Противокоррозионная защита стальных поверхностей водного транспорта

Известно, что вследствие коррозии металла из строя выходит большое количество эксплуатируемых сооружений, например, подземных сооружений на метрополитене, гидросооружений и конструкций, в том числе эксплуатируемых судов и их частей на водном транспорте.

Помимо общих известных факторов, обусловливающих высокую коррозионную активность морской воды, факторами, ускоряющими коррозионный процесс в воде, являются скорость потока морской воды, обрастание металла морскими водорослями и, как результат этого, развитие язвенной коррозии под слоем обрастания вследствие затрудненности подвода кислорода к поверхности стали. Значительно увеличивает скорость коррозии наличие на поверхности стали оксидов железа, гидратов закисей и окисей железа и последующее образование ржавчины состава (FeO×Fe₂O₃×nH₂O).

Существует много методов противокоррозионной защиты металлических и неметаллических материалов от разрушающего воздействия окружающей среды.

Известно, что более 80% всех противокоррозионных защитных и декоративных покрытий составляют лакокрасочные (ЛКП) с применением различных лакокрасочных материалов (ЛКМ).

Для получения надежного противокоррозионного ЛКП с улучшенными физико-химическими свойствами на металлических поверхностях при эксплуатации в морской воде необходимо использовать ЛКМ с определенным комплексом требований, в частности с малой водонабухаемостью и водопроницаемостью, технологичностью при нанесении, высокой адгезией и прочностью полученных покрытий, сохраняющих декоративность на протяжении длительного времени, а также химически стойких.

В настоящее время промышленность предоставляет широкий ассортимент ЛКМ для антикоррозионной защиты на водном транспорте, в частности эпоксидные, эпоксидно-уретановые, эпоксидно-фенолоформальдегидные, эпоксидно-битумные, эпоксиэфиры. Однако они не обеспечивают получение надежных и экологически полноценных ЛКП.

Из литературных данных известно, что процессы взаимодействия полимеров с поверхностями пигментов, наполнителей и подложек, как показано в работах П.И. Зубова, Ю.С. Липатова, С.Н. Толстой, В.А. Огарева, А.А. Берлина и др. исследователей, оказывают важное влияние на физико-химические и физико-механические свойства покрытий и наполненных полимерных систем.

В работе был предложен и обоснован подход к разработке ЛКМ для минеральных алюмосиликатных керамических поверхностей и в связи с этим создан экологически полноценный водный ЛКМ — МЧ-578.

В работе указано, что важным критерием при выборе пленкообразователей ЛКМ для алюмосиликатных поверхностей является высокая адсорбционная активность карбамидоформальдегидных олигомеров (с полярными метилольными и аминными группами) с кислотными центрами на поверхности алюмосиликатов. В этой же работе рассмотрено влияние величины отрицательного поверхностного заряда сорбента на величину адсорбции олигомеров.

Вопросы адсорбционной емкости и химии поверхности применительно к AL–Si поверхностям также были рассмотрены ранее.

Что касается применения и систематизации вышеизложенного материала в области противокоррозионной защиты стальных металлических поверхностей, из ранее проведенных исследований известно о высокой адсорбции ряда пленкообразователей ЛКМ на окислах железа, что в свою очередь влияет на физико-химические свойства ЛКП.

Известно, что основными элементами микроструктуры стали являются феррит (твердый раствор марганца, кремния, фосфора, хрома в α-железе), аустенит (твердый раствор углерода и других элементов в α-железе) и цементит, представляющий собой химическое соединение Fe₃C. Благодаря проникновению различных элементов химический состав и структура поверхностного слоя стали изменяются.

Также известно, что состав продуктов коррозии довольно сложен, он зависит от условий коррозии металлов и ее продолжительности. Например, установлено, что компонентами ржавчины являются γ-FeOOH, α-FeOOH, Fe₃O₄ (магнетит), в частности при эксплуатации во влажных условиях. В данной работе говорится о том, что присутствие магнетита обеспечивает длительную антикоррозионную защиту металлических поверхностей, указывается на возможные процессы фазовых превращений, в частности γ-FeOOH в α-FeOOH и на их быстрое протекание под покрытиями на основе пленкообразующих с низкими адсорбционными свойствами.

Выводы

Таким образом, композиты на различных смолах находят широкое применение в качестве защитных антикоррозионных покрытий на водном транспорте. Однако систематизация знаний в области химии поверхности стали, наличия активных функциональных групп, модификации ЛКМ, направленного регулирования их эксплуатационных характеристик для создания высококачественных ЛКМ с заранее заданными свойствами для противокоррозионной защиты на водном транспорте, а также необходимые исследования для этого отсутствуют.

В Московской государственной академии водного транспорта проводятся определенные научно-исследовательские работы по изучению и разработке новых материалов в области противокоррозионной защиты стальных металлических поверхностей объектов водного транспорта, но этого пока недостаточно.

В связи с вышеизложенным для разработки экологически полноценных высоконаполненных ЛКМ для антикоррозионной защиты металлических поверхностей, в частности и на водном транспорте, предлагается:

1. Провести совместно с заинтересованными сторонами дополнительные исследования структуры поверхностного слоя стали с учетом присутствия в ней прокатной окалины (Fe₂О₃), ржавчины (FеO×Fe₂O₃×nH₂O) и ее компонентов.
2. Провести исследования зависимости химии поверхности стали с присутствием там активных центров от количества различных элементов в его структуре.
3. С учетом состава новых конструкционных материалов в судостроении провести исследования химии поверхности стали с целью выявления типа активных центров, а также определения зависимости величины адсорбционного взаимодействия различных пленкообразователей ЛКМ с ними.
4. С учетом химических процессов, протекающих на поверхности стали, провести исследования адсорбции различных пленкообразующих для выбора соответствующего пленкообразователя ЛКМ с активными функциональными группами.
5. Расширить исследования по созданию высоконаполненного ЛКМ с меньшим содержанием антикоррозионных пигментов с учетом необходимой цветовой окраски.

к.т.н. Г.Н. Папулова, Московская государственная академия водного транспорта

Список литературы

1. Экизашвили Г.Ш. Защита лакокрасочными покрытиями металлоконструкций и технологического оборудования в подземных условиях. — Тбилиси, 1991.—150с.
2. Зубов П.И., Сухарева Л.А. Структура и свойства полимерных покрытий.—М.: Химия,1982.— 255с.
3. Липатов Ю.С. Физическая химия наполненных полимеров.—М.: Химия, 1977. —303с.
4. Папулова Г.Н. Формирование покрытий из водных растворов пленкообразователей на керамических поверхностях: Дисс. … канд.тех. наук. – М.,1987.
5. Папулова Г.Н. Изучение адсорбции КФ-олигомеров из водных растворов на алюмосиликатных керамических поверхностях. ч. 1//Лакокрасочные материалы и их применение. — 2011. —№6. — С.47–49.
6. Папулова Г.Н. Влияние величины алюмосиликатного модуля (M) керамической поверхности на ее кислотность и адсорбционную емкость. ч. 2//Лакокрасочные материалы и их применение.—2011. —№7. — С.46–49.
7. Каневская Е.А., Котова А.И. Исследование взаимодействия пленкообразующих с продуктами коррозии и его влияние на физико-химические свойства покрытий // Лакокрасочные покрытия /Под ред.Е.Н. Владычиной.—М.: Химия,1972. —233c.