CC BY
18
AZ9RBAYCAN KIMYA JURNALI № 1 2015
79
УДК 620.193.3
АНТИКОРРОЗИОННЫЕ СРЕДСТВА НА ОСНОВЕ НАФТЕНОВЫХ КИСЛОТ ДЛЯ
ЗАЩИТЫ ТОННЕЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ
А.М.Кязимов, И.Ф.Мамедьярова, Д.Г.Селимханова, Д.А.Бахышова
Институт катализа и неорганической химии им. М.Нагиева НАН Азербайджана
d. selimxanova@gmail. com Поступила в редакцию 16.10.2014.
Разработаны и исследованы покрытия и преобразователи ржавчины на основе нафтеновых кислот для защиты от коррозии металлических, железобетонных конструкций, находящихся во влажной (до 96%) атмосфере и вихревом движении воздуха в тоннелях бакинского метрополитена.
Ключевые слова: коррозия, сталь, защита, нафтеновые кислоты, покрытие.
Введение
Одними из наиболее металлоёмких областей народного хозяйства являются подземные сооружения метрополитена. Тоннели бакинского метро эксплуатируются в исключительно сложных коррозионно-агрессивных условиях. Металлоконструкции, железобетонная арматура находятся в атмосфере высокой влажности (в летний период до 90%, зимний -до 70%), колеблющейся температуры воздуха (от 16 до 260С), высокого содержания углекислого газа (от 0.65 до 0.96 л/м ) и пыли, а также постоянной вибрации воздуха, вызываемой движением поездов и работой вентиляционных систем.
Процесс коррозии в этих условиях протекает под невидимым слоем влаги, образующейся на поверхности в результате капиллярной, адсорбционной и ионной конденсации. На конструкциях образуется электропроводящая влага, создающая условия для корродирования поверхности.
Сильной коррозии (рис.1) также подвергаются сооружения, эксплуатируемые в подземных грунтах метрополитена - "подземная коррозия" [1].
Рис. 1. Поверхность стальных образцов после пребывания в течение 12 месяцев в почве.
В результате обследования состояния наружной и внутренней поверхностей чугунных тюбингов, установленных в бакинском метрополитене, обнаруживаются коррозионные повреждения в виде ржавчины толщи-
ной до 2.0 мм, после снятия которой визуально просматриваются местные углубления до 0.3-0.5 мм на расстоянии друг от друга. Внутренняя поверхность тюбингов, обращенная в сторону тоннеля, имеет налет ржавчины толщиной 0.5-1.5 мм.
С целью предотвращения коррозионных разрушений и удлинения срока службы оборудования используются различные способы защиты [2]. Специфические условия работы метрополитена требуют особого выбора материалов противокоррозионной защиты. Поэтому возникла необходимость разработки мероприятий для защиты от коррозии конструкций метрополитена, учитывая условия их эксплуатации в замкнутом воздушном пространстве.
Экспериментальная часть
Покрытия на основе дистиллированных нафтеновых кислот (ДНК). Разработаны и исследованы в лабораторных и натурных условиях покрытия на основе смеси ДНК - основной составляющей асидола с кислотным числом 230 мг КОН/г, полученного из щелочных отходов (рН 12-13) процесса очистки керосиновой фракции при нагреве до 3300С и давлении 700-710 мм рт. ст. в заводских условиях в промышленном масштабе. Асидол представляет собой маслянистую жидкость темно-коричневого цвета, содержащую до 96.5% ДНК с удельным весом 0.956-0.953, кислотным числом 265288 мг КОН/г, молекулярным весом не более 300 (Г0СТ13302-67). Они используются без легколетучих растворителей, отвердителя и других добавок, вредных для окружающей среды.
В лабораторных условиях покрытие наносилось окунанием, т.е. полным погружением стального образца с поверхностью 0.002 м2 в ДНК. На поверхности образца образуется однородное (без пузырей) покрытие толщиной до 0.5 мм, определенное микрометром МК-25. Затем образец выдерживали в атмосфере воздуха при комнатной температуре до полного высыхания покрытия, после чего его погружали в грунтовые воды, взятые из водосборников метрополитена. В этой среде его выдерживали 350 суток. Эффективность защиты составила 97% по сравнению с таковой у образца, выдержанного в тех же условиях, но без покрытия.
Это же покрытие в натурных условиях наносилось непосредственно на влажную поверхность тоннельных сооружений действующих конструкций кистью после снятия щеткой или шпателем (механически) легко отслаивающихся продуктов коррозии (ржавчины). В этом случае эффективность защиты оказалась около 92%.
Покрытие обладает водоотталкивающей способностью, пластичностью; хорошо удерживается на вертикальных и потолочных ржавых поверхностях, сохраняя при этом первоначальный вид, не давая трещин и пузырей.
Преобразователь ржавчины на основе ДНК. На основе этих же ДНК создана композиция в качестве преобразователя ржавчины, образующейся на поверхности конструкций, работающих в условиях метрополитена.
Известно [3, 4] использование в качестве преобразователей ржавчины многокомпонентных систем на основе сополимеров ви-нилхлорида или стирола с ортофосфорной или малеиновой кислотами. Но эти составы содержат различные растворители, вредно влияющие на здоровье людей, экологию окружающей среды и при использовании наносятся на предварительно тщательно очищенную от продуктов коррозии поверхность металлоконструкций.
Мы использовали ДНК, разработанную [5] в качестве грунтовки-преобразователя ржавчины наносимого на неполностью удаленные от продуктов коррозии поврежденные участки ржавой поверхности металлоконструкций, железобетонной арматуры. Затем слой ДНК по-
крывали цементом, с которым он крепко сцеплялся, образуя "цементный камень", защищающий поверхность от дальнейшего ржавления. Таким образом, ДНК, гидрофобизируя поверхность на границе сталь-цемент, защищает арматуру от воздействия агрессивной среды (подземных вод, повышенной влажности, постоянной вибрации), затрудняя диффузию воды и влаги к поверхности металла, устраняя развитие электрохимической коррозии.
Натурные испытания ДНК как грунтовки-преобразователя ржавчины проводили в реальных условиях на действующих сооружениях метрополитена на перегоне между станциями метро "Гянджлик" и "28 мая" в тоннелях обоих направлений.
Композиции на основе ДНК с добавками. Применен также разработанный состав [6] в качестве грунтовки-преобразователя ржавчины на основе ДНК, полученный при комнатной температуре простым смешением их с солями ортофосфата и нитрата натрия в разных весовых отношениях (табл. 1).
Таблица 1. Составы композиций_
Количество массы, г
Компоненты композиции
1 2 3
ДНК 100 50 20
№3Р04 40 20 8
NaNO3 20 10 4
Полученные составы композиций испытывали в лабораторных условиях на ржавой поверхности стальных образцов, вырезанных из эксплуатирующихся тюбингов метрополитена. Выявлено, что из 3-х составов наиболее приемлемым является состав 1, который хорошо удерживается на вертикальной и потолочной поверхностях: не текуч, быстро высыхает, легко и быстро очищает поверхность от ржавчины. Натриевая соль ортофосфорной кислоты вступает в контакт с поверхностью металла, фосфатируя ёе, а натриевая соль азотной кислоты создает тонкую защитную оксидную пленку. За счет этого создается прочная связь между покрытием и металлом.
Этот состав использовали в реальных условиях работы метрополитена - при высокой влажности на действующих железобетонных сооружениях в тоннеле I линии на поверхности арматуры площадью 10 м2 на перегоне между станциями метро "Хатаи-28 мая". Каждые
АЗЕРБАЙДЖАНСКИЙ ХИМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 1 2015
А.М.КЯЗИМОВ и др.
81
3 месяца проводилась проверка состояния поверхности работниками лаборатории "Защита от коррозии" метрополитена.
Выявлено, что поверхность арматуры оставалась без изменения - испытанный состав полностью останавливает электрохимический процесс коррозии и поэтому рекомендован для защиты железобетонных обделок в тоннелях метро.
Следует отметить, что использование ДНК как грунтовки-преобразователя ржав-
Таблица 2. Составы покрытия_
.................... Компоненты ДНК
Количество массы/% —■—..........
Покрытие I 15.0 Покрытие II__17.5
чины целесообразно в тех случаях эксплуатации в реальных условиях, когда современные технические методы и средства удаления ржавчины неприемлемы для защиты прокорродировавших металлоконструкций от воздействия специфических условий работы предприятий.
Состав для покрытия на основе ДНК с примесями. На основе ДНК разработан также состав с примесями для антикоррозионного покрытия (табл. 2).
Мазут марки 40
Битум марки А-30
Минеральная порода _(цемент)_
60.0 50.0
15.0 17.5
10.0 15.0
Эти составы (I и II) использовали в качестве покрытий нанесением на стальную, латунную, медную поверхности в лабораторных условиях.
Выявлено (рис. 2), что более 1000 суток покрытия на стальных и латунных образцах не охрупчиваются, не трескаются, не
рассыпаются, а на медной поверхности через 200 суток они охрупчиваются и рассыпаются. Покрытия могут быть использованы в качестве антикоррозионных как повышающих срок службы объектов из вышеиспытанных материалов в условиях влажной атмосферы.
Состав для защиты от блуждающих токов на основе ДНК с минеральным наполнителем. Коррозионным разрушениям подвергаются также подземные металлические конструкции метрополитена. Металлические болты, используемые для крепления рельсов непосредственно к шпалам, разъедаются от воздействия блуждающих токов, проникающих из почвы.
Специально для защиты этих болтов нами разработан в качестве изоляционного покрытия экологически безвредный химический состав на основе ДНК с молекулярным весом 300-400 (ГОСТ 13302-67) с минераль-
ным наполнителем - цементом (Ц) марки 400, (ГОСТ В-970-42). Механическим смешением получена двухкомпонентная смесь. Методом подбора определена оптимальная защитная концентрация компонентов ДНК:Ц (равная 1:1 в весом соотношении) для защиты от воздействия блуждающих токов. Дальнейшее увеличение количества ДНК сохраняет тот же эффект, т.е. смесь не пропускает ток -она неэлектропроводна. Покрытие испытыва-лось совместно с сотрудниками "Службы защиты от коррозии" в тоннелях Бакметрополи-тена в натурных условиях на рельсовых путях по всей длине на перегоне станции "28 мая-
Низами" заливанием в отверстия влажного грунта, куда затем через шпалы завинчивались крепёжные болты.
Обнаружено, что там, где болты менялись обычно каждые 3-5 месяцев, в случае использования разработанного изоляционного покрытия время смены болтов происходило через 12-18 месяцев. Это объясняется высокой электросопротивляемостью полученного покрытия, т.е. ограничением поступления блуждающих токов на крепёжные металлические болты в сотни и более раз.
Ингибитор НКД. Ингибитор НКД (названный нами условно) - нафтеновые кислоты (НК) и диэтаноламин (Д), полученный их механическим смешением в весовом соотношение 3:1 соответственно. Испытанный в лабораторных условиях в нейтральных средах (в морской воде или в 3%-ном растворе №0) показал высокий защитный эффект (до 96.4 и 99.2% соответственно). Таким образом, он предназначен для защиты стали от коррозии в нейтральных средах.
Ингибитор НКД был опробован также в качестве добавки к лакокрасочным материалам с целью повышения стойкости к коррозионному растрескиванию высокопрочных сталей при их длительной эксплуатации в условиях морского тропического климата. Ингибитор вводился в первый грунтовочный слой покрытия на основе эпоксидных материалов. Испытания на стойкость к коррозионному растрескиванию окрашенных пяти параллельных образцов из стали 07Х16Н6 проводили в ванне с 3%-ным раствором при температуре 500С, продолжительности 7 ч с последующей выдержкой 17 ч на воздухе при комнатной температуре, определяемой временем экспозиции до разрыва образцов. Напряжение создавали путем изгиба окрашенного образца.
Показано, что 3 образца, окрашенные грунтовочным слоем с добавкой НКД, простояли до разрушения 6-7 месяцев. 2 образца находились на испытаниях более 12 месяцев; 2 образца без добавки НКД разрушены через 2 месяца. В результате проведенных испытаний показано, что преимуществом стальных образцов, покрытых грунтовочным слоем, содержащим НКД, является стойкость их к коррозионному растрескива-
нию и дальнейшему разрушению. Как видно, с использованием НКД время до разрушения в 3-6 раз больше (6-12 месяцев) по сравнению со временем для образцов, покрытых грунтовочным слоем без НКД (2 месяца).
Выводы
На основе промышленных нафтеновых кислот разработаны композиции в качестве защитных покрытий, преобразователя ржавчины с учётом условий эксплуатации конструкций бакинского метрополитена, находящихся при постоянной вибрации, вихревом движении воздуха в замкнутом пространстве при влажности до 96%; покрытий с минеральным наполнителем для защиты от коррозии металлических болтов из-за нате-кания блуждающих токов в условиях влажной почвы Бакметрополитена; добавок к лакокрасочным материалам с целью повышения их стойкости к коррозионному растрескиванию высокопрочных сталей при их длительной эксплуатации в условиях морского тропического климата.
Список литературы
1. Негреев В.Ф., Аллахвердиев Г.А., Мамедова Ш.Г. Коррозия стальных трубопроводов в солончаковых почвах // В тр. Института химии АН Азерб. ССР. Баку: Изд-во АН Азерб.ССР, 1964. Т. ХХ. С. 94-107.
2. Экизашвили Г.Ш., Рубинштейн Ф.И. Защита лакокрасочными покрытиями металлоконструкций и технологического оборудования в подземных условиях. Тбилиси: Изд-во Тбилисского Ун-та, 1991. 151с.
3. Розенфельд И.Л., Рубенштейн Ф.И., Жигалова К.А. Защита металлов от коррозии лакокрасочными покрытиями. М.: Химия, 1987. 222 с.
4. Елисаветский А.М., Погребная Р.И., Емельянова Л.К., Дубинина Л.В. Защитные свойства покрытий, нанесенных на обработанную модификаторами ржавчины поверхность металла // Лакокрасочные материалы и их применение. 1985. № 3. С. 22-28.
5. Pat. i2004 0011 Az.R. Distills olunmu§ naften turjulanmn astarlayici-pasi gevirici kimi tstbiqi. Kazimov A.M., Salimxanova D.H., Mammadyaro-va i.F., Muradov E.O., Orucov F.T., Rasulov A.Y., Tagi-zada F.Q.
6. Pat. i2006 0122 Az.R. Pasi gevirici-astarlayici tarkib. Kazimov A.M., Mammadyarova i.F., Sa-limxanova D.H., Kazimova T.N., Baxi§ova D.O., ibrahimova S.H., Ohmadov T.M., Muradov E.O., Bayramov R.F., Rasulov A.Y., Bayramov R.F., Osadov T.M., Abdullayeva F.O.
AЗЕРБАЙДЖАНСКИЙ ХИМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 1 2015
A.M.KA3HM0B h gp.
83
TUNEL QURGULARININ KORROZiYADAN MUHAFiZOSi U£UN NAFTEN TUR§ULARI OSASINDA
KORROZiYAYA QAR§I VASiTOLOR
A.M.Kazimov, LF.Mammadyarova, D.H.Salimxanova, D.A.Baxi$ova
Baki metropolitenin tunellarinda rutubat (96%) va havanin burulganli harakati §araitinda metal va damirbeton kostruksiyalarin korroziyadan mudafiasi ugun naften tur§ulari asasinda ortuklar va pas geviricilar i§lanib hazirlanmi§ va tadqiq olunmu§dur.
Agar cozter: korroziya, polad, muhafiz3, naften tur§ulari, ortuk.
ANTICORROSION AGENTS ON THE BASIS OF NAPHTHENIC ACIDS FOR PROTECTION OF THE
TUNNEL CONSTRUCTIONS
A.M.Kazimov, I.F.Mamedyarova, D.H.Salimkhanova, D.A.Bakhishova
There have been worked out and tested the coverings and rust converters on the basis of naphthenic acids for anticorrosion protection of metallic, iron concrete constructions in moisture atmosphere (to 96%) and vertical movement of air in the tunnels of Baku underground.
Keywords: corrosion, steel, protection, naphthenic acids, cover.
