Захисні інгібовані покриви на поліуретановій основі
Встановлено синергізм інгібування корозії сталі композицією пігментів на основі цинку/заліза фосфату та воластоніту в слабокислому корозивному середовищі. Запропоновано механізм їх захисної дії. Досліджено вплив наповнення поліуретанового ґрунту сумішшю цинку/заліза фосфату й воластоніту на його про...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2012
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/139357 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Захисні інгібовані покриви на поліуретановій основі / Л.М. Білий, Я.І. Зінь // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2012. — Т. 48, № 2. — С. 39-46. — Бібліогр.: 12 назв. — укp. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-139357 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Білий, Л.М. Зінь, Я.І. 2018-06-20T05:55:04Z 2018-06-20T05:55:04Z 2012 Захисні інгібовані покриви на поліуретановій основі / Л.М. Білий, Я.І. Зінь // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2012. — Т. 48, № 2. — С. 39-46. — Бібліогр.: 12 назв. — укp. 0430-6252 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/139357 620.197 Встановлено синергізм інгібування корозії сталі композицією пігментів на основі цинку/заліза фосфату та воластоніту в слабокислому корозивному середовищі. Запропоновано механізм їх захисної дії. Досліджено вплив наповнення поліуретанового ґрунту сумішшю цинку/заліза фосфату й воластоніту на його протикорозійні та фізико-механічні характеристики. За результатами експериментальних досліджень розроблено новий поліуретанперхлорвініловий ґрунт для захисту проблемних ділянок трубопроводів на переходах земля–повітря. Установлен синергизм ингибирования коррозии стали композицией пигментов на основе цинка/железа фосфата и волластонита в слабокислой коррозионной среде. Предложен механизм их защитного действия. Исследовано влияние наполнения полиуретанового грунта смесью цинка/железа фосфата и волластонита на его противокоррозионные и физико-механические характеристики. По результатам экспериментальных исследований разработан новый полиуретанперхлорвиниловый грунт для защиты проблемных участков трубопроводов на переходах земля–воздух. Synergistic effect of steel corrosion inhibition in acid rain solution by zinc/iron phosphate and calcium silicate blend was established. Mechanism of the blend protection action has been proposed. Effect of the blend on anticorrosion and mechanical properties of polyurethane primer was studied. New polyurethane based primer for protection of gas pipelines weak sections was developed. uk Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України Фізико-хімічна механіка матеріалів Захисні інгібовані покриви на поліуретановій основі Защитные ингибированные покрытия на полиуретановой основе Protective inhibited coatings on the basis of polyurethan Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Захисні інгібовані покриви на поліуретановій основі |
| spellingShingle |
Захисні інгібовані покриви на поліуретановій основі Білий, Л.М. Зінь, Я.І. |
| title_short |
Захисні інгібовані покриви на поліуретановій основі |
| title_full |
Захисні інгібовані покриви на поліуретановій основі |
| title_fullStr |
Захисні інгібовані покриви на поліуретановій основі |
| title_full_unstemmed |
Захисні інгібовані покриви на поліуретановій основі |
| title_sort |
захисні інгібовані покриви на поліуретановій основі |
| author |
Білий, Л.М. Зінь, Я.І. |
| author_facet |
Білий, Л.М. Зінь, Я.І. |
| publishDate |
2012 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| publisher |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Защитные ингибированные покрытия на полиуретановой основе Protective inhibited coatings on the basis of polyurethan |
| description |
Встановлено синергізм інгібування корозії сталі композицією пігментів на основі цинку/заліза фосфату та воластоніту в слабокислому корозивному середовищі. Запропоновано механізм їх захисної дії. Досліджено вплив наповнення поліуретанового ґрунту сумішшю цинку/заліза фосфату й воластоніту на його протикорозійні та фізико-механічні характеристики. За результатами експериментальних досліджень розроблено новий поліуретанперхлорвініловий ґрунт для захисту проблемних ділянок трубопроводів на переходах земля–повітря.
Установлен синергизм ингибирования коррозии стали композицией пигментов на основе цинка/железа фосфата и волластонита в слабокислой коррозионной среде. Предложен механизм их защитного действия. Исследовано влияние наполнения полиуретанового грунта смесью цинка/железа фосфата и волластонита на его противокоррозионные и физико-механические характеристики. По результатам экспериментальных исследований разработан новый полиуретанперхлорвиниловый грунт для защиты проблемных участков трубопроводов на переходах земля–воздух.
Synergistic effect of steel corrosion inhibition in acid rain solution by zinc/iron phosphate and calcium silicate blend was established. Mechanism of the blend protection action has been proposed. Effect of the blend on anticorrosion and mechanical properties of polyurethane primer was studied. New polyurethane based primer for protection of gas pipelines weak sections was developed.
|
| issn |
0430-6252 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/139357 |
| citation_txt |
Захисні інгібовані покриви на поліуретановій основі / Л.М. Білий, Я.І. Зінь // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2012. — Т. 48, № 2. — С. 39-46. — Бібліогр.: 12 назв. — укp. |
| work_keys_str_mv |
AT bíliilm zahisnííngíbovanípokrivinapolíuretanovíiosnoví AT zínʹâí zahisnííngíbovanípokrivinapolíuretanovíiosnoví AT bíliilm zaŝitnyeingibirovannyepokrytiânapoliuretanovoiosnove AT zínʹâí zaŝitnyeingibirovannyepokrytiânapoliuretanovoiosnove AT bíliilm protectiveinhibitedcoatingsonthebasisofpolyurethan AT zínʹâí protectiveinhibitedcoatingsonthebasisofpolyurethan |
| first_indexed |
2025-11-26T03:13:34Z |
| last_indexed |
2025-11-26T03:13:34Z |
| _version_ |
1850609913871466496 |
| fulltext |
39
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2012. – ¹ 2. – Physicochemical Mechanics of Materials
УДК 620.197
ЗАХИСНІ ІНГІБОВАНІ ПОКРИВИ НА ПОЛІУРЕТАНОВІЙ ОСНОВІ
Л. М. БІЛИЙ, Я. І. ЗІНЬ
Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, Львів
Встановлено синергізм інгібування корозії сталі композицією пігментів на основі
цинку/заліза фосфату та воластоніту в слабокислому корозивному середовищі. За-
пропоновано механізм їх захисної дії. Досліджено вплив наповнення поліуретано-
вого ґрунту сумішшю цинку/заліза фосфату й воластоніту на його протикорозійні та
фізико-механічні характеристики. За результатами експериментальних досліджень
розроблено новий поліуретанперхлорвініловий ґрунт для захисту проблемних діля-
нок трубопроводів на переходах земля–повітря.
Ключові слова: інгібувальні пігменти, воластоніт, поліуретанперхлорвініловий
ґрунт, ударостійкість, підплівкова корозія, імпеданс, адгезійна міцність.
Ресурс магістральних газонафтопроводів визначається в основному їх про-
тикорозійним захистом. Підвищення вимог до ефективності протикорозійного за-
хисту трубопровідного транспорту, відображене у вітчизняних нормативних до-
кументах [1] і в стандарті Євросоюзу [2], зумовлене зростанням впливу корозій-
них чинників унаслідок техногенного забруднення довкілля. Особливої уваги за-
слуговує підвищення ресурсу та надійності протикорозійних покривів на відкри-
тих ділянках магістральних трубопроводів і в місцях переходу земля–повітря [3,
4]. У світовій практиці на них наносять поліуретанові покриви з високою атмо-
сферною та хімічною стійкістю [5, 6]. Перспективними в цьому плані є покриви
на основі поліуретанової емалі, модифікованої перхлорвініловою смолою [7], які
мають високі бар’єрні характеристики в багатьох агресивних середовищах. Од-
нак за наскрізного пошкодження покривів і проникнення середовища до суб-
страту активно розвивається підплівкова корозія металу. Тому необхідно розро-
бити ефективно інгібований ґрунт під поліуретановий емалевий покрив.
Аналіз патентної та науково-технічної літератури показав, що надійними ін-
гібувальними пігментами для поліуретанових ґрунтів на сталі можуть бути недо-
рогі та екологічно безпечні малотоксичні цинку/заліза фосфати, якщо їх поєднати
з відповідними активними неорганічними сполуками, здатними підсилити їх за-
хисну дію за рахунок взаємодії з компонентами мінерального наповнювача.
Мета роботи – розробити ефективний синергічно інгібований ґрунт на полі-
уретановій основі з підвищеними механічними та протикорозійними характе-
ристиками.
Матеріали та методи досліджень. Інгібувальні ґрунти одержували на осно-
ві поліуретанової емалі, яка складається (mass.%) з лапролу 1052 (15), перхлор-
вінілової смоли ПСХ-ЛС (7), хрому оксиду (12,9), розчинника Р-5 (суміш аце-
тону, О-ксилолу і бутилацетату) (48) і поліізоціанатного затверджувача (17,1). Як
модифікатор використовували перхлорвінілову смолу ПСХ-ЛС – олігомерний
модифікатор, який утворює з поліуретаном взаємопроникні сітки щільної струк-
тури з сильною міжмолекулярною взаємодією, що підвищує тривкість поліурета-
нових покривів у робочих середовищах. Інгібувальним пігментом слугувала су-
Контактна особа: Л. М. БІЛИЙ, e-mail: bill@ipm.lviv.ua
40
міш цинку/заліза фосфату (аctirox 213). Щоб порівняти ефективність інгібування,
використовували хромоксидний пігмент. Як мінеральний наповнювач-синергіст
вибрали воластоніт – природний кальцію силікат CaSiO3, який здатний поставля-
ти іони кальцію в розчин за наявності середовища та завдяки голчастій структурі
підвищувати фізико-механічні властивості покриву.
Вивчали шість варіантів ґрунтувальних композицій, які містили хрому оксид
(Х), цинку/заліза фосфат (А), воластоніт (В), а також суміші цинку/заліза фосфа-
ту з воластонітом (АВ) і хрому оксидом (АХ), хрому оксиду з воластонітом (ХВ)
за оптимальної об’ємної концентрації. Ґрунтувальні композиції мінерального на-
повнювача та інгібувального пігменту сукупно з поліуретанперхлорвініловим
в’яжучим перетирали впродовж 30 min у кульовому вібраційному млині. Підклад-
кою для нанесення покривів слугували пластини сталі 09Г2С (50×150×2 mm), які
очищували піскоструменевим методом, знежирювали розчинником і фарбували
пневматичним розпилювачем. Товщина шару ґрунту на зразках – в межах 50...
70 µm. Після його підсихання до відлипання І стадії за ДСТУ 4219: 2003 [1] на
нього наносили шар поліуретанового лаку товщиною 50...70 µm.
Захисні властивості покривів досліджували імпедансним методом [8]. Вимі-
рювали за кімнатної температури на приладі Р-5083 за частот змінного струму
0,1; 0,2; 1 і 10 kHz, використовуючи платиновий протиелектрод. Досліджували
суцільні покриви та покриви з дефектами. Для цього в них зробили наскрізні от-
вори ∅1 mm. Корозивним середовищем слугував слабокислий розчин з рН ∼ 4,5
(3,18 mg/l сірчаної кислоти + 4,62 mg/l амонію сульфату + 3,20 mg/l натрію суль-
фату + 1,58 mg/l азотної кислоти + 2,13 mg/l натрію нітрату + 8,48 mg/l натрію хло-
риду), який імітує дощові опади в промислових районах України.
Корозійно-електрохімічні властивості сталі досліджували в слабокислому
дощовому розчині та у витяжках інгібувальних пігментів. Витяжки готували,
додаючи 1 g кожного з компонентів до одного літра корозивного розчину, який
відстоювали впродовж 48 h і двічі фільтрували. Для досліджень використовували
потенціостат IPC-ProM, з’єднаний з комп’ютерним управлінням, триелектродну
електрохімічну комірку, насичений каломельний електрод порівняння та плати-
новий допоміжний електрод.
Поверхневий аналіз захисних плівок, утворених на сталі 09Г2С після 24 h
витримування в інгібованих розчинах, досліджували на сканівному електронно-
му мікроскопі EVO 40XVP із системою мікроаналізу INCA Energy 350.
Адгезію поліуретанових ґрунтів до сталі визначали на адгезиметрі AДГM
20–“Техно-Ресурс” [9] з високою точністю вимірювань. Грибки приклеювали
епоксидним клеєм Araldite Precision. Досліджували покриви непошкоджені та зі
штучно проробленими наскрізними дефектами ∅1 mm. Покриви з дефектом ви-
тримували в середовищі впродовж 1000 h, а суцільні − 365 days.
Визначали ударостійкість покривів на копрі У-2, використовуючи напівсфе-
ричний сталевий індентор ∅16 mm. Діелектричну суцільність покривів встанов-
лювали електроіскровим дефектоскопом “Пульсар–2І”.
Результати досліджень та їх обговорення. Незахищена сталь 09Г2С у сла-
бокислому дощовому розчині швидко кородує. При цьому на її поверхні спосте-
рігають утворення плівки продуктів корозії, яка рихла, не суцільна, має недостат-
ню адгезію до металу та слабкі бар’єрні властивості, а тому не перешкоджає про-
тіканню електрохімічних реакцій. Інгібувальні пігменти, дисперговані в ґрунту-
вальному шарі, сповільнюють підплівкову корозію металу [10]. Фосфатний інгі-
бувальний пігмент після проникнення середовища крізь дефекти поліуретанового
покриву до металу повільно гідролізується, спричинюючи утворення на анодних
ділянках металу стійкої фосфатної плівки, а на катодних – осадження малороз-
чинних гідроксидів. Однак інгібувальна дія фосфатних пігментів часто недостат-
41
ня для ефективного захисту сталі 09Г2C. Тому доцільно розглянути можливість її
підсилення шляхом додавання в поліуретанову ґрунтувальну композицію іншого
протикорозійного компонента. У літературі відзначають позитивний вплив на за-
хисні властивості лакофарбових покривів мінерального наповнювача – воласто-
ніту [11], який має лужну реакцію, що сприяє пасивації сталі під покривом [12].
Кінетичні залежності потенціалу корозії зразків сталі 09Г2С в слабокислому
середовищі з витяжками цинку/заліза фосфату та кальцію силікату знаходяться
нижче діапазону значень, характерних для неї в неінгібованому розчині (рис. 1а),
що свідчить про перевагу анодного контролю корозії металу. Однак, якщо порів-
няти вплив витяжки суміші воластоніту та цинку/заліза фосфату на потенціал ко-
розії металу кожного окремо, то можна побачити більшу пасивацію поверхні
сталі 09Г2С під впливом кальцію силікату.
Рис. 1. Кінетичні залежності потенціалу (а) та густини струму (b) корозії сталі 09Г2С
від часу витримування в слабокислому дощі, інгібованому витяжками суміші
цинку/заліза фосфату (1) та воластоніту за співвідношення 1:4 (2); 1:5 (3); 1:6 (4); 1:8 (5)
й екстрактом воластоніту (6).
Fig. 1. Time dependences of corrosion potential (а) and corrosion current (b) for 09Г2С steel
in acid rain solution inhibited by zinc/iron phosphate extract (1), extract of zinc phosphate +
+ iron phosphate/wollastonite blend under ratio of 1:4 (2); 1:5 (3); 1:6 (4); 1:8 (5)
and single wolastonite extract (6).
У фосфатній витяжці внаслідок осадження на катодних ділянках металу за-
хисної плівки за участі двовалентних іонів цинку/заліза можливий також катод-
ний контроль корозії, на що вказує незначне позитивне відхилення потенціалу
відкритого кола від його значень у неінгібованому середовищі. Водночас така
кінетика потенціалу сталі в фосфатовмісному розчині може свідчити і про недос-
татнє інгібування корозії. Вигляд потенціодинамічних поляризаційних вольтампер-
них залежностей для зразків сталі 09Г2С в інгібованих розчинах вказує на збіль-
шення контролю катодної та анодної реакцій у розчинах, інгібованих сумішшю
цинку/заліза фосфату і воластоніту, де анодні та катодні струми є менші, ніж в
інгібованих одинарними сполуками. При цьому струм саморозчинення за співвід-
ношення 1:4 між фосфатним пігментом і природним кальцієм є найменший (рис.
1b), а на поляризаційних кривих з’являється плато пасивності.
Імовірно, що за оптимальної кількості кальцію силікату в розчині потрібна
менша кількість цинку/заліза фосфату для ефективної пасивації металу. Це узго-
джується з результатами [12], і вказує на можливість появи ефекту синергізму во-
ластоніту в композиціях з іншими інгібіторами. Виходячи із залежності, наведе-
ної на рис. 2, збільшення відносного вмісту воластоніту в інгібувальній суміші не
призводить до суттєвого зменшення струму саморозчинення металу. Водночас
надлишок силікату може погіршити технологічність поліуретанової композиції
та утруднити її нанесення на поверхню металу розпиленням.
42
Важливим чинником інгібування корозії сталі 09Г2С витяжкою суміші фос-
фатного пігменту та воластоніту може бути збільшення рН корозивного розчину
внаслідок розчинення кальцію силікату. Це створює умови для пасивації сталі
09Г2С за меншої концентрації оксигену в розчині.
Рис. 2. Залежність густини струму корозії
(1) сталі 09Г2С у корозивних розчинах і
значення їх рН (2) після 24 h експозиції
від відносного вмісту воластоніту
в інгібувальній суміші за сталого
вмісту фосфатного пігменту 1 g/l.
Fig. 2. Dependence of corrosion current density (1) for 09Г2С steel in corrosion solutions and
their pH (2) on the relative concentration of wollastonite in inhibiting blend at fixed
concentration of phosphate pigment 1 g/l after 24 h exposure.
Електронно-мікроскопічні дослідження сталі 09Г2С після 24 h витримуван-
ня в середовищі, інгібованому сумішшю фосфатного пігменту та воластоніту за
співвідношення 1:4, виявили адсорбовані на її поверхні кристалоподібні агло-
мерати (рис. 3а). Після 24 h експозиції вони не створюють суцільну плівку.
Мікрорентгеноспектральний аналіз показав, що продукти корозії мають у
своєму складі атоми цинку, кремнію, фосфору та кальцію. Найімовірніше, що ці
поверхневі утворення складаються з двох сполук – кальцію силікату та цин-
ку/заліза фосфату, які утворюють механічну суміш (рис. 3b).
Рис. 3. Електронно-мікроскопічне зображення (а) та мікрорентгенівський спектр (b)
кристалоподібних осаджень на поверхні сталі 09Г2С після 24 h витримування в слабо-
кислому розчині, інгібованому сумішшю фосфатного пігменту та силікату кальцію.
Fig. 3. Scanning electron microscopy image (a) and X-ray energy dispersive spectrum (b)
of crystal-like deposits on the mild 09Г2С steel surface after 24 h exposure in corrosion
solution, inhibited by phosphate pigment and calcium silicate blend.
Однак постійна присутність у цих утвореннях Si та P засвідчує певну взає-
модію між цинку/заліза фосфатом і кальцію силікатом. Часто її пояснюють хемо-
сорбцією фосфат іонів на поверхні кристалів кальцію силікату. Така хемосорб-
ційна взаємодія може призвести до суттєвого підвищення захисних властивостей
і корозійної тривкості поверхневої плівки на сталі. Таким чином, на основі коро-
зійно-електрохімічних досліджень можна припустити, що внаслідок введення
воластоніту та фосфатного пігменту в поліуретанову ґрунтувальну композицію за
їх оптимальних концентрацій захисні властивості ґрунтувальних поліуретанових
покривів можуть суттєво поліпшитись.
43
Вимірювання імпедансних характеристик (ємності, опору) – найефективні-
ший метод пришвидшених досліджень захисних властивостей полімерних по-
кривів на металічних поверхнях у різних корозивних середовищах. Він оцінює
покрив за широкого діапазону частот прикладеного струму та інформує про стан
і властивості міжфазної поверхні полімер–метал, а також про об’єм органічного
шару. Опір діелектриків, зокрема, полімерних покривів, зменшується зі збіль-
шенням частоти прикладеного струму, що пов’язано зі зростанням діелектричних
втрат внаслідок дипольної поляризації [8]. Отже, покрив, що має високі бар’єрні
характеристики, повинен зберігати суттєву залежність активного опору від час-
тоти. Електричний опір покриву також знижується внаслідок сорбції полімерним
шаром корозивного середовища та утворенням у ньому мікропор, а його частотна
залежність стає менш вираженою. Після формування в покриві наскрізних дефек-
тів його опір практично перестає залежати від частоти струму, а отримане на
приладі його інтегральне значення складається з опорів корозивного середовища,
електроліту в порах покриву та переносу заряду на поверхні металу в місцях де-
фектів. За низьких частот струму появу дефектів у покриві можна визначити за-
довго до того, коли відшарування можна виявити візуально.
Щоб встановити протикорозійний ефект від введення інгібувальних пігмен-
тів, досліджували поліуретанперхлорвінілові покриви (ґрунт + верхній шар), в
яких проробили наскрізні дефекти ∅1 mm. Як видно із рис. 4, найбільший опір і
відповідно вищий захисний ефект спостерігають у покриві на основі композиції
(АВ), інгібованої сумішшю цинку/заліза фосфату та кальцію силікату. Компози-
ції (А) та (В), що окремо містять цинку/заліза фосфат та кальцію силікат, мають
гірші захисні властивості. Поєднання в поліуретанперхлорвініловому покриві
(АВ) фосфатного інгібітору та кальцію силікату зумовлює ефект синергізму захис-
ної дії, по-перше, за рахунок локального підлужування середовища в місці дефек-
ту через часткове розчинення воластоніту та поліпшення умов для пасивування
поверхні сталі [11, 12], по-друге, внаслідок формування корозійнотривкішої фос-
фатної плівки за рахунок іонів кальцію та цинку.
Рис. 4. Залежність опору змінному струмові
(0,1 kHz) покривів з дефектами ∅1 mm, інгі-
бованих витяжками цинку/заліза фосфату ( ),
воластоніту ( ), хрому оксиду ( ) та суміші
цинку/заліза фосфату з воластонітом (●), від
часу витримування в слабокислому дощі.
Fig. 4. Dependences of alternating current
resistance (0.1 kHz) for coatings with ∅1 mm
defects inhibited by extracts of zinc/iron phosphate
( ), wollastonite ( ), chromium oxide ( )
and zinc/iron phosphate + wollastonite blend (●)
on the time of exposure in acid rain.
Частотні залежності опору та ємності інгібованих покривів з наскрізним де-
фектом після різних експозицій у слабокислому розчині також підтверджують
позитивний вплив комбінації цинку/заліза фосфату та воластоніту на захисні
властивості поліуретанперхлорвінілового ґрунту.
Це відбувається за рахунок ефекту синергізму захисних характеристик за су-
місного використання фосфатного інгібітору та дрібнодисперсного наповнювача
воластоніту. Жодна з цих сполук, використана окремо в покриві, не може забезпе-
чити йому таку корозійну тривкість. Після 5 days найнижчий захисний ефект
спостерігають для кальцію силікату, опір якого значно менший порівняно з інши-
ми варіантами використаних інгібувальних пігментів.
44
Поєднання кальцієвмісної та фосфатної складової в інгібувальній суміші
сприяє підвищенню опору покриву зі штучними дефектами та зменшенню його
ємності. Ці зміни в основному пов’язані зі збільшенням опору переносу заряду на
сталі в місці наскрізного дефекту та закриттям там електрохімічно активної по-
верхні внаслідок формування фосфатної плівки з підвищеними захисними влас-
тивостями.
Часові залежності імпедансу (частота 0,1 kHz) непошкоджених інгібованих
покривів (рис. 5a) засвідчують стабільність їх бар’єрних характеристик під час
випробувань у корозивному розчині впродовж 365 days. Усі розроблені покриви
мають приблизно співмірні захисні властивості, а їх опір у слабокислому дощі
знаходиться на рівні 100...120 MΩ⋅cm2. Кращі параметри імпедансу спостеріга-
ють для суміші фосфатного пігменту та воластоніту.
Високі захисні характеристики запропонованих покривів підтверджуються
порівняннями кінетичних залежностей ємності в середовищі слабокислого дощу
(рис. 5b). У перші 10 days ємність зразків з інгібованими ґрунтами зростає. Такий
швидкий ріст спричинений проникненням компонентів середовища в мікропори
полімерного покриву. Далі ємність стабілізується. Найнижчі її значення мають
інгібовані покриви з сумішшю пігменту цинку/заліза фосфату з воластонітом.
Рис. 5. Залежність опору змінному струмові (а) та ємності (b) (0,1 kHz) непошкоджених
покривів з різними інгібувальними пігментами від часу витримування в середовищі сла-
бокислого дощу: суміші цинку/заліза фосфату та хрому оксиду (1); хрому оксиду (2); во-
ластоніту (3); цинку/заліза фосфату (4) і суміші цинку/заліза фосфату та воластоніту (5).
Fig. 5. Time dependences of alternating current resistance (а) and capacitance (b) (0.1 kHz) of
undamaged coatings with different inhibiting pigments in acid rain solution: zinc/iron phosphate
and chromium oxide blend (1); chromium oxide (2); wollastonite (3); zinc/iron phosphate (4);
zinc/iron phosphate and wollasonite blend (5).
Встановлено чітко виражену обернено пропорційну залежність опору покри-
вів, інгібованих воластонітом і фосфатним пігментом (рис. 6), від частоти, що свід-
чить про їх високі захисні характеристики. Пористість покривів незначна, сере-
довище практично не проникає до поверхні металу і тому пігментовані покриви
мають кращі захисні властивості.
Ємність покриву практично не залежить від частоти змінного струму в ін.-
тервалі 0...365 days. Хоча спостерігають незначне її підвищення за довготривалої
дії слабокислого дощу. Очевидно, що тут важливу роль відіграють бар’єрні
властивості поліуретанперхлорвінілового в’яжучого, який сам по собі має
45
підвищену хімічну тривкість. Такі довготривалі імпедансні дослідження
підтверджують високі захисні властивості покривів у робочих умовах і
перспективність їх застосування для трубопровідного транспорту.
Рис. 6. Частотні залежності опору змінному струмові
покриву з сумішшю цинку/заліза фосфату та волас-
тоніту на початку ( ) і після 2 ( ); 40 ( ); 160 (×)
і 300 ( ) days витримування в слабокислому дощі.
Fig. 6. Frequency dependences of alternating current
resistance for the coating with zinc/iron phosphate and
wollasonite blend at the beginning ( ) and after 2 ( ); 40
( ); 160 (×) and 300 ( ) days of exposure in acid rain.
Підвищені захисні характеристики поліуре-
танперхлорвінілових покривів підтверджують ви-
пробування на діелектричну суцільність, яка
майже на порядок вища від значення 5 kV/mm, яке
вимагає ДСТУ 4219:2003 [1].
Дослідження впливу інгібування на адгезійну міцність поліуретанперхлор-
вінілового ґрунту показали, що для всіх комбінацій інгібувальних пігментів вона
має високі значення. Після витримування інгібованих дефектних покривів (∅1 mm)
впродовж 1000 h у слабокислому розчині адгезійна міцність зменшилась у середньо-
му на 20%. Витримка зразків без штучних дефектів у слабокислому дощі впро-
довж 365 days (див. таблицю) призвела до зменшення адгезійної міцності майже
на 25% для всіх ґрунтів, окрім ґрунту з воластонітом, адгезійна міцність якого
зменшилась у 2,5 рази.
Адгезійна міцність інгібованих поліуретанових покривів
А В Х АВ ХВ АХ Умови випробувань зразків ґрунтуваль-
них покривів МPа
Вихідний стан 8,42 6,95 8,65 8,43 7,70 6,92
Після витримування 1000 h у слабокисло-
му розчині. Покрив з дефектом ∅1 mm 7,10 4,55 7,05 7,50 6,25 5,85
Після витримування 365 days у слабокис-
лому розчині. Покрив без дефекту 6,10 2,85 6,80 6,65 5,50 5,65
Адгезійна міцність ґрунтів з іншими інгібіторами після довготривалого ви-
тримування в слабокислому розчині впродовж 365 days перевищує значення та-
кої для полімерних покривів у вихідному стані на 0,5...1,8 MPa.
Дослідження ударостійкості показали високі значення розроблених поліуре-
танперхлорвінілових покривів. Найстійкіші – покриви з додаванням як інгібітора
чистого цинку/заліза фосфату (А) та цинку/заліза фосфату сумісно з воластонітом
(АВ). Таким чином, додавання суміші цинку/заліза фосфату та воластоніту за спів-
відношення 1:4 за масою в поліуретаноперхлорвінілове в’яжуче підтверджує пер-
спективність їх застосування для проблемних ділянок магістральних трубопроводів.
ВИСНОВКИ
Виявлено, що поєднання комплексного пігменту цинку/заліза фосфату та
кальцію силікату в складі поліуретанперхлорвінілового ґрунту багатократно під-
силює його захисні властивості завдяки ефекту синергізму.
46
Встановлено, що за співвідношення 1:4 цинку/заліза фосфату і воластоніту
найефективніше інгібування корозії сталі 09Г2С у робочому слабокислому сере-
довищі. Синергізм захисної дії суміші цинку/заліза фосфату з воластонітом ви-
значається двома одночасними процесами: підлужування корозивного слабокисло-
го середовища та пришвидшення пасивації сталі; осадження на металі корозійно-
тривкої фосфатної плівки з домішками кальцію силікату.
Показано, що за фізико-механічними властивостями розроблювана компози-
ція із запасом відповідає вимогам ДСТУ 4219:2003 до покривів магістральних
трубопроводів. Діелектрична суцільність отриманих покривів знаходиться на
рівні 30...55 kV/mm за потреби 5 kV/mm, ударостійкість сягає 10,5 J за норми 8 J.
Адгезійна міцність покривів навіть після витримування їх впродовж 365 days у
слабокислому дощі перевищує на 1,5...1,8 MPa значення адгезії за вимогами стан-
дарту до покривів у вихідному стані.
РЕЗЮМЕ. Установлен синергизм ингибирования коррозии стали композицией пиг-
ментов на основе цинка/железа фосфата и волластонита в слабокислой коррозионной
среде. Предложен механизм их защитного действия. Исследовано влияние наполнения
полиуретанового грунта смесью цинка/железа фосфата и волластонита на его противокор-
розионные и физико-механические характеристики. По результатам экспериментальных
исследований разработан новый полиуретанперхлорвиниловый грунт для защиты проб-
лемных участков трубопроводов на переходах земля–воздух.
SUMMARY. Synergistic effect of steel corrosion inhibition in acid rain solution by
zinc/iron phosphate and calcium silicate blend was established. Mechanism of the blend protec-
tion action has been proposed. Effect of the blend on anticorrosion and mechanical properties of
polyurethane primer was studied. New polyurethane based primer for protection of gas pipelines
weak sections was developed.
1. ДСТУ 4219:2003. Трубопроводи сталеві магістральні. Загальні вимоги до захисту від
корозії. – К.: Держ. комітет України з питань технічного регулювання та споживчої
політики, 2003. – С. 9–11.
2. EN ISO 12944–5 “Фарби і лаки. Антикорозійний захист сталевих конструкцій сис-
темами покривів”. – 2008. – 9 с.
3. Похмурський В. І., Зінь І. М., Гнип І. П. Збільшення ресурсу високотемпературних ді-
лянок газопроводів застосуванням нових антикорозійних покриттів // Проблеми ресур-
су і безпеки експлуатації конструкцій. Зб. наук. статей. – К., 2006. – С. 115–119.
4. Вплив інгібувальних пігментів на захисні властивості поліуретанових ґрунтів / І. Зінь,
Л. Білий, Н. Ласковенко та ін. // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 2008. – Спец. вип.
№ 7. – С. 424–429.
5. Омельченко С. И., Кадурина Т. М. Модифицированные полиуретаны. – К.: Наук. дум-
ка, 1983. – 238 с.
6. Модифицированные материалы на основе полиуретанов / Под. ред. Дж. М. Бьюнстона.
– М.: Химия, 1982. – 274 с.
7. Перхлорвинилполиуретановые пленкообразователи / Н. Н. Ласковенко, С. И. Омель-
ченко, В. П. Привалко и др. // ЛКМ и их применение. – 1992. – № 6. – С. 14–17.
8. Карякина М. И. Испытание лакокрасочных материалов и покрытий. – М.: Химия,
1988. – 272 с.
9. Патент UA № 17205. Адгезиметр АДГМ 20–“Техно-ресурс” / І. П. Гнип. – Опубл.
15.09.2006; Бюл. № 9.
10. Leidheizer H. Jr. Mechanism of corrosion inhibition with special attention to inhibitors in
organic coatings // J. Coatings Technology. – 1981. – 53. – P. 29–39.
11. Hare C. H. Inhibitive primers for metals: Practical formulating and service problems
// J. Protective Coatings and Linings. – 1998. – June. – P. 31–62.
12. Hare C. H. Mechanisms of corrosion protection with surface-treated wollastonite pigments
// Paint & Coatings Industry. – 1998. – March. – P. 74–82.
Одержано 15.03.2012
|