книги из ГПНТБ / Неметаллические антикоррозионные материалы, переработка их в изделия и пути применения в химической промышленности (сборник материалов семинара, состоявшегося 28-29 марта 1961 г

Полиорганосилоксановое покрытие с двуокисью титана при испытаниях показало отличную устойчивость к воздейст­ вию 2%-ной уксусной кислоты, 10%-ным соляной, азотной, фосфорной, серной кислотам, едкому натру, раствору хлори­ стого натрия, перекиси водорода и др.

‘ Пользуются известностью изготовляемые в Советском Союзе полиорганосилоксановая эмаль № 9 и эмаль К-1. Первая пригодна при температурах до 450—550°, а вторая— до 350—400°. Разработанные в Советском Союзе новые мар­ ки алюминиевых эмалей выдерживают без существенного изменения внешнего вида температуру в 600° С (кратковре­ менно).

Эмали № 9 и К-1 наносятся обычно с помощью пульве­ ризатора в один или два слоя без грунта. Поверхность ме­ талла перед нанесением эмалей подвергают пескоструйной обработке или фосфатированию. Для придания эмалевым пленкам лучших защитных свойств и химической устойчиво­ сти их необходимо сушить при температуре 150° в течение 2—3 часов. Крупногабаритные изделия можно сушить на воздухе в течение 24 часов до момента прекращения отлипа. Покрытая высыхают полностью при нагревании в пропессе эксплуатации изделия.

В Советском Союзе разработаны силиконовые жидкости, обладающие водонепроницаемыми свойствами. С помощью этих жидкостей удается создать защитную гидрофобную пленку для бетона, кирпича и других строи/ельных мате­ риалов. Наиболее известны жидкости ГКЖ-4 и ’ГКЖ-Ю, из­ готавливаемые из органических и неорганических продуктов. Известна также ГКЖ-94, выпускаемая промышленностью в виде 100%-ной жидкости (масло) и 50%-ной водной эмуль­ сии. Добавка в бетон 50%-ной водной эмульсии в количестве 0,1%от веса цемента улучшает структуру бетона и повышает его морозостойкость в 5—10 раз.

Для гидрофобизации применяется жидкость в виде эмуль­ сии 20%-ной концентрации. Окраска этой эмульсией бетон­ ной поверхности понижает водопоглощение в четыре раза по сравнению с необработанными образцами.

По данным НИИ бетона и железобетона АС и А СССР

пропаривание бетона с добавками кремнийорганических сое­ динений повышает прочность бетона по сравнению с бето­ ном нормального твердения, не влияя на величину сцепления бетона с арматурой.

10

По данным исследований силикатный кирпич с однократ­ ным покрытием 5%-ной кремнийорганической жидкостью ГКЖ-Ю после двухлетнего пребывания в воде потерял толь; ко 5%< первоначальной прочности, а кирпич, не покрытый этой жидкостью, — 24%. После двухлетнего пребывания в агрессивной среде силикатный кирпич снизил свою проч­ ность:

в3%-ной уксусной к-те—на 14%, а без защиты—на 51%,

в5%-ной уксусной к-те—на 22%, а без защиты—на 58%,

трафторэтилен, известная под названием фторопласт-4, не разрушается при действии почти всех известных агрессив­ ных сред, в- том числе таких сильных окислителей, как дымя­ щая азотная кислота, «царская водка»—при температурах ли 250°.

Однако фторопласт-4 не лишен весьма существенных спе­ цифических недостатков: адгезия к металлам и другим мате­ риалам незначительна, что ограничивает использование его для обкладки аппаратов. Применение фторопласта-4 для по­ крытий также было невозможно в связи с нерастворимостью его ни в одном из известных органических растворителей.

В последнее время освоен опыт приклеивания фторопла­ ста-4 к металлической поверхности на основе специально разработанной технологии. Обработка раствором металличе­ ского натрия в жидком аммиаке позволяет широко использо­ вать фторопласт-4 в качестве обкладочного материала. Име­ ются сведения, указывающие на хорошее сцепление между фторопластами и алюминием, углеродистой сталью, деревом. В виде пасты (иногда с введением в нее силиконового каучу­ ка в целях повышения маслостойкости) фторопласты ис­ пользуются как материал для изготовления гибких шлангов путем шприцевания. Водные дисперсии фторопласта приме­ няются для отливки пленок, пропитки волокна и пористых материалов. Дисперсии являются хорошим пропитывающим средством для асбеста и стекла. Из такого пропитанного ма­ териала делается набивка.

В Советском Союзе разработан также новый фильтрую­ щий материал на основе фтороуглеродов—так называемый фторлон. Ткань из фторлона пригодна для фильтраций кис­

Н

лых, щелочных и окислительных жидкостей. При действии даже концентрированной азотной кислоты и раствора пере­ киси водорода в течение нескольких месяцев прочность фторлона не изменяется. Теплостойкость волокна в пределах 100—110°. По своей химической стойкости фторлон превос­ ходит волокно хлорин, а по другим свойствам — полиакри­ лонитрильное волокно (орлон, нитрон).

К новым видам фторуглеродных пластмасс следует отне­ сти полимеры трифторстирола, сочетающие в себе свойства полистирола и фторопластов, фторкаучука и др. Эти мате­ риалы сочетают в себе эластичность при низких—до 60°— температурах с отличной термостойкостью при +200°.

Нанесение покрытий из фторуглеродных соединений воз­ можно при использовании суспензий на основе фторопла­ ста-3. Однако получение таких покрытий связано со слож­ ным режимом термической обработки (последовательное на­ несение 12—15 слоев).

Известно также, что покрытие из фторопласта-3 может длительно эксплуатироваться в контакте с различными реа­ гентами при температуре только до 80°. При более высоких температурах механические свойства покрытия ухудшаются, а в результате ухудшается также сцепляемость его с метал­ лами. В связи с этим в НИИПП был разработан так назы­ ваемый модифицированный фторопласт-3 (фторопласт-ЗМ), не обладающий склонностью к кристаллизации.

ГИПХ и НИИПП совместно отработали технологию на­ несения антикоррозионных покрытий из фторопласта-ЗМ, имеющих такую же химическую стойкость, как и покрытия из фторопласта-3, но позволяющих применять их при темпе­ ратурах до +150°.

Технология нанесения покрытий из фторопласта-ЗМ ана­ логична технологии для фторопласта-3'. На очищенную, отпескоструенную, обезжиренную и высушенную поверхность металла наносится слой спиртовой 30%-ной суспензии фто- ропласта-ЗМ. Сушка покрытия производится сначала на воз­ духе, затем при 120° в течение 20 мин. Плавление слоя по­ лимера проводится в термостате при 260° в течение 20— 60 мин., в зависимости от габаритов изделия.

Для антикоррозионной защиты необходимо наносить по­ крытие толщиной 350—400 мк.

Чтобы получить структуру покрытия, обладающую хоро­ шей адгезией к металлам и устойчивостью к повышенным температурам, покрытие следует подвергать дополнительно­

12

му прогреву при 260° в течение такого времени, чтобы об­ щее время плавления покрытия составляло 10 часов, а так­ же подвергать прогреву при 170° в течение 24 часов.

Проверка химической стойкости покрытия показала, что оно стойко в концентрированных соляной, серной, азотной кислотах в течение не менее 10 месяцев при 50°. При 140° в контакте с концентрированной серной кислотой покрытие за 10 месяцев испытания также не изменилось.

4, МАТЕРИАЛЫ, ОБЛАДАЮЩИЕ ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТЬЮ

Как известно, изделия из термопластических масс обла­

пласт обычно применяется при температурах не выше 40— 50° С.

Сравнительно невысокая механическая прочность вини­ пласта и полиэтилена ограничивает применение этих пласт­ масс, в частности, для изготовления трубопроводов, пред­ назначенных для работы под давлением.

Металлические трубы, футерованные изнутри пластика­ ми, успешно сочетают в себе положительные свойства обо­ их материалов. Одним из главных достоинств футерованных труб является возможность расширения диапазона рабочих, температур и давлений, насколько это допускает химическая стойкость футерующего слоя. Как показывает практика, эти трубы в течение длительного времени успешно работают в тяжелых эксплуатационных условиях.

Способ изготовления таких футерованных труб освоен и в Советском Союзе. В настоящее время стальные трубы, фу­ терованные винипластом, выпускаются Первоуральским старотрубным заводом и Днепропетровским трубопрокатнымзаводом им. В. И. Ленина. В основу производства положен способ совместной термообработки металлической и предва­ рительно напряженной пластмассовой трубы.

Способ изготовления таких труб заключается в следую­ щем: первоначально получают напряженную пластмассовую трубу, т. е. такую трубу, в стенках которой как бы «заморо­ жены» внутренние радиальные растягивающие напряжения. Напряженные трубы могут быть получены путем непрерыв­ ного свертывания листового материала с одновременной компрессионной сваркой шва на специальной установке, ли­

13

бо протягиванием готовой пластмассовой трубы через рает« рубную металлическую трубу, имеющую зоны обогрева и ох­ лаждения. В обоих случаях радиальные растягивающие на­ пряжения возникают как следствие деформирования пласт­ массовой трубы в радиальном или осевом направлении.

Напряженные одним из таких способов трубы из термо­ пластов обладают интересным свойством: при нагревании материал трубы размягчается, и внутренние напряжения, получив возможность проявить свое действие, растягивают трубу в радиальном направлении, увеличивая ее диаметр на 10—15%, в зависимости от величины «замороженных» напря­ жений. Напряженную пластмассовую трубу помещают с не­ большим зазором внутрь металлической трубы, подлежащей футерованию, и вместе нагревают их; пластмассовая труба, увеличиваясь в диаметре, плотно прилегает к внутренней по­ верг ности металлической трубы.

Футерованные трубы следует применять для транспорти­ рования агрессивных сред при температурах ниже тепло­ стойкости материала футерующего слоя, но при давлениях, превышающих 2,5—6 ати, т. е. в условиях, при которых пластмассовые трубы становятся непригодными. Примене­ ние футерованных труб также целесообразно и в тех слу­ чаях, когда условия эксплуатации сравнительно легкие, но случайные механические повреждения трубопроводов опас­ ны по своим последствиям. В частности, имеется опыт при­ менения футерованных труб для работы под давлением в ус­ ловиях транспортировки агрессивных жидкостей при темпе­ ратуре до 100°.

Большой интерес представляют также новые упрочнен­ ные пластмассы, изготовляемые на основе стекловолокон и различных полимеризационных и поликонденсационных смол (стеклопластики или стеклотекстолиты). Они обладают высокой механической и химической стойкостью. Прочность некоторых стеклопластиков достигает 5000 кг/см2.

В зависимости от примененной смолы изменяются и свой­ ства стеклопластика. Трубы из стеклотекстолита на связую­ щем из модифицированной фенолоформальдегидной эпок­ сидной смолы выдерживают повышенное, давление при тем­ пературе до 200°.

При применении в качестве связующего кремнийорганш ческой смолы получают детали из стеклопластиков, рабо^ тающие в условиях как низких (-60°), так и высоких (до 300°) температур.

14

Стекловолокнистые материалы применяют также для гидроизоляции трубопроводов, газопроводов. Срок службы, при этом увеличивается в 2—3 раза, а толщина различных материалов при одинаковом гидроизоляционном эффекте со­ ставляет:

стекловолокна — 1 см; пустотелого кирпича — 8,6; дерева — 5; сплошного кирпича — 15; бетона — 32 см.

Стеклопластики могут быть использованы во многих от­ раслях химической промышленности в качестве конструкци­ онного материала для изготовления крупногабаритной ап­ паратуры, насосов, различной арматуры и др. Известно при­ менение стеклопластиков за рубежом для изготовления ба­ шен, резервуаров, гальванических ванн и др. В Советском Союзе имеется опыт применения труб из стеклопластиков наоснове фенолоформальдегидных и полиэфирных смол. На одном из химических заводов из стеклопластиков изготовле­ ны вентиляторы, барботажные трубы; стеклопластиками бронированы снаружи трубы из металла, из стекла (путем обмотки).

5 НОВЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ПОКРЫТИЯ НА ИХ ОСНОВЕ

К числу новых полимерных материалов, широко извест­ ных за рубежом и освоенных в Советском Союзе^ (в анти­ коррозионной технике), относятся: полиэтилен, полипропи­ лен, эпоксидные смолы, фуриловые смолы, специальные мар ки каучуков и др.

Полиэтилен. Полиэтилен представляет собой пластиче­ скую, массу, получаемую путем полимеризации этилена. По внешнему виду это твердое роговидное вещество белого или серого цвета; в зависимости от метода производства-разли­ чают: полиэтилены высокого давления (ВД) и низкого Дав­ ления (НД). Выпускается в виде листов, пленок, труб,, стержней и др.

Полиэтилены являются термопластами и могут быть ис­ пользованы как самостоятельный, конструкционный мате­ риал. Из полиэтилена можно изготавливать при нагреве различные аппараты и детали путем формования в пресс формах листов, болванок, обечаек и т. п.

15

приклеивать эпоксидными, метакриловыми и полиуретано­ выми клеями.

Широко применяется способ пламенного напыления поли­ этилена на металлические аппараты с целью защиты их от коррозии. Принцип пламенного напыления полиэтилена со­ стоит в том, что струю сжатого воздуха со взвешенными в ней частицами порошкообразного полиэтилена пропускают через воздушно-ацетиленовое пламя. Под действием нагрева эти Частицы оплавляются до пластического состояния, в ко­ тором они способны при ударе о поверхность сцепляться с ней и образовывать сплошные покрытия. Порошковую струю нагревает и выбрасывает специальная установка. Как и пе­ ред любым другим покрытием, металлическая поверхность должна .быть тщательно очищена, а для лучшей адгезии ее рекомендуется предварительно подогреть до 140—160°. Для получения покрытия достаточной толщины требуется много­ кратное напыление (покрытие толщиной 0,5 мм получается после 10—12-крагного напыления). После нанесения послед­ него слоя покрытие следует оплавить.

Высокой химической стойкостью обладают хлорсульфированные полиэтилены — гипаЛоны, применяемые для об­ кладки химической аппаратуры и в виде покрытий, наноси­ мых кистью, погружением и распылением. На гипалон-20 при комнатной температуре воздействует только дымящая азот­ ная кислота, четыреххлористый углерод, бензин и нитробен­ зол. Тепло- и огнестойкость гипалона позволяют применять его в качестве покрытия конвейерных лент для транспорти­ ровки горячих материалов.

Полипропилен. Весьма перспективным полимерным ан­ тикоррозионным материалом является полипропилен, полу­ чаемый из нефтяных газов. Удельный вес его—0,9. Точка плавления полипропилена 170°; устойчив к органическим ра­ створителям, 80%-ной серной кислоте, едкому натру; морозостоек. Пленки из полипропилена обладают высокой адгези­ ей, меньшей газопроницаемостью, чем пленки из полиэтиле­ на. Так, проницаемость полиэтилена в угольном ангидриде—

— 1,44 (в условных единицах), в полипропилене—60: в кисло­

Эпоксидные смолы. Эпоксисмолы получаются путем взаи­ модействия эпихлоргидрина и многоатомных фенолов; легко совмещаются с другими высокомолекулярными соединения­ ми и, в зависимости от характера и природы модифицирую-

щих веществ, обладают бензо-, водо-, кислото- и щелочестойкостью, а также теплостойкостью до 110—120° и исклю чительно высокой адгезией к металлу, бетону, керамике и другим материалам. Некоторые виды этих смол отвержда­ ются в сочетании с термореактивными смолами, некоторые— при совмещении с полиамидными. При введении специаль­ ных катализаторов эти смолы дают покрытия, не требую­ щие нагрева. Эпоксйсмолы обладают малой усадкой; изде­ лия из них свободны от внутренних напряжений, что позво­ ляет формовать из них крупногабаритную аппаратуру.

Эпоксидные смолы применяются для изготовления слон стых материалов, литых и прессованных изделий. Эпоксисмолы широко применяются для изготовления шпаклевок, грунтов, эмалей и лаков.

Эмали, изготовленные на основе эпоксидных смол, щелоче- и водостойки, а также достаточно тепло- и морозостойки.

Трубы из стеклянных волокон, пропитанных эпоксидными смолами, при тепловой обработке твердеют и приобретаю; большую прочность. Эти трубы в 8 раз легче стальных.

Промышленностью вырабатываются эпоксидные смолы марок: ЭД-5, ЭД-6, ЭД-13, ЭД-15 и др. с различным молеку­ лярным весом (от 400 до 2000).

Покрытия на основе эпоксидных смол широко применя­ ются для защиты от коррозии емкостей, трубопроводов, ци­ стерн, различных изделий и деталей конструкций. Имеются указания на возможность нанесения эпоксидных лаков на влажную поверхность. В частности, покрытие на основе лака Э-4100 рекомендуется для условий повышенной влажности,, повышенных температур и тропического климата.

Исследование свойств различных покрытий на основе вы­ сокомолекулярных эпоксидных смол Э-41, Э-44, Э-49 с при менением в качестве отвердителя аминов, органических и минеральных кислот показали, что эпоксидные покрытия на основе смол Э-41 и Э-49 обладают хорошими физико-механи­ ческими свойствами и большой кислотостойкостью.

Лакокрасочные материалы на основе эпоксидной смолы Э-41 отличаются также щелочестойкостью.

Фуриловые смолы. В последние годы много внимания в советской и зарубежной технике уделяется смолам, получае­ мым на основе конденсации фурилового спирта.

Преимуществом фуриловых смол по сравнению с фенол' >- формальдегидными смолами является стойкость их к кисли-

18

там и щелочам. В результате работ, проведенных НИИПластмасс, разработаны несколько марок фуриловых смол, а также смол, совмещенных с фенолоформальдегидными, эпоксидными и другими смолами. Наиболее распрост­ ранена смола ФЛ-2: при 80° она представляет собой проз­ рачную жидкость, которая переходит по мере охлаждения в вязкую непрозрачную пастообразную массу. Смола раство­ рима во многих органических растворителях (нерастворима в бензине, маслах). При нагреве до 250° переходит в от­ вержденное состояние без добавки отвердителя, являясь, та­ ким образом, термореактивной смолой.

Смола ФЛ-2 отверждается и при комнатной температу­ ре в присутствии ряда кислых катализаторов (паратолуолсульфокислоты, солянокислого анилина и др.). Широко при­ меняется в виде вяжущего материала.

Исследования, проведенные в этой области институтом химико-фармацевтической промышленности, показали, что наилучшими отвердителями для получения цемента на ос­ нове смолы ФЛ-2 являются окисное сернокислое железо и п-фенилуретилансульфохлорид при добавке незначительного количества серной кислоты. Длительность отверждения при комнатной температуре 2—3 часа. Такой цемент стоек к ки­ пящим водным растворам неокисляющих минеральных и ор­

др. Так как этот цемент обладает кислыми свойствами и мо­ жет вызвать коррозию футеруемой металлической аппарату­ ры, то для предотвращения коррозий применяют подслой (бакелитовый лак с графитом). Имеется также опыт про­ питки графитовых плиток смолой ФЛ-2.

Ускорение процесса отвердевания при 140—150° без до­ бавки кислых отвердителей достигается путем совмещения фурилового спирта с фенолоформальдегидной смолой. Смола обладает высокой адгезией ко многим материалам и широко применяется в качестве вяжущего.

ВСоветском Союзе разработан и ряд других смол, сов­ мещенных на основе фуриловых с эпоксидными, полиамид­ ными и другими смолами.

Взависимости от модифицирующего компонента получа­ ются материалы с теми или иными заданными свойствами. Эти материалы применяют в виде лаков, клеев или паст с наполнителями или без них. Некоторые материалы обладают

19