CC BY
88
УДК 620.193
ЗАЩИТНЫЙ ЭФФЕКТ ЭМУЛЬСИЙ КОНСЕРВАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ И ОТХОДОВ ИХ ПРОИЗВОДСТВА ПРОТИВ АТМОСФЕРНОЙ КОРРОЗИИ СТАЛИ
© А.А. Урядников, Л.Е. Цыганкова
Ключевые слова: эмульсии; защитный эффект; сталь; угол смачивания; коэффициент водопоглощения. Определен защитный эффект эмульсий масляных композиций в солевых растворах, установлен коэффициент водопоглощения масляными композициями, измерен краевой угол смачивания водой стальной поверхности, покрытой пленкой масляной композиции.
ВВЕДЕНИЕ
Атмосферная коррозия является одним из самых распространенных видов разрушений металлических изделий. Одним их наиболее технически простых и эффективных способов борьбы с атмосферным воздействием является использование консервационных материалов на основе возобновляемого растительного сырья [1]. В процессе защиты металлоизделий защитные пленки подвергаются многочисленным природным факторам, например, изменению температуры, влажности. Одно из основных воздействий на антикоррозионные покрытия оказывают атмосферные осадки в виде дождя. В результате исходные защитные составы, взаимодействуя с водой, превращаются в эмульсии, защитный эффект которых может отличаться от такового исходных масляных композиций. В связи с этим целью данной работы было определение коэффициента водопоглощения антикоррозионными композициями на масляной основе, а также защитного эффекта образующихся при этом эмульсий в солевых растворах.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
В качестве объектов исследования использованы отходы производства рапсового масла 2 типов (Орловский масложиркомбинат), композиции на основе этих отходов и рапсового (РМ) и подсолнечного (ПМ) масел в состоянии поставки и отстои производства подсолнечного масла (Инжавинский маслокомбинат).
Отходы I типа представляют собой смесь высших карбоновых кислот, в состав отходов II типа входят высшие карбоновые кислоты и фосфолипиды [2]. Краевые углы смачивания определяли с помощью прибора для измерения краевого угла смачивания {^ASY DROP» (рис. 1) [3].
Прибор подключали к компьютеру, в который введена программа DSA1 v 1.9 (производитель фирма KRUSS, ФРГ). После включения прибора и компьютера с помощью специального шприца, закрепленного в держателе, наносили каплю защитного состава на поверхность стали или каплю дистиллированной воды на поверхность образца Ст3, покрытого пленкой масляной композиции, расположенного на специальном столике,
избегая контакта иглы шприца с образцом. Затем регулировали четкость изображения капли на экране компьютера. Далее автоматически определяли базовую линию - линию контакта между образцом и каплей. Базовая линия отображалась в виде цветной полосы. Затем на основе программного обеспечения выбирали самые распространенные методы определения краевого угла смачивания: «Tangent Method-1» и «CircleFitting». Результаты измерений краевых углов автоматически отображались на компьютере.
Эмульгирующую способность композиций оценивали путем смешивания равных объемов масляного состава и дистиллированной воды при интенсивном перемешивании в течение 20 мин. в делительной воронке с рубашкой при температуре 20 оС с последующим отстаиванием и отделением водной фазы [4, 5].
Количество поглощенной или солюбилизированной воды после разделения слоев находили по разности между исходным и оставшимся объемами воды, предполагая, что на оставшийся объем воды не влияют экстрагированные ею компоненты. Отношение V^. водь/Укомп. представляло собой объемный коэффициент солюбилизации р, который характеризовал максимальный объем воды, поглощаемый единицей объема масляной композиции в условиях равновесия [6].
Рис. 1. Общий вид прибора для измерения краевого угла смачивания <^ASY DROP»
Коррозионные испытания в солевых растворах проведены на образцах стали Ст3 (химический состав, мас. %: С - 0,2; Мп - 0,5; Si - 0,15; P - 0,04; S - 0,05;
6 - 0,30; № - 0,20; Си - 0,20; Fe - 98,36) в течение 14 суток при комнатной температуре. Их подготовка, определение толщины покрытия, снятие продуктов коррозии, методика расчета описаны в [7]. Для нанесения покрытия образцы опускали в ванну консервации на 10 с, после чего оставляли на воздухе (помещение лаборатории) в подвешенном вертикальном положении на 1 сутки для стекания избытка масляной композиции и формирования защитной пленки. Толщину сформированной пленки оценивали гравиметрически.
Защитные составы наносили параллельно на 3-7 образцов. Скорость коррозии рассчитывали по потерям массы образцов в процессе испытаний, где т - время, ч.
Защитный эффект покрытия рассчитывали по формуле:
7 = [(Ко - К1)/К0]-100 %,
где К0 и К1 - соответственно, скорости коррозии в отсутствие и при наличии защитного покрытия.
Испытания проведены в 0,5 М растворах хлорида натрия, 0,16 М №а2$04. Концентрация раствора №а2$04 была взята, исходя из равенства ионной силы с 0,5 М раствором хлорида натрия.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В связи с тем, что на поверхности металлоизделий, покрытых пленкой консервационного материала на масляной основе, в атмосферных условиях образуются видимые или микроскопические водяные слои, были изучены краевые углы смачивания водой этих поверхностей (табл. 1).
Как видно, во всех случаях краевые углы смачивания меньше 90°, что говорит о смачиваемости водой рассматриваемых поверхностей. Особенно маленькие краевые углы наблюдаются в присутствии пленок от-стоев ПМ и отходов РМ, которые близки к краевому углу на окисленной поверхности стали. Такая картина свидетельствует о возможности преобразования масляных покрытий в эмульсии. В связи с этим проведены исследования по определению количества воды, поглощаемой защитной композицией. Соответствующие данные представлены в табл. 2.
Таблица 1
Краевые углы смачивания водой поверхности стали в отсутствие и в присутствии на ней пленок исследуемых масляных композиций
Состав покрытия ©, о
Свежезачищенная поверхность 69
Окисленная поверхность 25
ПМ 63
ПМ + отходы I (20 %) 54
ПМ + отходы II (20 %) 58
Отстои ПМ 21
Отходы I 30
Отходы II 33
Коэффициент водопоглощения достаточно высок. Это говорит о том, что атмосферные осадки могут в заметной степени изменить состав исходных защитных пленок, преобразовав их в эмульсии. Поэтому проведено изучение защитного эффекта эмульсий, полученных из исходных масляных композиций, в солевых хлорид-ных и сульфатных растворах. Результаты представлены в табл. 3. Для сравнения в табл. 4 приведены данные по защитной эффективности исходных пленок масляных композиций в тех же условиях.
Коррозионные испытания в сульфатной нейтральной среде, в отличие от хлоридной, показали значительно более высокий защитный эффект исследуемых покрытий (как масляных, так и эмульсионных), чем в хлоридном растворе, что свидетельствует об агрессивной роли хлорид-ионов, обусловленной их поверхностной активностью на стали.
Таблица 2
Коэффициент водопоглощения (р) защитными составами
Состав покрытия Р
Отстои ПМ 0,16
ПМ 0,12
Отходы 1 0,32
Отходы 2 0,40
ПМ + отходы 1 (20 %) 0,24
ПМ + отходы 2 (20 %) 0,27
Таблица 3
Защитный эффект эмульсий отходов I и II и их композиций с подсолнечным маслом в солевых растворах (И, 30-35 мкм). Ко(С1-) = 0,051 г/(м2 ч), Ко(Б042-) = 0,044 г/(м2-ч)
Эмульсии на основе 7, %
0,5 М №аС1 0,16 М №а^04
ПМ 20 53
ПМ + отходы I (20 %) 28 59
ПМ + отходы II (20 %) 33 64
Отходы I 20 63
Отходы II 20 67
Таблица 4
Защитный эффект (7, %) отходов производства рапсового масла и их композиций с ПМ, покрывающих сталь в виде тонких пленок (Н, 30-35 мкм), в солевых средах. Ко(С1-) = 0,051 г/(м2-ч), К^042-) = 0,044 г/(м2-ч)
Состав покрытия Н, мкм 7, %
0,5 М №аС1 0,16 М №а^04
ПМ 32 21 57
Отходы I 34 16 72
Отходы II 30 17 76
ПМ + отходы I (20 %) 32 28 62
ПМ + отходы II (20 %) 30 29 65
Эмульсии исследуемых масляных композиций обладают защитным эффектом, примерно одинаковым с исходными масляными композициями. Так как заметного снижения защитной эффективности не происходит, можно говорить о том, что используемые консер-вационные материалы будут проявлять защитную способность даже в условиях повышенной влажности, когда возможно образование эмульсий. Следует также отметить, что коррозионные испытания в солевых растворах соответствуют более жестким условиям, нежели в атмосфере.
Поэтому можно полагать, что в атмосферных условиях защитный эффект будет выше, чем в сульфатных средах, что и было показано в [8, 9].
ВЫВОДЫ
1. Масляные композиции на основе растительных масел и отходов их производства поглощают воду с образованием эмульсий.
2. Защитный эффект образующихся эмульсий, по данным гравиметрических испытаний стальных образцов, покрытых пленками эмульсий, в солевых растворах, практически не уступает исходным масляным композициям.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вигдорович В.И., Князева Л.Г., Цыганкова Л.Е., Шель Н.В., Прохо-ренков В.Д., Зазуля А.Н. Научные основы и практика создания антикоррозионных консервационных материалов на базе отработанных нефтяных масел и растительного сырья. Тамбов: Изд-во Першина Р.В., 2012. 355 с.
2. Урядников А.А., Таныгина Е.Д., Цыганкова Л.Е. Утилизация отходов производства растительных масел для создания защитных составов против атмосферной коррозии стальных изделий // Коррозия: материалы, защита. 2012. № 3. С. 19-23.
3. Вигдорович В.И., Таныгина Е.Д., Таныгин А.Ю., Прусаков А.В. Связь защитной эффективности в условиях атмосферной коррозии продуктов рафинирования рапсового масла и смачивания поверхности стали после ее расконсервации // Коррозия: материалы, защита. 2009. № 10. С. 38-43.
4. Урядников А.А. Антикоррозионные консервационные материалы на основе отходов производства растительных масел: автореф. дис. ... канд. хим. наук. Тамбов, 2013. 16 с.
5. Таныгина Е.Д. Водопроницаемость защитных пленок дистиллированных аминов в композиции с алканами // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2005. Т. 10. Вып. 1. С. 34-38.
6. Вигдорович В.И., Цыганкова Л.Е., Шель Н.В., Поздняков А.П. Научные основы, практика создания и номенклатура антикоррозионных консервационных материалов. Тамбов: Изд-во ТГУ им. Г.Р. Державина, 2001. 193 с.
7. Урядников А.А., Камышова М.А., Цыганкова Л.Е. Использование отстоев подсолнечного масла для защиты стали от атмосферной коррозии // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2013. Т. 18. Вып. 1. С. 413-418.
8. Урядников А.А., Камышова М.А., Цыганкова Л.Е. Защита стали от атмосферной коррозии покрытиями на основе растительных масел и отходов их производства // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2012. Т. 17. Вып. 4. С. 1147-1151.
9. Tsygankova L.E., Uryadnikov A.A., Vigdorovich V.I., Shel N.V. Utilization of wastes of vegetable oils production for preparation of protective compositions against atmospheric corrosion of steel goods // Farby i lakiery (Paints and varnishes). Barwnikow, 2013. № 3. P. 17-22.
БЛАГОДАРНОСТИ:
1. Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (грант № 12-03-97519/13 р_центр_а) и программой «У.М.Н.И.К.» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научнотехнической сфере (проект 10714р/16954).
2. Работа выполнена на оборудовании ЦКП «Нанохимия и экология» в Тамбовском государственном университете им. Г.Р. Державина.
Поступила в редакцию 15 ноября 2013 г.
Uryadnikov A.A., Tsygankova L.Y. PROTECTIVE EFFECT OF CONSERVATION MATERIALS EMULSIONS ON BASE OF VEGETABLE OILS AND THEIR PRODUCTION WASTES AGAINST STEEL ATMOSPHERIC CORROSION Protective effect of oil composition emulsions has been estimated in the salt solutions, water absorption coefficient of the oil compositions is determined; wetting angle of steel surface covered by oil composition film is measured.
Key words: emulsion; protective effect; steel; wetting angle; water absorption coefficient.
Урядников Александр Алексеевич, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, старший преподаватель кафедры аналитической и неорганической химии, е-mail: chemist-tambov@rambler.ru.,
Uryadnikov Aleksander Alekseyevich, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Senior Lecturer of Analytical and Inorganic Chemistry Department, е-mail: chemisttambov@rambler.ru
Цыганкова Людмила Евгеньевна, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, доктор химических наук, профессор кафедры аналитической и неорганической химии, научный руководитель института естествознания, е-mail: vits21@mail.ru
Tsygankova Lyudmila Yevgenyevna, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Doctor of Chemistry, Professor of Analytical and Inorganic Chemistry Department, Scientific Head of Natural Science Institute, e-mail: vits21@mail.ru
