизоляционный слой, защищающий металлоконструкции от температурных деформаций. Для этих целей можно использовать керамзитовую пыль с холодного конца печи, которые прошли предварительную термообработку, т.е. сушку.

2 Характеристики материалов для изготовления антикоррозионного покрытия и методы исследований

Для приготовления композиционных антикоррозионных материалов, при проведении исследований и полупромышленных экспериментов использованы: в качестве вяжущих веществ - эпоксидная смола ЭД-16 и жидкое стекло. В качестве наполнителей стеклобой и (или) керамзитовая пыль, а в качестве отвердителя полиэтиленполиамин и кремнефтористый натрий. Пластификатором в полимерной композиции служил - дибутилфталат.

Качество исходных материалов оценивали стандартными методами, а также по методикам, нашедшим широкое признание в научно-исследовательских институтах и химической промышленности. Определение стабильности структуры нового термостойкого антикоррозионного покрытия на основе эпоксидной смолы, наполненной керамзитовой пылью при воздействии на нее высокой температуры, соизмеримой с температурой при пожаре, проводили методами рентгено- и термографического анализов, и электронном микроскопе.

Защитные свойства антикоррозионных покрытий проверяли в смоделированных хлоридной и сульфатной агрессивных средах. Оценку коррозионной стойкости проводили гравиметрическим методом, т.е. измерением потерь массы стали после различных сроков испытаний. При этом, после удаления защитного покрытия, визуально оценивали площадь коррозии и вид коррозии стальных образцов.

Образцы для изучения защитных свойств покрытий изготовляли из стали в соответствии с требованиями ГОСТ 8832-76. Количество образцов по каждому составу композиции, способу подготовки поверхности, условиям нанесения и режима формирования покрытий выбирали в соответствии с требованиями, поставленными нами на этот метод испытаний.

3 Предварительный подбор состава и определение основных свойств антикоррозионных покрытий

Для выбора наиболее доступных наполнителей нами исследовано влияние стеклянного порошка и керамзитовой пыли на адгезионные свойства и защитную способность покрытий. Наполнители вводили в количестве от 100 до 150 весовых частей от массы жидкого стекла или эпоксидной смолы.

Известно, что визуальная оценка коррозионного состояния стальных образцов не дает точной информации о дальнейшем электрохимическом состоянии стальных образцов под покрытием. Кроме того, при визуальной оценке коррозионного состояния приходится удалять покрытие с поверхности стальных образцов, что сопряжено значительными трудностями, так как после удаления самого покрытия образцы приходится еще вытравливать соляной кислотой, ингибированной уротропином. Этот процесс может дополнительно вызвать коррозию стали, под влиянием соляной кислоты. Поэтому мы решили провести электрохимические исследования защищенных антикоррозионными покрытиями стальных образцов методом снятия анодных поляризационных кривых, а также измерением омического сопротивления покрытий.

На рисунках 1 и 2 представлены результаты электрохимических исследований состояния стальных образцов, защищенных антикоррозионными покрытиями на основе жидкого стекла и эпоксидной смолы. Исследования проводили потенциостатическим методом, снятием анодных поляризационных кривых на потенциостате П-5827М. Регистрацию зависимости плотности тока поляризации от потенциала производили потенциометром ПДП-04-002. Вспомогательным электродом служило кольцо из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Электродом сравнения служил хлорсеребряный электрод, заполненный насыщенным раствором КСI.

Из рисунка 1 видно, что антикоррозионные покрытия смещают стационарные потенциалы стального образца в положительную сторону на 120-150 мВ при наполнении жидкостекольного связующего керамзитовой пылью. Если данное связующее наполнить стеклянным порошком, то смещение стационарного потенциала составляет 220-250 мВ.

1 - образец без покрытия после 180 циклов; 2 - образец с покрытием, где наполнителем была керамзитовая пыль (100% от массы жидкого стекла); 3 - то же (125% от массы жидкого стекла); 4 - то же (150% от массы жидкого стекла); 5 - то же, наполнитель стеклянный порошок (100% от массы жидкого стекла);

6 - то же, наполнитель стеклянный порошок (125% от массы жидкого стекла);

7 - то же, наполнитель стеклянный порошок (150% от массы жидкого стекла)



Рисунок 1 ? Анодные поляризационные характеристики стали с антикоррозионными покрытиями на жидкостекольном связующем после 180 циклов ускоренных коррозионных испытаний

При применении антикоррозионного покрытия на основе жидкостекольного связующего, увеличивается средняя удельная поляризуемость образцов (с 40,1-47,7 до 69,7-89,0 мВ/мкА/см2).

На рисунке 2 представлены анодные поляризационные кривые стального образца, защищенного антикоррозионным покрытием на основе эпоксидной смолы, где в качестве наполнителей использованы керамзитовая пыль и стеклянный порошок.

1 - образец без покрытия после 180 циклов; 2 - образец с покрытием, где наполнителем был стеклянный порошок (100% от массы эпоксидной смолы); 3 - то же (125% от массы эпоксидной смолы); 4 - то же (150% от массы эпоксидной смолы); 5 - наполнитель керамзитовая пыль (100% от массы эпоксидной смолы); 6 - то же, (125% от массы эпоксидной смолы); 7 - то же, (150% от массы эпоксидной смолы)

Из рисунка 2 видно, что антикоррозионные покрытия на основе эпоксидной смолы надежно защищают стальные образцы от коррозии независимо от того, какой наполнитель был использован в покрытии. Однако анализ кривых показывает, что в случае наполнения эпоксидной смолы стеклянным порошком значения плотностей тока поляризации меньше, чем при наполнении смолы керамзитовой пылью.

Рисунок 2 ? Анодные поляризационные характеристики стали с антикоррозионными покрытиями на основе эпоксидной смолы после 180 циклов ускоренных коррозионных испытаний

На рисунке 3 приведены кривые, показывающие влияние вида наполнителя и толщины покрытий на их жаростойкость при температуре 900-950оС.

1 - покрытие на основе эпоксидной смолы ЭД-16, наполненной керамзитовой пылью; 2 - то же, на основе жидкого стекла, наполненной керамзитовой пылью; 3 - покрытие на основе эпоксидной смолы ЭД-16, наполненной стеклянным порошком; 4 - то же, на основе жидкого стекла, наполненной керамзитовой пылью

Рисунок 3 - Влияние вида наполнителя и толщины покрытий на жаростойкость

Из рисунка видно, что жаростойкость покрытий на основе эпоксидной смолы и керамзитовой пыли выше, чем у покрытий, где в качестве наполнителя применялся стеклянный порошок (при одинаковой толщине покрытий). При этом с увеличением толщины покрытий значительно повышается жаростойкость, которая доходит до 60 минут при толщине покрытий 1,0 мм. В случае применения в качестве наполнителя стеклянного порошка жаростойкость ниже и находится в пределах 40-45 мин.

3 Математическое моделирование и поиск оптимального состава антикоррозионного покрытия

Методом математического моделирования и поиска оптимального состава антикоррозионного покрытия установлено, что наиболее значимыми исходными данными являются следующие входные параметры: Х1 - количество эпоксидной смолы, включая отвердитель 10% от массы смолы; Х2 - количество пластификатора; Х3 - количество наполнителя.

Исследования взаимного влияния этих компонентов на прочность покрытия, ее толщину и огнестойкость были решены с использованием специально разработанной программы (системы Mathcard-14). Анализ показал следующие качественные зависимости и закономерности: с ростом расхода эпоксидной смолы, огнестойкость покрытия, толщина и прочность - убывают. Установлено, что с ростом расхода пластификатора повышается эластичность покрытия. При этом огнестойкость, толщина покрытия и прочность - снижаются. С ростом количества наполнителя повышается толщина покрытия и его огнестойкость. Однако прочность растет до определенного предела, соответствующего расходу наполнителя 150-160 мас. частей.

Выявлено, что наибольшая прочность, равная примерно 48 МПа получается при значении Х1 = 94,97, Х2 = 4,91 и Х3 = 160,23 а худшие значения прочностей, равные 42-43 МПа получаются при расходе смолы и пластификатора выше оптимальных значений и наполнителя ниже 135 мас. частей. Однако достигнутая прочность 42-43 МПа не может служить препятствием для его применения, так как она достаточно высокая.

На основании математического моделирования оптимального состава покрытия и с учетом аналитических данных по прочности, толщине покрытия и его огнестойкости получен следующий оптимальный состав антикоррозионного покрытия: расход эпоксидной смолы, включая 10 мас. частей отвердителя - 83,18; расход пластификатора - 3,67; расход наполнителя -160,18. керамзитовый пыль антикоррозионный металл

При таком составе расчетное значение прочности покрытия составит 45,8 МПа, а толщина покрытия 1,14 мм. Эти результаты хорошо согласуются с проведенными экспериментальными исследованиями, и могут быть рекомендованы в качестве оптимального состава антикоррозионного покрытия металлических изделий и конструкций.

4 Изучение структуры покрытия и ее изменения при эксплуатации

Дериватографичекий анализ получил широкое применение при изучении полимеров, и является весьма перспективным методом, с помощью которого может быть решен чрезвычайно широкий круг теоретических и практических задач.

Проведенное нами исследование позволило изучить основные температурные характеристики связующего, а также влияние оксидов железа, содержащихся в керамзитовой пыли и введенных в полимерную композицию, на химическую стабильность материалов покрытий.

В связи с тем, что формирование покрытий происходит при обычной температуре, а процесс плавления полимера начинается примерно при температуре 350-360оС, практический интерес для нас представляет взаимодействие связующего, с оксидами железа, образующимися на поверхности стального образца.

С этой целью нами была приготовлена полимерная композиция, включающая добавки керамзитовой пыли, где содержатся оксиды железа и гидрослюды.

На рисунке 4 представлены дериватограммы антикоррозионного покрытия, модифицированного керамзитовой пылью -1 и смолой без добавок - 2.

1 - с керамзитовой пылью; 2 - смола без добавок

Рисунок 4 ? Дериватограммы антикоррозионного покрытия, отвержденного при температуре 260°C в течение 2 ч

На кривых (рисунок 4) видно, что при введении в композиции оксидов железа, химическая стабильность антикоррозионного покрытия повышается. Кривая ДТА-1 в интервале температур до 470°C идет выше кривой ДТА-2. Это говорит о большом значении энтропии системы с добавками керамзитовой пыли. Несмотря на то, что термоэффекты, связанные с кристаллизацией при 80-90°C выражены слабо, можно заметить некоторое увеличение температуры кристаллизации на кривой ДТА-1. Кроме этого, на кривой ДТА-1 заметно уменьшается эндоэффект при 250°C, а максимум его сдвигается в сторону больших температур, и приходится на 270°C. Исчезают эффекты, связанные с термодеструкцией в интервале температур от 410 до 460°C, ярко выраженные на кривых ДТА-2 и ДТГ-2. На кривой ТГ-1 потерям массы в 1,2% соответствует температура 460°C, а при температуре 410°C потери массы значительно меньше. Максимум эффекта, связанного с термодеструкцией исследуемой композиции на кривой ДТГ-1, приходится на температуру 470°C, а многочисленные эффекты на кривой ДТГ-2, связанные с термодеструкцией, в интервале температур от 410 до 500°C на кривой ДТГ-1 исчезают. Следовательно, можно считать возможным нагрев металлического изделия с антикоррозионным покрытием до температуры 450°C без опасения повреждения покрытия.

Дериватограммы образцов материалов покрытий после 2-х, 3-х, 4-х лет выдержки в парах серной кислоты идентичны кривым 1 (рисунок 4), что указывает на стабильность структуры материала.

Параллельно с дериватографическими проводили рентгенографические исследования. Для изучения процессов формирования надмолекулярных структур при нагревании антикоррозионного покрытия, наполненного керамзитовой пылью (оксидами железа), нами были проведены рентгенографические исследования покрытий, до и после термообработки, с добавками керамзитовой пыли и без добавок в чистом виде.

Рентгенодифрактограмма антикоррозионных покрытий без добавок (рисунок 5) до термообработки дает дифракционную картину хорошей разрешимости, характерную для аморфно-кристаллического полимера.

При термообработке этих покрытий в течение 15 мин при температуре 400°C, происходит некоторая упорядоченность кристаллической структуры, что хорошо видно по увеличению разрешимости рефлексов (особенно с d=0,190-0,199 нм и d=0,270-0,281 нм) и увеличению высоты пиков. Все это говорит об увеличении содержания кристаллической фазы в пробе. Следует отметить, что при этом не проявляется новых рефлексов, значит, сшивание происходит без какой-либо закономерности.

При добавлении в композицию керамзитовой пыли мы наблюдаем кристаллическую картину двух фаз: покрытия с добавкой керамзитовой пыли и без добавки (рисунки 5, 6).



Рисунок 5 ? Дифрактограмма антикоррозионных покрытий без добавки

Рисунок 6 ? Дифрактограмма антикоррозионного покрытия с добавкой керамзитовой пыли

После термообработки пробы предлагаемого антикоррозионного покрытия с добавкой, мы наблюдаем, появление новых рефлексов с d = 0,335 нм и d = 0,712 нм, идентифицировать которые нам не удалось (рисунок 6).

Однако, резюмируя результаты, полученные совместно с результатами, полученными при дериватографических исследованиях, мы можем говорить о физическом взаимодействии эпоксидной смолы и керамзитовой пыли с оксидами железа. По-видимому, это свидетельствует о переходе части макромолекул в состояние граничного слоя, т.к. на дифрактограмме после термообработки пробы мы наблюдаем ярко выраженную закономерную связь на определенном уровне и эти эффекты хорошей разрешимости. На дифрактограмме до термообработки пробы эти эффекты исчезающе малы.

Дифрактограммы образцов материалов покрытий после 2-х, 3-х и около 4-х лет выдержки в 3-х процентном растворе NaCI не позволили ощутить разницы, что также указывает на стабильность структуры материала, хотя ИК-спектры поглощения при этом имеют некоторые различия.

ИК-спектры поглощения образцов покрытия после 2-х, 3-х и около 4-х лет выдержки в 3-х процентном растворе NaCI приведены на рисунке 7. Их расшифровка показывает, что основные полосы поглощения соответствуют 1,4-дизамещенному бензольному ядру и связи бензольного ядра с серой в области 820 см-1, а также 1,2,4-трехзамещенному бензольному ядру в области 860 см-1.

В процессе выдержки покрытия в растворе NaCI несколько возрастает интенсивность полос поглощения в области 860 см-1 с одновременным снижением интенсивности полос поглощения в области 820 см-1. Полос поглощения, характерных для деформационных и валентных колебаний сульфоксидных и сульфоновых групп после выдержки антикоррозионного покрытия в 3-х процентном растворе NaCI в течение 4-х лет, не обнаружено. Это указывает на то, что материал имеет преимущественно линейно-разветвленные и частично сшитые структуры, в которых на каждое ароматическое ядро приходится один атом серы, и окисления в эти сроки практически не происходит.

Рисунок 7 ? ИК-спектры антикоррозионного покрытия после выдержки в 3-х процентном растворе NaCI в течение: 1 - 2-х, 2 - 3-х, 3 - 4-х лет

Это также свидетельствует о стабильности структуры полимера, наполненного керамзитовой пылью в процессе нагревания и при работе ее в агрессивном растворе в течение 4-х лет. Химической связи эпоксидной смолы с оксидами железа не обнаружено.

Если учесть, что 3,0% раствор соляной кислоты, особо агрессивен, и покрытие работает в нем, то наше предложенное покрытие и в обычных атмосферных условиях будет работать без изменения структуры.

5 Разработка производственной технологии нанесения покрытий, ее проверка и технико-экономический эффект

Работы по испытанию покрытий и их внедрению были проведены на ТОО «Стройкомбинат», г. Уральск. По предлагаемой технологии были изготовлены опытные образцы антикоррозионных покрытий для защиты металлических изделий и конструкций от коррозии.

Нанесение антикоррозионных полимерных покрытий на металлические изделия осуществляли способом напыления их цементной пушкой, а формирование покрытия на изделиях проходила в естественных условиях до полной полимеризации и отверждения.

Температура металлических изделий в процессе нанесения покрытия была комнатная, т.е. равна температуре в цехе. Время формирования покрытия составляла 18-24 ч.

Сплошность покрытий проверяли после отверждения покрытий на изделиях электроискровым прибором. Данный прибор регистрирует места с поврежденными покрытиями на изделиях за счет пробоя пленки покрытия и проскакивания искры между защищаемой поверхностью и электродом прибора. Нарушений сплошности покрытий не обнаружено.

За базовый объект, т.е. сравниваемый варианты были приняты лакокрасочные покрытия. Эти перекрытия были выбраны с учетом того, что они массово применяются в строительстве, и такие конструкции выпускаются заводами металлоконструкций, и применяются строительными организациями.

Натурные обследования различных металлических конструкций показал, что они поражены слоистой и язвенной коррозии при их эксплуатации в агрессивных средах. Как показали наши эксперименты, предлагаемое антикоррозионное покрытие может успешно работать как при защите металлических конструкций в агрессивных средах, так и при кратковременном, до (1 ч) воздействии на них высокой температуры до 900-950оС. Это еще раз подтверждает верность выбора для сравнений базового лакокрасочного покрытия, используемого до настоящего времени и разработанного нами антикоррозионного покрытия.

Исходные технико-экономические данные, необходимые для расчета эффективности разработанного антикоррозионного полимерного покрытия и технологии его нанесения на металлические конструкции, приведены в таблице 1.

При этом приняты следующие допущения:

- расход преобразователя ржавчины на 1 м2 конструкции взят равным как для базового, так и предлагаемого вариантов;

- не учтены расходы по очистке стальных конструкций, т.к. в соответствии со строительными нормами и правилами по данным они должны быть очищены от ржавчины и загрязнений во всех случаях;

- нормативный срок службы металлических конструкций принята равной как для базового, так и предлагаемого вариантов;

- объем предполагаемого внедрения взят 1500 м2 в соответствии с программой выпуска опытно-промышленной партии, согласованной с ТОО «Стройкомбинат». Расчет экономической эффективности выполнен на 1 м2 защищаемой стальной конструкции.

- расчетная толщина покрытий принята 1,0 мм. Стоимость электроэнергии, расходуемой на пневматическое нанесение защитных покрытий, взята в равной для обоих сравниваемых вариантов. Стоимость эпоксидной смолы и порошка керамзитовой пыли взята в соответствии с указанными ТОО «Стройкомбинат» ценами.

Исходные данные для расчета экономической эффективности приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Исходные данные для расчета экономической эффективности применения антикоррозионных покрытий

Показатель (по данным ТОО «Стройкомбинат»)	Единица измерения	Разновидность технологии
		базовая	предла-гаемая
Объем внедрения	м2	1500	1500
Показатели на 1 м2 защищаемой металлоконструкции
Себестоимость нанесения покрытий	тенге	12600	20437,06
Срок службы изделия	лет	5	35,3

Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения антикоррозионного покрытия и технологии его нанесения на металлические изделия и конструкции, достигаемый за счет увеличения долговечности более, чем в семь раз:

ЭГ = (12600 х 7,06 ? 20437,06) х 1500 = 102778,41 тыс. тенге.

Экономический эффект на единицу готовой продукции (1м2 поверхности металлических изделий) достигает 68518,9 тенге, который достигается за счет увеличения срока службы предложенного антикоррозионного покрытия и увеличения срока возобновления покрытия на конструкциях. При этом не учтена экономия, которая достигается за счет замены вышедших из строя конструкций, деформированных при пожаре, так эта ситуация имеет эпизодический характер.

Заключение

1. Разработано полимерное антикоррозионное покрытие на основе эпоксидной смолы ЭД-16 и наполнителей - керамзитовой пыли из холодного конца обжиговой печи, а так же стеклянного порошка для защиты металлических конструкций от коррозии, повышающее ее стойкость к коррозии в агрессивных средах, а также при пожаре.

Физико-механические свойства покрытий соответствуют предъявляемым требованиям.

2. Минимальная толщина разработанного покрытия, обеспечивающая его целостность (100% сплошности) при технологических и эксплуатационных воздействиях составляет 700-1000 мкм. При этом не ухудшается прочность связи покрытия с металлом.

3. Разработанное покрытие предохраняет стальную конструкцию от коррозии при эксплуатации в агрессивной среде хлоридов и сульфатов, а также предохраняет его от деформаций при воздействии на металлические конструкции высокой температуры (до 900-950оС), например при пожаре. При этом конструкции не деформируются в течение 57-60 мин.

Методами физико-химического анализа показана стабильность структуры предлагаемого покрытия в процессе нагревания покрытия и при работе ее в агрессивных средах в присутствии хлорид ионов. Расчетное значение долговечности покрытия составляет 35,3 лет.

4. С учетом результатов исследований проведены опытно-промышленные испытания антикоррозионного покрытия на ТОО «Стройкомбинат», г.Уральск. Установлено, что разработанное антикоррозионное покрытие может успешно применяться для защиты металлоконструкций от коррозии при нанесении ее способом пневмораспыления, например, цементной пушкой. Это покрытие может быть рекомендовано и для защиты металлоконструкций при пожаре. Преимуществом разработанного покрытия является то, что они могут готовиться и наноситься непосредственно при ремонтно-восстановительных работах, т.е. возобновлении защитного покрытия.

5. Экономический эффект от внедрения в производство антикоррозионного покрытия и технологии его нанесения на металлические изделия и конструкции за счет увеличения срока службы покрытий почти в 7 раз в сравнении с лакокрасочными покрытиями и снижения сроков их возобновления составляет 68518,9 тенге на 1 м2 защищаемой конструкции. В расчете на предполагаемый объем опытно-промышленной партии (1500 м2) металлических конструкций (ферм, подкрановых балок и др.), эксплуатирующихся в агрессивных средах, составит 102778,41 тыс. тенге.

6. Математическим моделированием взаимного влияния компонентов антикоррозионного покрытия установлено, что наивысшая прочность покрытия, равная 48 МПа достигается при следующем составе, в частях по массе: Х1 - расход эпоксидной смолы, включая отвердитель - 94,97; Х2 - расход пластификатора - 4,91; Х3 - расход наполнителя - 160,23.

Оценка полноты решения поставленных задач. Поставленные задачи исследований по разработке эффективного антикоррозионного покрытия с дисперсными наполнителями на основе жидкостекольных и полимерных связующих полностью решены. Разработана энерго- и ресурсосберегающая производственная технология приготовления антикоррозионного покрытия на основе композиции в системе смола-отвердитель-наполнитель-пластификатор, проведены исследования по определению оптимальных технологических режимов, установлены основные закономерности структурообразования и проведены опытно-промышленные испытания антикоррозионных покрытий, характеризуются полнотой решения означенной проблемы.

Разработка рекомендаций исходных данных по конкретному использованию результатов. Разработанный состав и технология нанесения антикоррозионного покрытия на металлические изделия и конструкции, а также полученные результаты и инновационный патент №2010/0150.1 от 05.02.2010г. НПВ РК рекомендуются для внедрения на предприятиях стройиндустрии.

Оценка технико-экономической эффективности внедрения. При внедрении антикоррозионного покрытия и увеличения срока возобновления покрытия на конструкциях экономический эффект на единицу готовой продукции (1м2 поверхности металлических изделий) достигает 68518,9 тенге в год.

Оценка научного уровня выполненной работы по сравнению с лучшими достижениями в данной области. Предлагаемая работа по научно-практической значимости соответствует научно-техническому уровню в области разработки конкурентоспособных антикоррозионных материалов.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1 Марконренков Ю.А., Самбетбаева А.К, Харченко Л.Б. Химически стойкие композиционные покрытия // Тезисы докл. XVII Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. Материалы и нанотехнологии. - Казань, 2003. - Т.3.- С.207.

2 Самбетбаева А.К., Ефремов С.А., Марконренков Ю.А., Товасаров А.Д. Высоконаполненные антикоррозионные композиционные покрытия // Композиционные материалы и пути совершенствования профессионального образования: материалы Международного симпозиума. Вестник КазНУ. Серия химическая.- Алматы, 2003. -№2 (30). -С. 59-61.

3 Самбетбаева А.К., Марконренков Ю.А. Исследование возможности использования стеклобоя в качестве наполнителя для антикоррозионных покрытий // Известия НАН РК. Серия химическая. - Алматы, 2003.- № 3.- С.88-90.

4 Самбетбаева А.К., Марконренков Ю.А. Силикатные наполнители для композиционных защитных покрытий. // Тезисы докл. третьей Республ. научн. конф. молодых ученых химиков Казахстана.- Алматы: ИХН, 2003.- С. 84-85.

5. Марконренков Ю.А., Шелудяков Л.Н., Самбетбаева А.К. Возможность и перспектива утилизации техногенных отходов // Химия и технология удобрений и материалов: материалы Междунар. конф. - Алматы: ИХН, 2004.- С. 155-160.

6. Самбетбаева А.К. Минеральные наполнители для композиционных материалов // Вестник КазГАСА. - Алматы, 2009- №3- С.122-126.

7 Самбетбаева А.К., Шинтемиров К.С. Химическая стойкость силикатных аэродромных покрытий // Инновационные и наукоемкие технологии в строительной индустрии: материалы Междунар. конф. - Алматы: КазГАСА, 2009.- С. 89-93

8 Самбетбаева А.К., Шинтемиров К.С., Байсариева А., Аубакиров Д.Ж. Оптимизация составов полимеррастворных композиций // Вестник НИИстромпроекта. - Алматы, 2009.- №5-6 (20) . - С. 76-87.

9 Самбетбаева А.К., Шинтемиров К.С., Байсариева А., Аубакиров Д.Ж. Зависимость "свойства-структура" в композиционных материалах // Вестник КазГАСА.- Алматы, 2009.- № 4 - С. 88-96.

10. Шинтемиров К.С., Самбетбаева А.К., Бакушев А.А., Умбеталиев Ж.Н. Антикоррозионное покрытие для защиты арматуры предварительно напряженных железобетонных конструкций от коррозии // Инновационные и наукоемкие технологии в строительной индустрии: материалы Междунар. конф. - Алматы: КазГАСА, 2010.- С. 18-22.

11 А.С. 41060. РК. Наполнитель для защитных покрытий /Самбетбаева А.К., Марконренков Ю.А.; опубл. 07.02.2003, Бюл. № 2.- 3 с.

12 А.С. 41140. РК. Моющее средство / Самбетбаева А.К. Ложечкин А.В., Марконренков Ю.А., Русак Л.А.; опубл. 06.03.2003.- Бюл. № 3.- 2 с.

Размещено на Allbest.ru

...