Индустриални антикорозионни покрития

Инструменти, материалиСп. Инженеринг ревю - брой 3/2020 • 04.05.2020

Корозията причинява огромни финансови загуби в редица отрасли в световен мащаб. Сред тях са нефтената и газовата промишленост, химическата индустрия, енергетиката, корабостроенето, транспортната инфраструктура и др. За защита на металните повърхности от различни корозивни агенти като влага, химикали и сол в тези сектори се използват специални антикорозионни покрития. Те действат като бариера между повърхнините и агентите и удължават живота на конструкциите, повишавайки и тяхната ефективност.

ПОДОБНИ СТАТИИ

Индустриални покрития

Антикорозионната защита включва широк асортимент от химични и нехимични методи и покрития, които осигуряват пасивно и активно предпазване на повърхностите. Химичните покрития обхващат галванизация, оксидиране, пасивиране и др. Към нехимичните системи се причисляват бои, лакове, грундове, греси, китове, лепила, епоксидни смоли, полиуретанови, акрилни, алкидни, цинкови субстанции, хлорирани каучуци, силикати, флуоровъглеводороди, кополимери, керамични, графенови и стъклени покрития и др. Видът на използваното антикорозионно покритие зависи от свойствата, необходими за конкретното приложение.

 

Видове антикорозионни покрития

Според тяхната функция антикорозионните покрития могат да бъдат подразделени в три основни групи: бариерни, инхибиторни и защитни.

Бариерните покрития образуват предпазен непорьозен слой върху субстрата, който блокира възможността на фактори от околната среда да причинят щети върху основния метал. Ако върху него се нанесе единствено бариерно покритие без друга защитна система или филм и то бъде повредено от удар или вследствие на химическо въздействие, субстратът остава незащитен. Дебелината на филма и неговата твърдост значително влияят върху дълготрайността на защитата.

Инхибиторните покрития образуват пасивен слой върху субстрата, който реагира с метала и влажността, докато тя прониква във филма. Защитата от корозия, предлагана от инхибиторните покрития, значително намалява с течение на времето. Затова тези системи обикновено се използват в грундове, които функционират като междинен филм между субстрата и друга защитна технология.

Друга група предпазни покрития е базирана на определен елемент като алуминий или цинк, който се окислява, за да гарантира, че защитената конструкция отдолу не влиза в досег с корозивните агенти. За разлика от бариерните покрития, тези системи остават ефективни дори когато филмът е повреден, но осигуряваното ниво на защита зависи от съдържанието на добавката и вида на използваното свързващо вещество.

 

Бои и свързващи агенти

Боята представлява течен материал, позволяващ нанасяне върху твърда повърхност, който впоследствие изсъхва или се втвърдява, за да образува непрекъснат, прилепнал към субстрата филм. Боите се състоят от 3 основни компонента и различни добавки, които се съдържат в променливи съотношения и количества. Основните компоненти са: свързващо вещество (наричано също носител, среда, смола, филм или полимер); пигмент и пълнител; разтворител. Първите два образуват окончателния филм. Разтворителят е необходим само за подпомагане на нанасянето на боята и първоначалното образуване на защитен слой.

Свързващите вещества представляват филмообразуващите компоненти на боята, които определят основните характеристики на покритието – както физични, така и химични. Боите обикновено са наименовани според техния свързващ компонент (например епоксидни, хлорирани каучукови, алкидни и др.). Свързващото вещество образува постоянен непрекъснат филм, който е отговорен за адхезията към повърхността и допринася за цялостната устойчивост на покритието към околната среда.

Свързващите вещества, използвани при производството на бои, попадат в два класа –термореактивни и термопластични. Термореактивното покритие след изсъхване е химически различно от течната система в първоначалния й вид. Термореактивните покрития не се влияят от разтворители след втвърдяване.

При термопластичните покрития сухият филм и течната боя се различават само по съдържанието на разтворители. В химически аспект по същество те остават едни и същи. Ако първоначално използваният разтворител се нанесе върху термопластично покритие, той ще омекне и може да се разтвори отново в същия разтворител.

 

Термореактивни и термопластични покрития

Тези покрития обикновено се доставят като двукомпонентни системи, които се смесват непосредствено преди нанасяне. При течни бои, за които се използва разтворител, сушенето се счита за двуетапен процес. И двата етапа всъщност протичат заедно, но с различна скорост.

В първата фаза разтворителят напуска филма чрез изпаряване и филмът става сух на допир. Във втория етап филмът постепенно става по-сложен химически чрез един от следните 4 метода: реакция с атмосферен кислород, известна като окисляване; реакция с добавен химически втвърдител; реакция с вода (влага в атмосферата); изкуствено загряване. Трансформацията на боята в този процес е известна като изсушаване или втвърдяване. Филмите, образувани по горните методи, са химически различни от оригиналните свързващи вещества и няма да се разтварят отново в първоначалния си разтворител.

Термопластичните покрития са прости разтвори на различни смоли или полимери, разтворени в подходяща субстанция и обикновено се доставят в една опаковка, което ги прави особено подходящи за работа по поддръжката на индустриални съоръжения. Сушенето се осъществява просто чрез изпаряване на разтворителя. Това е процес на физическо изсушаване, тъй като не се извършва химическа промяна. Следователно, полученият филм винаги е лесно разтворим в първоначалния разтворител и също така може да бъде размекнат чрез топлина.

 

Епоксидни и полиуретанови смоли

Епоксидните смоли днес са от ключово значение за промишлената инфраструктура и използването им като свързващи вещества е сред най-значителните постижения при технологиите за антикорозионна защита. Скоростта на полимеризиране (свързване на полимерните вериги) или втвърдяване при тях зависи от температурата. Под 5°C скоростта на втвърдяване на стандартните епоксидни смоли е значително намалена. За да се постигнат оптимални свойства на филма, пълното втвърдяване е от съществено значение. Епоксидни смоли със специални втвърдяващи средства могат да се втвърдят или не при температури до -5°C в зависимост от функциите и приложението. Важно е стриктно да се спазват препоръките на производителя на покрития относно температурите на нанасяне, за да се гарантира ефективността на покритието.

Полиуретановите смоли са полимери, образувани при реакция между хидроксилни съединения и съединения, съдържащи изоцианати. При двукомпонентните системи специален полиестер или полиестерна смола със свободни хидроксилни групи реагира с втвърдяващ агент с високо молекулно тегло. Възможен проблем при тези материали е тяхната чувствителност към вода при съхранението и приложението им.

Полиуретановите смоли имат отлична химическа устойчивост и устойчивост на разтворители и превъзхождат стандартните епоксидни смоли по киселинна устойчивост.

Епоксидните смоли пък са по-устойчиви на алкални вещества. Полиуретановите покрития са много твърди и имат изключително добър блясък и гланц, като могат да бъдат формулирани така, че да не пожълтяват. Въпреки това в някои случаи те могат да бъдат трудни за препокриване след като остареят и изискват изключително чисти повърхности за оптимална адхезия.

 

Алкидни и неорганични смоли

Алкидните смоли се образуват при реакцията между органична киселина, алкохол (например глицерол или пентаеритритол) и растително масло или неговите мастни киселини. Крайните свойства на алкида зависят от процента на маслото (наречен “дължина на маслото”), а също и от вида на използвания алкохол и органична киселина. Алкидите не са устойчиви на киселини или алкални елементи и много от модификациите им са насочени към подобряване на тази слабост, но никоя не осигурява пълна устойчивост. Алкидните смоли могат да бъдат допълнително модифицирани с различни смоли за специфични цели.

Неорганичните смоли включват силикати, които почти винаги се използват заедно с цинков прах. Съществуват неорганични силикати на водна основа на базата на литий, калий или натриев силикат и неорганични силикати на базата на разтворители, които обикновено се основават на етилов силикат. Покритията на базата на тези смоли са много твърди, устойчиви на корозия и температура. Те изискват прецизна подготовка на повърхността и често се “ремонтират” с помощта на органични покрития. Цинкът в неорганичните смоли може да се разтвори при киселинни или алкални условия, но покритията на тази база като цяло се представят добре при неутрално рН.

 

Хлорирани каучукови и винилови смоли

Хлорираните каучукови смоли имат добра киселинна и водоустойчивост на добре подготвени повърхности. Температурната им чувствителност може да доведе до различни дефекти във филма, когато се използва в много горещ климат. В допълнение, белите и бледи цветове имат изразена склонност да пожълтяват, когато са изложени на ярка слънчева светлина. Хлорираните каучукови бои съхнат при ниски температури и осигуряват добра адхезия между покритията както в прясно нанесени, така и в състарени системи, което ги прави подходящи за поддръжка.

Виниловите смоли се базират на филмообразуващи полимери, състоящи се от различни съотношения на поливинилхлорид, поливинилацетат и поливинилалкохол.

Използваните видове пластификатори са трикрезилфосфат или диоктилфталат. Твърдите материали с по-голям обем могат да бъдат получени чрез смесване на виниловата смола с други материали като акрилни смоли. Като цяло защитните свойства и устойчивостта на атмосферните влияния при тези системи са високи, като е възможно съхненето им при ниски температури и постигането на добра адхезия между покритията. За повишаване на водоустойчивостта може да се добави въглищен катран.

 

Антикорозивни пигменти

Пигментите и пълнителите се използват в боите под формата на фини прахове. Те се разпръскват в свързващото вещество с размери на частиците от около 5-10 микрона за довършителни бои и приблизително 50 микрона за грундове. Пигментните пълнители са неорганични прахове с различни форми и размери на частиците. Въпреки че имат малък или никакъв принос за непрозрачността на цвета на боята, те могат да окажат значително влияние върху физическите й свойства. Сред тях са протичане, блясък, утаяване, способност за разпръскване, устойчивост на вода и химикали, механична якост, твърдост и възможност за лесно нанасяне на филм.

Металният цинк се използва широко в грундове, даващи устойчивост на корозия на стоманата. Първоначалната защита е чрез галванично действие. Освен това, тъй като покритието е изложено на атмосферни влияния, възниква прогресивно натрупване на цинков корозионен продукт, което създава непроницаема бариера с малка или никаква галванична защита. За да се осигури добра галванична и бариерна защита, са необходими високи нива на концентрация на цинк – стандартно около 85% цинк в теглото на сухия филм. Смолите, които могат да бъдат използвани в такива приложения, са епоксидни и силикатни. За да функционира правилно цинкът, той трябва да е в непосредствен контакт със стоманената основа и следователно добрата чистота на повърхността преди нанасянето е от съществено значение.

Алуминиевите пигменти са друго популярно решение. Металните алуминиеви частици обикновено се използват като антикорозионен пигмент и действат като създават контурен път за водата и йоните около ламелните частици, а също и абсорбират кислорода, за да се получат алуминиеви оксиди, които блокират образуването на пори в покритието. Когато алуминият контактува със стоманата, функционира и ограничен катоден защитен механизъм. Когато се използва за защита на цистерни и контейнери със запалими продукти, съдържанието на алуминий в сухия филм не трябва да надвишава 10%, за да се избегнат евентуални опасности от искрене и възпламеняване на горимите газове.

Цинковият фосфат също е широко използван антикорозионен пигмент и се смята, че при нормални условия на експозиция защитата се осигурява от бариерен ефект, тъй като са необходими високи нива на пигментация, за да се гарантира адекватна антикорозионна защита. Цинковият фосфат може да бъде включен в почти всяко свързващо вещество и поради ниската му непрозрачност или прозрачен характер могат да се получават бои от всякакъв цвят.

Най-разпространените бариерни пигменти са алуминий (листов алуминий) и железен оксид (MIO). И при двете частиците са с т. нар. ламеларна форма. Тези материали могат да се използват в комбинация, като алуминият изсветлява почти черния нюанс на оксида. Пигментираните филми с железен оксид имат определена трайност. За да се постигне висока ефективност, са необходими високи нива на концентрация на MIO от порядъка на 80% от общия пигмент.

Алуминият се използва от години като основен пигмент в боите за обща употреба. Ламеларната форма помага да се направи филмът по-водонепропусклив. Като бариерен пигмент също се използват и стъклени люспи.

Оцветяващите пигменти осигуряват както цвят, така и непрозрачност и могат да бъдат разделени на неорганични и органични видове. Най-разпространеният оцветяващ пигмент е титановият диоксид, който е бял. В боята всички пигменти обикновено се разпръскват до много фини размери на частиците, за да дадат максимална плътност на цвета и непрозрачност (покриващ ефект). По традиция се получават ярки цветове с помощта на оловни и хромови пигменти. Въпреки това, поради съображения за здравето и безопасността, те са по-рядко срещани.

 

Епоксидни покрития

За чисти епоксидни покрития обикновено се смятат боите, които съдържат само епоксидни полимери, полимеризиращо средство, пигменти, пълнители и разтворители. Тези покрития съдържат високи нива на епоксидно свързващо вещество и осигуряват максимална възможна ефективност по отношение на антикорозионната защита, дълъг живот и ниски изисквания по отношение на поддръжката. В допълнение, някои продукти от сегмента осигуряват и висока устойчивост на износване. Други пигменти, като алуминият, могат да се добавят към чистите епоксидни покрития, за да осигурят допълнителни антикорозионни характеристики.

Модифицираната епоксидна смола е известна също като епоксидна замазка. Тя може да бъде епоксидна смола без катран или избелена катранена епоксидна смола.

Тази група обхваща широка гама от продукти и възможности за антикорозионна защита. При употреба модифицираните епоксидни смоли могат да бъдат високоефективни. Налице са много възможности по отношение на състава на модифицирани епоксидни покрития. Ето защо не е редно да се правят генерални обобщения за антикорозионните им характеристики. Модифицираните епоксидни смоли могат да съдържат неепоксидни материали, които да се полимеризират в крайния филм. Те могат да включват и нереактивни материали, твърди или течни, които не участват в образуването на филм, но остават като пигменти или пълнители в крайното покритие.

Епоксидната смола с въглищен катран също е популярна технология в индустриалната антикорозионна защита. Въглищният катран е естествен продукт. Той се предлага като различни видове продукт – от течен до твърд. Включването на въглищен катран в покритията води до много тъмно кафяв или черен цвят, който може да бъде леко изсветлен чрез добавяне на алуминиев люспест пигмент за по-светло оцветени бои. Светло оцветен епоксиден слой без съдържание на катран може да се използва върху слой, съдържащ катран. Въпреки това катранът може да се “просмуче” и да обезцвети горния слой. Някои съставни части на покритието могат да се напукат за дълги периоди от време, оставяйки по-крехко или по-тънко защитно покритие.

Епоксидните смоли без разтворители (понякога наричани 100 процента сухи вещества) се формулират и прилагат без нужда от допълнителни разтворители, като по този начин се преодоляват проблемите със задържането на разтворител в покритието. Вискозитетът, необходим за разпръскване на боята, се получава чрез селекция на суровини с ниско молекулно тегло или чрез нагряване и използване на множество компоненти. Такива понякога се използват, когато отстраняването на летливите органични компоненти (VOC) е трудно поради лоша вентилация.

Top