Способ изоляции элементов конструкций в агрессивных средах

 

Использование: для защиты катодов в электролизных ваннах для получения чистых металлов. Сущность изобретения: способ изоляции элементов конструкции состоит в нанесении трех слоев с интервалом 15 - 30 мин. между каждым слоем полимерной композиции, содержащей метилметакрилат 100 ч., полибутилметакрилат 10 - 70 ч., бутилметакрилат 5 - 60 ч, полиизоцианат 10 - 40 ч., диметиланилин 0,05 - 2,00 ч., дивинилбензол 0,1 - 10,0 ч., перекись бензоила 0,1 - 10,0 ч., перхлорфиниловую смолу 0,5 - 25,0 ч., диэтиламинмалеинат 0,01 - 0,50 ч., амин 0,01 - 1,00 ч., при этом композиция для среднего слоя дополнительно содержит карбид кремния. Отверждение покрытия 3 - 4 ч, полное - 10 сут. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии для защиты конструкций, работающих в агрессивных средах. Наиболее предпочтительным является использование изобретения для защиты катодов в гидрометаллургии, где имеет место воздействие агрессивной среды в жидкой и газовой фазе, в частности хлора, фтора и т.п. Предпочтительно использовать его для защиты катодов в электролизных ваннах для получения чистых металлов.

Задача изобретения повысить адгезионную прочность защитного полимерного покрытия наносимого на изолируемые элементы конструкций, работающих в агрессивно-активных средах.

Известен способ защиты конструкций в электролизном производстве в гидрометаллургии посредством нанесения на защищаемые поверхности композиций из различных материалов, например, [1] В качестве защитной композиции используют полиэтилен, парафин и церезин.

Недостатком известного способа является невысокая адгезионная прочность, низкая химстойкость при повышенных температурах. Указанные недостатки не позволяют применять способ для защиты конструкций химических емкостей, ванн, бассейнов и т.д. где защитное покрытие должно выдерживать температуру 85 - 150^oC.

Наиболее близким к предлагаемому эффекту по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является способ защиты конструкций путем послойного нанесения на поверхность полимерной композиции на основе акрилатных смол, модификатора, наполнителя, отвердителя, например, [2] Получаемое известным способом покрытие обладает высокой водостойкостью, прочностью склеивания. Недостатком является низкая химостойкость при повышенных температурах и низкая адгезионная прочность. Образцы покрытия размягчаются и отслаиваются при кипячении даже в чистой воде через 0,5 ч.

Цель изобретения повышение изоляционных качеств изоляционного покрытий при повышенных температурах в различных коррозионно-активных средах.

Сущность изобретения: на изолируемую поверхность наносят полимерную композицию на основе акрилатных смол, модификатора полиизоцианата и дополнительно бутилметакрилат, дивинилбензол, диэтаноламинмалеинат, перхлорвиниловую смолу и амин, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

Метилметакрилат 100 Полибутиметакрилат 10 70 Бутиметакрилат 5 60 Полиизоцианат 10 40 Перекись бензоила 0,1 10 Деметиланилин 0,05 2,0 Дивинилбензол 0,1 10,0 Перхлорвиниловая смола 0,05 25,0 Диэтаноламинмалеинат 0,01 0,5 Амин 0,01 1,0,
причем слои композиции наносят по крайней мере в три слоя с интервалом в 15 30 мин между каждым слоем, а в средний слой вводят наполнитель в виде карбида кремния. В качестве наполнителя в композицию вводят карбид кремния в количестве 150 300 мас.ч. от массы смолы, а также применяют в качестве амина диамин УП-633 М.

В изоляционном покрытии, нанесенном предлагаемым способом, обеспечивается получение трехмерной пространственной структуры покрытия путем сополимеризации (сшивки) линейного метилметакрилата (ММА), бутилметакрилата (БМА) и дивинилбензола, а также за счет взаимодействия полиизоцианата с диамином и влагой.

Основную функцию химстойкого покрытия выполняет второй слой с наполнителем, в то время как первый слой обеспечивает сплошность покрытия, а третий защитный слой исключает проникновение коррозионной среды через слой покрытия т.к. при нанесении высоконаполненного покрытия трудно избежать дефектов.

Диэтиламинмалеинат (ДЭАМ) является поверхностно-активным веществом, позволяющим регулировать уровень адгезионного взаимодействия в системе, кроме того, наличия в нем атомов азота вызывает эффект снижения скорости полимеризации системы с его добавкой. ДЭАМ в паре с ДВБ дает сипергический эффект повышения адгезионной прочности композиции. Введение в состав изоляционного покрытия полиизоцианата способствует отверждению композиции на влажных поверхностях, а также уменьшению ингибирующего влияния кислорода воздуха и увеличению прочности граничного слоя между покрытием и металлом за счет образования физико-химических связей с активными группами.

Введение перхлорвиниловой смолы (ПСХ), которая выполняет роль кислотностойкой добавки благодаря наличию длинной регулярной цепи и наличие атомов хлора, обеспечивает стойкость наносимого покрытия к "царской водке", концентрированной фосфорной кислоте, хромовой смеси, окислителям типа перманганат калия, растворам солей.

Введение карбида кремния повышает в 1,5 2 раза химстойкость полимерного покрытия при высоких температурах. При нанесении химстойкой композиции на защитную поверхность (металл, бетон) происходит адсорбция низкомолекулярного ММА, БМА, молекул ПСХ не защищаемой поверхности и частицам карбида кремния, чем обеспечивается надежная защита от проникновения коррозионно-активных ионов на границе: защищаемая поверхность полимерное покрытие. В данном покрытии амин выполняет роль стабилизирующей добавки, предотвращающей процесс полимеризации мономера. Кроме того введение аминного стабилизатора делает покрытие его экологически чистым в отвержденной композиции все добавки оказываются связанными в единую трехмерную полимерную сетку, что обеспечивает также его высокую прочность при ударных нагрузках.

Изобретение может быть осуществлено следующим образом.

Пример 1. Подлежащую защите поверхность конструкции очищают от посторонних предметов. Затем готовят полимерную композицию в смесителе. Порошок ПБМА в количестве 10 мас.ч. смешивают с 0,5 мас.ч. ПСХ, далее смесь порошков растворяют в 100 мас.ч. ММА и 5 мас.ч. бутилметакрилата при комнатной температуре и при перемешивании. Далее вводят при тщательном перемешивании 0,01 мас. ч. ДЭАМ, перемешивают и вводят 0,5 мас.ч. ДВБ и 0,05 мас.ч. ДМА, перемешивают и вводят 10 мас.ч. полиизоцианата и в последнюю очередь вводят 0,1 мас.ч. перекиси бензоила. Приготовленную таким образом композицию наносят с помощью кисти или шпателя на изолируемую поверхность послойно с интервалом 15 30 мин. Отверждение покрытия 3 4 ч, а полное 10 сут. Изолируемые предлагаемым способом металлические пластины были испытаны под влиянием различных сред. Испытательные грибки были приклеены к этим покрытым поверхностям: определялось усилие отрыва покрытия от металлической пластины после экспонирования ее в агрессивных средах.

Результаты испытаний представлены в табл. 1.

Разрушение образцов во всех случаях носило когезионный характер (по слою покрытия).

Пример 2. Изолируемую конструкцию ванны (бассейна) для электролизера с алюминиевыми катодами на цинковом заводе АГМК, очищают пескоструйным аппаратом и обезжиривают. Состав электролита: хлора до 90 мг/л, фтора до 60 мг/л, серной кислоты до 160 г/л. Для приготовления изоляционной композиции согласно предлагаемого изобретения используют ингредиенты:
Полибутилметакрилат ТУ 6-01-358-75
Метиловый эфир метакриловой кислоты (ММН) ГОСТ 20370-74
Бутиловый эфир метакриловой кислоты (БМА) То же
Полипропионат, марки Д (кроме этой марки может применяться НИЦ марок Б и Е) ТУ 113-03-29-6-84
Перхлорвиниловая смола марки ПСХ-ЛС ОСТ 6-01-37-88
Катализатор диметиланилин ГОСТ 2168-88
Инициатор перекись бензоила ГОСТ 14888-78
Дивинилбензоил ТУ 2 6-05-071-37-88
Диэтаноламинмелеинат ТУ 6-09-07-1023-78
Дицианэтилдиэтилентриамин (УП-0633) ТУ 0-05-1863-78
Диэтилендиамин ТУ 6-09-4234-77
Продукт конденсации формальдегида и фенола с диэтилентриамином (УП-583Д)
ТУ 62-05-241-331-80
Приготовление композиции для покрытия осуществляют в последовательности, описанной в примере 1.

После нанесения изолируемого покрытия и отверждения его, оно было подвергнуто испытаниям на адгезионную прочность на воздухе и в средах в соответствии с ГОСТ 14760-69 "Метод определения прочности при отрыве". При этом определении адгезионной прочности покрытия в различных средах определяют путем выдержки в средах в течение 360 сут стальных пластин с покрытием толщиной 0,3 мм, затем через некоторое время к поверхности покрытия приклеивают "грибок" и фиксируют усилие при отрыве грибка от поверхности покрытия.

Определяют скорость коррозии через материал покрытия в соответствии с ГОСТ 12020-72 "Пластмассы". Метод определения стойкости к действию химических сред, а также гидролитическую стойкость в часах при кипячении в воде.

Ударную прочность покрытий испытывают в соответствии с ГОСТ-4763-73. На дериватографе системы Паулик Паулик Эрдей определяли температуры начала потери массы и потери 0,5% массы.

Производственные испытания покрытия верхней части алюминиевых конструкций полотна катодов в электролизной ванне в вышеуказанной среде электролита представлены в табл. 2.

Изоляционное покрытие надежно эксплуатировалось в течение 3 мес. Затем началось отслоение от металла. Таким образом, четырехразовое покрытие поверхности конструкции в течение года обеспечивает получение значительного экономического эффекта. По сравнению с прототипом это на порядок улучшает эксплуатационные характеристики покрытия.

Преимуществом предлагаемого способа изоляции является также то, что изоляционные работы могут вестись как на воздухе, так и в среде различных водных растворов в температурном интервале от -5 до +60^oC. Вязкость композиции для изоляции 700 сп, ее можно увеличить введением наполнителей: время гелеобразования 1,5 ч, время полного отверждения регулируется. Как видно из приведенных материалов только карбид кремния обеспечивает получение коррозионностойкого покрытия, обеспечивающего надежность покрытия при эксплуатации объектов при высоких температурах. Можно предположить, что эффект вызывается химическим взаимодействием поверхностных слоев карбида кремния с такими компонентами системы как полиизоцианат, метилметакрилат, акрилаты, амины.

Кроме того при смешивании всех компонентов системы, изоцианат взаимодействует с амином, при этом убирается ингибирующее влияние амина на процесс полимеризации системы.

Формула изобретения

Способ изоляции элементов конструкций в агрессивных средах путем послойного нанесения на поверхность полимерной композиции на основе акрилатных смол, отличающийся тем, что полимерную композицию, содержащую, мас.ч.

Метилметакрилат 100
Полибутилметакрилат 10 70
Бутилметакрилат 5 60
Перекись бензоила 0,1 10,0
Полиизоцианат 10 40
Диметиланилин 0,05 2,00
Дивинилбензол 0,1 10,0
Перхлорвиниловую смолу 0,5 25,0
Диэтаноламинмалеинат 0,01 0,50
Амин 0,01 1,00
наносят последовательно в три слоя с интервалом 15 30 мин между нанесением каждого слоя, при этом композиция для среднего слоя дополнительно содержит карбид кремния.

РИСУНКИ

Рисунок 1