Введение к работе
Актуальность проблемы.
В настоящее время весьма актуальным является вопрос о противокорро-. зионной зашите и ремонте основного технологического оборудования, эксплуатирующегося в агрессивных средах в химии, металлургии, энергетике и других базовых отраслях промышленности.
Наиболее экономичным метолом являегся применение полимерных защитных покрытий (Пк) на основе реактопластов. Такие покрытия относятся к активно развивающемуся новому классу материалов для противокоррозионной зашиты технологического оборудования в очень жестких условиях, включая воздействие кислот, щелочей, солевых растворов при повышенных температурах и целого ряда других эксплуатационных факторов.
В настоящее время можно выделить два основных подхода, используемых разработчиками материалов и покрытий. В соответствии с первым подходом основное внимание уделяется получению полимерной основы (связующего) материала с заложенной высокой стойкостью к агрессивным средам. Необходимо отметить, что рекомендации, следующие из этого, требуют, как правило, выпуска новых химических продуктов, что довольно сложно. Вторая точка зрения концентрирует основное внимание на регулировании физико-химических процессов взаимодействия сред с полимерными покрытиями путем их оптимизации. Для высокоагрессивных сред такими процессами в первую очередь является процессы сорбции и массопёреноеа.
Таким образом, на основе вышеизложенного вытекает необходимость решения ряда физико-химических и материаловедческих задач, таких как управление сорбцией агрессивной среды полимеров, снижение диффузной ного массопёреноеа, снижение дефектности покрытий и т.д. Решение этих вопросов должно основываться, во-первых, на установлении физико-химических закономерностей взаимодейсівия материалов и покрытий с агрессивными средами и установлении факторов, определяющих работоспособность покрытий, а во-вторых на направленном выборе материалов и рациональной многослойной конструкции покрытий, соответствующей условиям эксплуатации технологического оборудования.
Наиболее актуально вопрос противокоррозионной защиты и ремонта основного технологического оборудования с применением покрытий СТОИТ В 1С-пловой и атомной энергетике, химической промышленности. На значительном числе предприятий нормативный ресурс работы оборудования будет выработан к 2002-2007 гг.
Цель данной работы.
На основе исследования механизма сорбции и диффузии водных растворов электролитов разработать способы повышения эффективности защитного действия полимерных покрытий для зашиты в агрессивных средах.
Для достижения этой цели в работе было необходимо решить следующие основные задачи:
- Уточнить представления о сорбции и массопереносе растворов электроли
тов в материалах покрытий на основе реактопластов.
* Получить экспериментальные данные по сорбции кислоты и воды в различных полимерных материалах для наиболее распространенных кислот.
Исследовать технологическую дефектность материалов покрытий и оценить эффективность снижения сквозной технологической дефектности покрытий при их многослойном нанесении.
Исследовать сорбционно-диффузионные свойства, подпленочную коррозию и адгезию ряда промышленных материалов на различных подложках в типичных кислых агрессивных средах.
Разработать конструкции покрытий и материалы для противокоррозионной защиты технологического оборудования, в том числе теплообменного.
Научная новизна.
Развит новый методический подход создания многослойных полимерных противокоррозионных покрытий на основе реактопластов, основанный на направленном регулировании сорбшюнных характеристик внутренних слоев покрытий, обеспечивающих связывание наиболее агрессивных компонентов при одновременном снижении обшей проницаемости и дефектности покрытий.
Установлены количественные закономерности сорбции растворов кислот ЭПОКСИДНЫМИ материалами и кинетические закономерности послойного распределения воды и электролитов в материалах покрытий. Для широкого круга эпоксидных материалов показано, что кинетический процесс сорбции растворов кислот описывается моделью зонной сорбции.
Впервые получены экспериментальные данные по составу внутреннего раствора (кислота и вода) в полимерных материалах защитных покрытий. Показано, что для аминоотвержденных эпоксидных материалов состав внутреннего раствора (кислота и вода) является более концентрированным, чем состав внешнего раствора и сохраняется практически постоянным при изменении состава полимерной основы в широких пределах. Показано, что величина суммарной сорбции кислоты и воды в области содержания отвердителя от 0,6 до 2 от стехиометрического растет пропорционально содержанию амина.
На основе предложенной модели и экспериментальных данных по дефектности материалов проведена оценка вероятности образования сквозных технологических дефектов в многослойном покрытии при известных параметрах дефектное материалов.
Практическая значимості..
Разработаны варианты многослойной конструкции покрытия и предложены материалы для проіивокоррозионной зашшы внутренней поверхности различных видов технологического оборудования, включая емкостное, перемешивающее и геплообменное оборудование.
Показано, что создание эффективных покрытий для высокоагресснвных кислых сред целесообразно проводить путем послойного сочетания слоев на основе реактопластов, обеспечивающих связывание и модифицированных гидрофобных материалов. Экспериментально показано, что многослойная конструкция защитного покрытия обеспечивает эффективный диффузионный контроль как в случае нелетучих, так и летучих химически активных сред, и может быть эффективным способом снижения дефектности полимерного покрытия.
Экспериментально показано, чго при использовании многослойной конструкции покрытия системы «Внкор», состоящей из металлонаполнениого грунта Метакор-01, химстойкого многослойного эпоксидного покрытия Ви-кор-793 и верхнего модифицирующего слоя, может быть обеспечена высокая адгезионная стабильность и отсутствие подпленочной коррозии в процессе выдержки в воде, при нанесении покрытий, как по стальной, так и по медно-никелевой подложке.
Методический подход создания высокоэффективных покрытий использован в системе многослойных покрытии «Внкор», широко внедренной при защите внутренней поверхности технологического оборудования на предприятиях химической промышленности, атомной и тепловой энергетики.
Апробация работы.
Основные результаты рабогы доложены и обсуждены на:
научно-технической конференции «Технологические аспекты производства при переходе к рыночной экономике» (Москва, 1999г.);
научно-технической конференции «Новые материалы и технологии» (Москва, 2000г.);
Струсстурз и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, включая обзор литературы и экспериментальную часть, выводов, списка литературы (140 наименований), приложения Общин объем диссертации 150 страниц, включая рисунки и таблицы.
