CC BY
154
3. Денщиков М.Т. Отходы пищевой промышленности и их использование. М.: Пищепромиздат, 1963. 616 с.
4. Нормы посадки деревьев и кустарников городских зеленых насаждений. URL: http: // www.znaytovar. ru/gost/2/normy posadki derevev i kustar.html
5. Полная энциклопедия. URL: http://www.polnaja-jenciklopedija.ru/
6. Строительство и недвижимость. URL: http://rusbuildrealty.ru/
7. Министерство экономического развития Челябинской области. URL: http://www.econom-chelreg.ru/
Сведения об авторах
Боброва Залия Маратовна - канд. техн. наук, доц. факультета стандартизации, химии и биотехнологиии ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: 8(3519) 29-84-88.
Киселева Ксения Александровна - студентка факультета стандартизации, химии и биотехнологиии ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».
Мельникова Мария Олеговна - студентка факультета стандартизации, химии и биотехнологиии ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».
♦ ♦ ♦
УДК 678.6.952 678:02.541.07
Гиревая Х.Я., Гиревой Т.А., Боханова К.Е.
АНТИКОРРОЗИОННОЕ ПОКРЫТИЕ НА МЕТАЛЛ ИЗ ПРОДУКТОВ ХИМИЧЕСКОЙ ДЕСТРУКЦИИ ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТА
Аннотация. Получен композиционный материал путем химической деструкции полиэтилентерефталата. Изучен состав методами ИК-спектроскопии и газовой хроматографии. Полученный композиционный материал апробирован в качестве антикоррозионного покрытия для металлопроката. Установлено, что при предварительном фосфатировании пластин повышается адгезия покрытия к металлу и существенно тормозится развитие коррозии.
Ключевые слова: композиционный материал, полиэтилентерефталат, коррозия, лакокрасочное покрытие, адгезия, химическая деструкция, гликолиз.
Утилизация упаковки из полиэтилентерефталата (ПЭТ) является проблемой мирового масштаба. Одним из основных современных направлений утилизации полиэтилентерефталатной упаковки является ее химическая переработка, обеспечивающая возможность дальнейшего использования полученных продуктов. Продукты химической деструкции полиэти-лентерефталата возможно использовать в качестве флотореагентов для флотации газовых углей [1], для очистки сточных вод [2], для получения древесно-полимерного композиционного материала [3, 4], а также для производства лакокрасочных материалов [5]. Свойства лакокрасочных покрытий определяются составом лакокрасочных материалов (типом плёнкообразующих веществ, пигментов и др.), а также структурой покрытий, которые в большинстве случаев состоят из нескольких слоев. Важнейшие требования к лакокрасочным покрытиям - прочное сцепление (адгезия) отдельных слоев друг с другом, а нижнего слоя - также и с подложкой, твёрдость, прочность при изгибе и ударе. влагопроницаемость, атмосферостой-кость, комплекс декоративных свойств. Отличительная особенность лакокрасочных материалов состоит в том, что в соединения, входящие в состав лаков, спо-
собны в процессе пленкообразования вступать в реакцию сополимеризации с образованием сетчатого сополимера [6]. Взаимодействие полиэфира с мономером-растворителем и образование сетчатого полимера обычно происходит под действием инициаторов полимеризации и ускорителей.
На сегодняшний день на рынке полимерных покрытий и лаков представлен сравнительно большой выбор различных комплексных материалов. Основными поставщиками полимерных материалов в России являются три ведущие европейские компании: «BASF» (Германия), «Акзо Нобель» и «Беккерс» (Швеция) [7].
В лабораторных условиях исследована возможность применения в качестве защитного покрытия для металлопроката композиционного материала из ПЭТ.
Композиционный материал из ПЭТ получали при гликолизе полиэтилентерефталатных изделий в этиленгликоле в соотношении 1:3 при температуре 190°С. Полученный раствор представляет собой жидкость белого цвета со слабым запахом, Физические свойства композита: плотность 1,17-1,20 г/см3; температура кипения 210,5°С; температура застывания 7,5°С; динамическая вязкость 20,59 МПас; кинемати-
ЭКОЛОГИЯ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
ческой вязкость 17,87 мм2/с; величина остатка после прокаливания 0,207 %; йодное число 0,25 йода/100 г.
Из ИК-спектра композиционного материала видно, что полоса поглощения при 1310, 1150 см-1 соответствует валентным колебаниям (-С-О) терефтала-тов, при 1760 см-1 валентные колебания кетонной связи (-С=О). Наличие полосы поглощения при 1500 см-1 соответствует плоскостным колебаниям углеродного скелета (-С=С-) ароматических соединений; при 3060 см-1 валентным колебаниям (=С-Н ) углеродно-водородной связи; полоса 740 см-1 соответствует деформационным колебаниям СН - бензольного кольца (имеется пять незамещенных атомов водорода, расположенных по соседству). Полоса поглощения при 3380 см-1 соответствует валентным колебаниям гид-роксильной (-ОН) группы. Полоса поглощения при 2900, 1450 см-1 соответствует валентным колебаниям связи С-Н метиленовой группы (-СН2-); 2960 см-1 валентные колебания С-Н метильной группы (-СН3); 1400 см-1 колебания связи углеродно-метильной; 1700 см-1 валентные колебания -С-О- связи в спиртах.
ШО 3500 ЗООО 2500 2000 1500 1000 500
ИК-спектр композиционного материала
Проведенные исследования методами ИК-спектроскопии и газовой хроматографии показали, что полученный в лаборатории композиционный материал содержит полиэфирные группы, что позволяет отнести его к группе универсальных грунтов.
Полученный в процессе химической утилизации полиэтилентерефталата композиционный материал был апробирован в качестве антикоррозионного покрытия для металлопроката.
Технологический процесс получения лакокрасочных покрытий включает операции подготовки поверхности, нанесения отдельных слоев, сушку лакокрасочных покрытий и их отделку. Качество подготовки поверхности под окраску в значительной степени определяет адгезию лакокрасочных покрытий к подложке.
Технологический процесс в лабораторных условиях состоял из следующих операций:
1. Обезжиривание пластин щелочным раствором в течение 2-5 мин при 50-60°С.
2. Промывка в проточной воде в течение 0,5-1 мин при 50°С.
3. Хроматирование окунанием при 23-25°С в течение 1-5 мин.
4. Промывка в холодной проточной воде в течение 1 мин.
5. Холодное фосфатирование окунанием при 23-25°С в течение 40-50 мин.
6. Промывка в проточной воде в течение 0,5-1 мин при 50°С.
7. Выдержка пластинок в течение 24 ч с целью удаления влаги пленки.
8. Очистка поверхности пластины ацетоном.
9. Нанесение слоя комплексного материала металлическим валиком.
10. Выдержка в шкафу при температуре 160-180°С в течение 50-70 с.
11. Охлаждение при комнатной температуре в помещении лаборатории.
Состав для фосфатирования: ортофосфорная кислота 40%; дингидрофосфат цинка 10%; оксид хрома (Ш) 10%; перманганат калия 10%; дигидро-фосфат алюминия 5%; этиловый спирт 20%; бутиловый спирт 5%.
Для исследований использовали три вида пластин:
1) с обезжиренной поверхностью;
2) с поверхностью, подвергшейся обезжириванию и дополнительному хроматированию;
3) с поверхностью, подвергшейся обезжириванию и дополнительному фосфатированию
Для сравнения брали материал BASF.
Нанесенное полимерное покрытие из композиционного материала формировалось после нагревания одновременно по всей поверхности субстрата независимо от профиля и образовывало на ней защитный однородный слой.
Покрытые полимером металлические пластинки были подвергнуты испытаниям. Полученные результаты приведены в таблице. По результатам таблицы видно, что при нанесении полимерного покрытия не нужно проводить хроматирования, т.к. результаты испытания хроматированых металлических пластин оказались хуже. Что, вероятно, связано с побочными процессами окисления, протекающими при взаимодействии реагента с хромированной поверхностью (окисление гидроксильных групп). Хорошие результаты при дополнительном фосфатировании объясняются образованием на поверхности химически связанного слоя нерастворимых фосфатов. Фосфатиро-вание повышает адгезию покрытия к металлу и существенно тормозит развитие подпленочной коррозии. Результаты проведенных сравнительных испытаний показали, что полимерное покрытие из продуктов химической деструкции ПЭТ имеет хорошую адгезию к металлу, твердость и прочность после вытяжки соответствует стандартам для полимерных покрытий. Величина стойкости к истиранию показала, что полученное полимерное покрытие имеет хорошее поперечное соединение с металлом.
Результаты испытаний покрытия композиционного материала на металлоизделии с различными способами
№1 (14). 2014
71
подготовки пластин
Композиционный материал
Наименование BASF Обезжи- Хроматиро- Фосфатиро-
показателя ренная ваная пла- ваная пла-
пластина стина стина
Прочность после 6 7 1 8
вытяжки, мм
Прочность при обратном ударе, Дж 10 11 1 12
Твердость по карандашу F-H Н 4Н Н
Стойкость к исти-
ранию растворителем МЭК, чис- 100 Более 100 16 Более 100
ло двойных про-
ходов
Эластичность при изгибе, Т 3 1 3,5 3
Адгезия, Т 0 0 3,5 0
В результате математического моделирования с использованием полного факторного эксперимента 22 с равномерным дублированием опытов выявили технологию нанесения полученного композиционного материала. Полимерное покрытие формируется при температуре 280°С в течение 70 с.
Пластинки с нанесенным композиционным материалом подвергли испытанию на коррозионную стойкость в «камере солевого тумана». Первые признаки коррозии в виде точечной коррозии появились на металлических пластинах с композиционным материалом по истечению 24 ч в рабочем режиме и 99 ч в выключенном режиме камеры (4% от всей площади поверхности). На пластинках с полимерным покрытием BASF коррозия (2% от всей площади поверхности) появилось в те же интервалы времени. На предварительно фосфа-тированных пластинках точечная коррозия проявилась при рабочем состоянии камеры через 72 ч.
Список литературы
1. Медяник Н.Л., Варламова И.А., Гиревая Х.Я. Разработка реагента для флотации углей низкой стадии метаморфизма на основе квантово-химических расчетов. Магнитогорск, 13 с. Деп. в ВИНИТИ 25.01.2006, № 72-В2006.
2. Пат. 2359920 РФ, МПК С 02 F 1/62 и С 02 F 1/24. Способ очистки сточных вод от ионов тяжёлых металлов / Медяник Н.Л., Шадрунова И.В., Гиревая Х.Я., Строкань А.М.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» (RU). 2008107290; заявл. 26.02.08; опубл. 27.06.09, БИПМ. 2009. №18. 2 с.
3. Гиревая Х.Я., Шубина Н.И. Утилизация полимерных отходов путем получения древесно-полимерного композиционного материала и исследование его свойств // Теория и технология металлургического производства: межрегион. сб. науч. тр. / под ред. В.М. Колокольцева. Вып. 12. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. С. 156-161.
4. Гиревая Х.Я., Шубина, Н.И. Композиционные материалы на основе вторичного полимерного сырья // Актуальные проблемы современной науки, техники, образования: материалы 71-й межрегион. науч.-техн. конференции / под ред. В.М. Колокольцева. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2013. Т. 1. С.282-285.
5. Использование продуктов химической деструкции ПЭТ для антикоррозионного покрытия металлов / Куликова Т.М., Гиревая Х.Я., Шубина О.И., Шубина Н.И. // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: материалы 68-й межрегион. науч.-техн. конференции. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2010. С. 87-90.
6. Дьяченко А.В., Ильин В.И. Нанесение влагозащитного покрытия методом пиролитической полимеризации // Лакокрасочные материалы и их применение. 2002. №10. С. 12-14.
7. Пилюгина Н.И., Михайлова Т.С., Мозговая Л.В. Контроль качества проката с полимерным покрытием в ОАО «ММК» // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2007. №3. С. 73-75.
Сведения об авторах
Гиревая Ханифа Яншаевна - канд. техн. наук, доц. факультета стандартизации, химии и биотехнологиии ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: [email protected].
Гиревой Тимур Андреевич - студент гр. АВб-12 института энергетики и автоматизированных систем ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: [email protected].
Боханова Ксения Евгеньевна - студентка гр. ТУ-09 факультета стандартизации, химии и биотехнологиии ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: [email protected].
♦ ♦ ♦
