Тематичний архів статей

Унікальне Поєднання антикорозійні властивості й термостійкості


При високих робочих температурах у металів і неметалів, як правило, знижується міцність, а в металів - ще і корозійна стійкість. У зв'язку з цим постає питання про захисні покриттях, які повинні поєднувати в собі антикорозійні властивості і термостійкість. Як відомо, найбільш поширеним способом захисту конструкційних матеріалів від руйнуючої дії корозійного середовища є нанесення лакофарбових покриттів, а лакофарбові матеріали на основі полиорганосилоксанов протягом декількох десятиліть входять в ряд найважливіших термостійких захисних покриттів, здатних протистояти дії температур 200-600 ° С. Емалі на основі чистих поліорганосілоксанових смол використовують для фарбування та захисту димових труб, котлів, електричних печей і нагрівачів, електродвигунів, трансформаторів, печей випалу та крекінгу на хімічних заводах, насосів для перекачування нагрітих до високої температури рідин, вихлопних труб та глушників двигунів внутрішнього згоряння, теплообмінників і випарних апаратів, внутрішніх стінок сушильних шаф, паропроводів високого тиску, а також господарських нагрівальних приладів. Емалеві фарби на основі модифікованих поліорганосілоксанових смол, наприклад, спеціально розроблені композиції для захисту металевих поверхонь від одночасного впливу вологи і високої температури такі, як эмаль КО-813, используют для окраски мостов, питательных резервуаров, водонапорных башен, различного медицинского и сигнализационного оборудования и т. д. Кроме того, оказалось, что полиорганосилоксановые полимеры можно использовать для получения терморегулирующих покрытий (в основном с высокой степенью черноты). По этому показателю они превосходят другие полимеры, а их высокая термо- и атмосферостойкость обеспечивают высокое качество покрытий. Уникальная термостойкость Как известно, под термином «термостойкость лакокрасочного покрытия» подразумевается способность покрытия сохранять свои защитные и физико-механические свойства после воздействия высоких температур. Эти свойства покрытия определяются химической природой и строением полимеров, используемых в качестве пленкообразующих веществ, видом пигментов и наполнителей, входящих в лакокрасочную композицию и оказывающих существенное влияние на свойства покрытий, а также технологией нанесения покрытия и качеством предварительной подготовки поверхности. Синтетические кислородосодержащие кремнийорганические полимеры — полиорганосилоксаны — отличаются высокой прочностью и с трудом разрушаются. Основной структурной единицей цепи этих полимеров является органосилоксановая группа, состоящая из атомов кремния, кислорода и органических радикалов, связанных с атомами кремния. Высокая термическая стойкость полиорганосилоксанов обусловлена большой энергией связи между атомами кремния и кислорода, достигающей 370 кДж/моль (89 ккал/моль), в то время как энергия связи между атомами углерода в макромолекулах обычных полимеров составляет 245 кДж/моль (59 ккал/моль). Это значит, что для разрушения макромолекулы кремнийорганического полимера требуется значительно больше тепловой энергии, чем для разрушения других полимеров. Кремнийорганические лакокрасочные покрытия обладают свойствами высокой термостойкости и в этом отношении они являются уникальными материалами (см. табл. 1). Для сравнения: наиболее часто используемые на практике лакокрасочные покрытия имеют следующую термостойкость (°С): полиуретановые — 140, полиакрилатные — 180, алкидные — 230, эпоксидные — 250, фторсодержащие — 290. Модификация полиорганосилоксанов В кремнийорганических эмалях в качестве пленкообразующих используют полиорганосилоксановые смолы как в чистом виде, так и модифицированные органическими полимерами. Модификация полиорганосилоксанов производится в процессе синтеза полимеров (химическая модификация), а также происходит при смешении полиорганосилоксанов с органическими смолами, содержащими реакционноспособные группы, в процессе формирования пленок и при последующей их термообработке (физическая модификация). Добавки органических смол улучшают адгезию, эластичность покрытий, сопротивление истиранию, ускоряют время высыхания кремнийорганических эмалей. Обычно для модификации кремнийорганических полиорганосилоксановых пленкообразующих веществ применяют эфиры целлюлозы, алкидные, эпоксидные, акриловые, фенол-формальдегидные смолы и др. Модифицированные полиорганосилоксаны приобретают ряд ценных свойств, присущих органическим смолам. Например, смолы, содержащие ароматические радикалы, обеспечивают более высокую термостойкость, но снижают эластичность покрытия добавляются в материалы типа грунтовка ХС . Добавки етилцелюлоза або акрилової смоли дозволяють отримувати плівку повітряного сушіння (тобто висихає при нормальній температурі). Введення карбамідної смоли підвищує твердість плівки, а епоксидна смола збільшує стійкість покриття до впливу агресивних середовищ. Найбільшого поширення в якості плівкотвірних для захисних покриттів отримали полиметилфенилсилоксановые і поліетілфенілсілоксановие смоли, що забезпечують високу термостійкість і гарну еластичність плівок. Затверджувачі полиорганосилоксанов Для поліпшення технологічних і фізико-хімічних властивостей кремнійорганічних покриттів використовують спеціальні отверджувачі. Їх застосовують для зниження температури і часу затвердіння, для стабілізації покриття (по можливості, при високих температурах) і для того, щоб уникнути змін кольору і зовнішнього вигляду покриттів при нагріванні і т. д. Спочатку в якості затверджувачів використовували карбоксилати таких металів, як кобальт , марганець, свинець, цинк, залізо, а також ефіри борної і фосфорної кислот. Надалі стали застосовувати більш складні композиції на основі тітанофосфороорганіческіх сполук, сілазанов (сполук з чергуються атомами кремнію та азоту) і елементосілазанов наприклад грунтовка ВЛ-02 . Введення цих сполук у значній мірі сприяє підвищенню термостійкості полімерів за рахунок введення в ланцюг полімеру гетероатомів або їх угруповань, а також підвищенню термоокислювальної стабільності за рахунок введення угруповань, які є носіями антиоксидантних властивостей. В даний час найбільш популярними отверджувачами є поліорганосілазановие, такі як МФСН-В або МСН-7. Головна перевага покриттів з застосуванням поліорганосілазанов полягає в тому, що вони висихають в природних умовах. Адже головним недоліком кремнійорганічних поліорганосілоксанових плівкоутворюючих речовин є висихання плівок на їх основі у відносно короткі терміни лише при високих температурах (200-250 ° С). Відомо, наприклад, що всі лаки на основі чистих кремнійорганічних смол є лаками гарячого сушіння. Введення сілазановой зв'язку в кремнійорганічні полімери дозволило вирішити цю проблему. Позитивний ефект від введення подібних затверджувачів виражається також у тому, що покриття підвищують свою міцність: не розтріскуються при нагріванні, не піддаються термоокислювальної деструкції. Такі покриття стабільні при перепадах температур від -40 до 300 ° С. Можливість низькотемпературного затвердіння органосілоксанових композицій значно розширила області застосування: їх почали використовувати для атмосферостійкою захисту фасадів будівель та металоконструкцій, для створення прошарків при електротермічному і електромеханічному способи попереднього напруження залізобетону, для запобігання арматури залізобетону від електрокорозії, для теплоізоляційного захисту різних конструкцій і т. д. пігментація поліограносілоксанов Пігменти розрізняються за розміром і формою частинок, змочуваності плівкоутворюючих *, хімічної реакційної здатності, впливу на швидкість висихання покриття. Іншими словами, вплив пігментів на властивості покриттів досить істотно. Вибір пігментів для кремнійорганічних емалей залежить від передбачуваної температури експлуатації виробів. Для інтервалу температур 250-300 ° С в якості пігментів можуть використовуватися газова сажа, графіт, двоокис титану, титанат хрому, хромат цинку, а також окису кобальту, хрому, магнію, заліза, алюмінію, цинку, кадмію, міді та інші окису металів і їх солі. З органічних пігментів рекомендується застосування зеленого фталоцианина і червоного толуидина. При температурах експлуатації 300-400 ° С застосовуються в основному вищевказані оксиди металів. Більш термостійкі покриття виходять при використанні таких металевих пігментів, як алюмінієва пудра і цинковий пил. Найбільш широко використовується алюмінієва пудра, сприяє утворенню плівок, термічно стійких при 500-600 ° С. У цьому випадку відбувається додаткове хімічне структурування покриття за рахунок взаємодії гідроксильних груп полиорганосилоксанов з металевим алюмінієм з утворенням сполук поліорганоалюмосілоксанов. Крім того, алюмінієва пудра складається з частинок особливої лускатої форми. Укривістость її дуже висока, що пояснюється здатністю частинок розташовуватися у верхньому шарі плівки. Відображаючи світлове, а також УФ-та ІЧ-випромінювання, алюмінієва пудра попереджає старіння плівок, тому такі покриття зазнають мінімальні зміни зовнішнього вигляду при нагріванні. Одночасно покриття з використанням алюмінієвої пудри покращують розподіл тепла в металевих конструкціях, перешкоджаючи місцевим перегрівів і окислюванню зварних швів. Для розробки кольорових високотермостойкіх покриттів, застосовуваних для декоративної або маркувальні-захисного забарвлення, як пігменти використовують оксиди металів. Кольорові термостійкі пігменти на основі оксидів металів витримують досить тривалий нагрівання при 500 ° С практично без розкладання і зміни кольору. Особливо термостійкі кольорові покриття утворюють емалі, отримані комбінуванням поліорганосілоксанових смол, керамічних фритти і пігментів. Такі покриття протягом тривалого часу витримують дію температур до 500-600 ° С, а короткочасно - до 700-800 ° С. При виготовленні емалей на основі чистих поліорганосілоксанових смол не рекомендується застосовувати в якості пігментів сполуки свинцю, які є каталізаторами полімеризації поліорганосілоксанових смол: емалеві композиції в їх присутності виявляються нестійкими при зберіганні. У той же час у емалей, модифікованих, наприклад, фенол-смолами формальдегідів, такого каталітичного ефекту свинцевих пігментів не спостерігається. Таким чином, вибір пігментів в значній мірі визначає багато фізико-хімічні характеристики майбутнього поліорганосілоксанового покриття (тому це питання вирішується індивідуально для кожного конкретного випадку в залежності від цілей використання захисної плівки). Однак регулювати термостійкість покриття та інші його характеристики тільки введенням тих чи інших пігментів, на жаль, не вдається. Це пов'язано з тим, що в пігментованих композиціях спостерігаються високі внутрішні напруги при коливаннях температур (особливо при зниженні до мінусових), які призводять до руйнування (розтріскування) покриття. Для їхнього зниження в термостійкі матеріали вводять спеціальні наповнювачі (наприклад, слюду, тальк, азбест), що мають пластинчасту або волокнисту структуру. Ці речовини значно впливають на реологічні властивості покриття, зменшуючи розтріскування при перепадах температур і, отже, збільшуючи його термостійкість. Підготовка поверхні Експлуатаційні властивості кремнійорганічних покриттів багато в чому визначаються якістю підготовки поверхні перед фарбуванням. Цей етап особливо важливий при створенні термо-і корозійно-стійких покриттів, оскільки наявність жирових забруднень знижує змочуваність поверхні лакофарбовим матеріалом, в результаті адгезія покриття з поверхнею знижується. Під покриттям можуть утворюватися гігроскопічні речовини, які сприяють створенню умов для осмотичного переміщення вологи з навколишнього атмосфери через шар покриття, в результаті захисні властивості такого покриття погіршуються. Якщо на металевих конструкціях є, до того ж, залишки іржі, то під плівкою покриття починають активно протікати корозійні процеси. Сліди окалини теж значно знижують властивості покриттів, тому що в присутності вологи окалина сприяє локалізації процесу електрохімічної корозії (по відношенню до сталі вона є катодом). З іншого боку, на гладкій поверхні захисні покриття при нагріванні руйнуються швидше, ніж на шорсткою. Крім того, термостійкість, фізико-механічні властивості захисних кремнійорганічних емалей залежать від виду металу, що піддається фарбуванню. Термостійкі покриття застосовують в основному на сталевих і титанових підкладках, здатних витримувати високі температури. У практиці існують численні способи підготовки поверхні до забарвлення, які за методом впливу можна умовно розділити на механічні та хімічні. Це струменевий очищення з використанням різних абразивів, очищення механізованим інструментом, ручне очищення, знежирення різноманітними органічними розчинниками і лугами, травлення, Пасивування, хімічне оксидування, хроматування і фосфатування і т. д. Представлені в табл. 2 дані показують, як впливає спосіб підготовки поверхні стали на термостійкість кремнійорганічних покриттів. Можна виділити наступні закономірності у підготовці деяких поверхонь для нанесення лакофарбових покриттів. Для поліпшення захисних властивостей кремнійорганічних покриттів, нанесених на вуглецеві і малолегованої сталі, що працюють при температурі до 400 ° С, рекомендується фосфатовані поверхню металу. Режим фосфатування вибирається виходячи з цільового призначення деталей. Для додання максимальної корозійної стійкості використовують товсті покриття фосфату заліза і марганцю. На жаль, при підвищенні температури фосфатний шар руйнується, тому для температурного інтервалу 400-500 ° С малолегованої сталі рекомендується металлизировать алюмінієм. Металлізаціонние покриття з алюмінію є анодними по відношенню до поверхні стали і захищають її електрохімічно. Для легованих сталей найбільш підходящим варіантом є підготовка поверхні сухою струменевого очищенням з кварцовим піском *, обдув корундовим піском або травлення з наступною пасивацією. У ряді випадків у процесі експлуатації виникає необхідність застосування лакофарбових покриттів на необробленої поверхні металів. Оскільки поліорганосілоксани мають слабку адгезію до металів, в цій ситуації застосовують різні марки хімічно активних підшарів (наприклад, АПК-1 або ПК-89). Поверхня металу очищають, покривають її спочатку яких-небудь хімічно активним подслоем, після чого вже завдають кремнийорганической емаль. Такий підхід гарантує збереження всіх міцнісних і захисних властивостей покриття, його термостійкості і стійкості до перепаду температур при одночасному поліпшенні адгезійних властивостей, що пояснюється хімічною взаємодією макромолекул кремнійорганічного покриття з поверхневим речовиною на металі, що утворюється в результаті реакції, що протікає між металом і подслоем. Цей спосіб підготовки поверхні рекомендується застосовувати при фарбуванні великогабаритних чи тонкостінних виробів, коли використання інших способів очищення поверхні утруднено. Для обробки прокорродіровавшіх металевих поверхонь досить часто застосовують так звані перетворювачі іржі (їх використовують без попереднього видалення продуктів корозії, що мають товщину до 100 мкм). Для впливу на прокорродіровавшіе поверхні існують 4 групи матеріалів: перетворюють, стабілізуючі, пенетрирующих і інгібуючі склади. Стабілізація іржі здійснюється за рахунок процесів перекладу різних окислів і гидроокисей заліза в гематит Fe2O3 і магнетит Fe2O4. Хімічна обробка іржі полягає в перетворенні гідратованих окислів заліза іржі в міцно зчеплені з поверхнею металу солі. Серед існуючих грунтовок-перетворювачів найбільшого поширення набули композиції з використанням полівінілацетатної емульсії (ПВА), що володіє властивістю добре просочувати продукти корозії. Це такі продукти, як ВА-1ГП, ВА-01 ГІСІ, ВА-1 ГІСІ та ін Слід пам'ятати, що висихання грунтовки-перетворювача має бути повним. Оскільки воно являє собою складний фізико-хімічний процес, вказати точний час його закінчення буває важко, але наносити ЛФМ на поверхню можна тільки після його завершення. (Зазвичай грунтовка-перетворювач при 30-90%-й вологості повітря висихає за 24 години). Технологія нанесення покриття Кремнійорганічні лаки і фарби можна наносити будь-яким методом фарбувальною техніки. Проте найбільш популярним залишається метод пневматичного розпилення, але його недоліком є велика витрата лакофарбного матеріалу внаслідок значної кількості перераспила і виділення великої кількості парів розчинників. Метод фарбування пензлем пов'язаний з найменшою втратою ЛФМ, однак цим способом неможливо наносити швидковисихаючі чи погано розтушовуються емалі. Головним же недоліком цього методу є неможливість регулювання товщини покриття. А як відомо, товщина покриття впливає на такі його фізико-хімічні характеристики, як адгезія, термо-і атмосферостійкість, захисні властивості, довговічність і т. п. Таким чином, враховуючи слабкі адгезійні властивості кремнійорганічних полімерів і лакофарбових матеріалів на їх основі, вкрай важливим є забезпечення для кремнійорганічних покриттів оптимальної товщини плівки. Зазвичай вона не повинна перевищувати 40-50 мкм. (У деяких випадках, наприклад, для емалі КО-818, допускається підвищення товщини до 60 мкм.) При більшій товщині покриття розтріскуватиметься або відшаровуватися від підкладки. Саме з цієї причини кремнійорганічні покриття дуже часто наносяться без грунтовок: адже необхідно строго регламентувати товщину захисної плівки для забезпечення працездатності при високих температурах. Проте останнім часом для підвищення захисних властивостей покриттів, як це прийнято в захисних лакофарбових системах, кремнійорганічні покриття поєднують з термостійкими грунтовками: наприклад, типу ВГ-6 - у поєднанні з емалями КО-88, КО-814, КО-822, КО- 84; типу КО-052 - у поєднанні з емалями КО-811, КО-811К, КО-88, КО-818 і т. д. Важливим етапом технологічного процесу забарвлення є сушіння покриття. Сушіння кремнійорганічних покриттів зазвичай виробляють в сушильних печах при нагріванні до температури 150-200 ° С. При інтенсивній обдувке пофарбованої поверхні виробу процес висихання прискорюється (однак треба мати на увазі, що при цьому знижується еластичність утворюється покриття). Інфрачервоні нагрівачі дозволяють в значній мірі інтенсифікувати цей процес, оскільки вони нагрівають металеву підкладку, і прогрів плівки відбувається зсередини. Для сушіння виробів складної конфігурації з екранованими ділянками поверхні рекомендується терморадиационная метод сушіння з примусовою циркуляцією повітря. Застосування каталізаторів затвердіння кремнійорганічних плівкоутворюючих дозволяє значно знизити температуру сушіння і навіть виробляти її при температурі навколишнього середовища. Використовують як каталізатори нафтенатами свинцю, цинку, заліза, кобальту, марганцю, стеарати кальцію, цинку або свинцю та ін Їх вводять в лакову основу в кількості 0,1-2%. Однак термостійкість плівок, сценарий в присутності більшості каталізаторів, значно нижче теплостійкості аналогічних плівок, сценарий при високій температурі, тому що в присутності каталізатора посилюються процеси деструкції і теплового старіння плівок. З кожним роком асортимент кремнійорганічних лакофарбових покриттів розширюється.


  Схожі новини:
  •  Малярні Роботи
  •  Список товарів, на які повинні бути оформлені санітарно-епідеміологічні ви ...
  •  Діоксид титану: Огляд Технологій Виробництва
  •  Вихідні Матеріали І їхній вплив на якість Оліфа, лаків та фарб
  • Пігменти, Основні Види І Застосування