НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИЙ ІНСТИТУТ ім. Г.В. КАРПЕНКА
МАРУХА МАР’ЯНА ВАЛЕРІЇВНА
УДК 622.4 076; 667.633.263.3
РОЗРОБКА МОДИФІКОВАНИХ КОМПОЗИЦІЙНИХ ПОКРИТТІВ НАПОЛІОРГАНОСИЛОКСАНОВІЙ ОСНОВІ ДЛЯ ЗАХИСТУ МАГІСТРАЛЬНИХ ТРУБОПРОВОДІВ
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
05.02.01 — матеріалознавство
Львів — 2008
Дисертацією єрукопис:
Роботу виконано уФізико-механічному інституті ім. Г.В. Карпенка НАН України, м. Львів.
Науковий керівник:кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Черватюк ВолодимирАрсенович, зав. лабораторії сертифікаційних випробувань протикорозійнихізоляційних покрить магістральних трубопроводів ФМІ НАН України, м. Львів.
Офіційні опоненти:доктор технічних наук, професор Стухляк Петро Данилович, Тернопільський Державнийтехнічний університет ім. І. Пулюя, завідувач кафедрою комп’ютерно-інтегрованихтехнологій.
Кандидат технічнихнаук, старший науковий співробітник Білий Левко Михайлович.
Фізико-механічнийінститут ім. Г.В. Карпенка НАН України, м. Львів., відділ фізико-хімічнихметодів зміцнення матеріалів.
Захист відбудеться"_21_"_травня__ 2008 р. о _14_ годині на засіданні спеціалізованоївченої ради Д 35.226.02 у Фізико-механічному інституті ім. Г.В. Карпенка НАНУкраїни, за адресою: 79601, м. Львів, вул. Наукова, 5.
З дисертацієюможна ознайомитись у бібліотеці Фізико-механічного інституту ім. Г.В. КарпенкаНАН України (79601, м. Львів, вул. Наукова, 5).
Авторефератрозісланий "_18_"_квітня__2008 р.
Вчений секретарспеціалізованої вченої ради _______________ Погрелюк І.М. д. т. н., пров. н. с
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми.Магістральні трубопроводи належать до відповідальних інженерних споруд, віднормальної роботи яких залежить діяльність багатьох галузей народногогосподарства в Україні. Незважаючи на наявність ізоляційних покриттів, вони зчасом погіршують свої техніко-експлуатаційні характеристики. Враховуючизначимість підвищення надійності та довговічності експлуатації трубопроводів,перспективним є проведення науково-дослідних і технологічних робіт зі створеннята освоєння в практиці протикорозійного захисту нових високоефективнихпокриттів.
Лакофарбовіматеріали і покриття на кремнієорганічній (поліорганосилоксановій) основінабули широкого використання в багатьох галузях промисловості. Для ниххарактерні високі термостійкість, фізико-механічні та протикорозійні параметри.
У зв’язку зпідвищенням вимог нормативної документації, зокрема ДСТУ 4219: 2003 до захистувід корозії магістральних трубопроводів, назріла потреба покращити характеристикиізоляції.
Підвищеннявластивостей кремнієорганічних покриттів, особливо, міцності під час удару тадіелектричної суцільності, можна досягти науково-обгрунтованим введенням усклад кремнієорганічних матриць мінеральних наповнювачів різної структури, знаступною механічною та додатковою ультразвуковою обробкою композицій.
Основним недолікомкремнієорганічних покрить є їх крихкість. Модифікація мінеральнонаповненихкомпозицій на основі поліметилфенілсилоксану поліуретановими системами даєможливість створити покриття з підвищеною еластичністю та низькими внутрішніминапруженнями.
Важливим напрямкомнаукових і технологічних досліджень, спрямованих на підвищення рівняпротикорозійного захисту трубопроводів, є розробка нових методик та пристроївдля визначення параметрів кремнієорганічних ізоляційних матеріалів і покриттівне тільки в лабораторних, а й в експлуатаційних умовах.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконуваласьв лабораторії сертифікаційних випробувань протикорозійних ізоляційних покритьмагістральних трубопроводів ФМІ НАН України, в рамках бюджетних тем «Розробкаприскорених методів оцінки ресурсу захисних покриттів нафтогазопроводів тарезервуарів» (№ Держреєстрації 0140004529) та «Підвищення ресурсуобладнання газокомпресорних станцій магістральних трубопроводів за рахунокстворення і застосування нових поліуретан-кремнієорганічних наповненихпокриттів» (№ Держреєстрації 0104V004526) Державноїнауково-технічної програми «Проблеми ресурсу і безпеки експлуатаціїконструкцій, споруд та машин» (“РЕСУРС”), в яких здобувач була виконавцем.
Об’єкт дослідження:кремнієорганічні матеріали і покриття.
Предметдослідження: фізико-механічні, протикорозійні, структурні та діелектричнізакономірності формування термостійких матеріалів і покрить на основікремнієорганічного лаку КО-921.
Мета дослідження: встановленнязакономірностей впливу мінеральних наповнювачів та олігомерно-полімернихмодифікаторів на структурування композиційних матеріалів на основіполіметилфенілсилоксанового лаку КО-921 та створення нових термостійкихкремнієорганічних покрить з покращеними ізоляційними і протикорозійнимипараметрами.
Завданнядослідження.
Вивчити кінетикуструктурування поліметилфелілсилоксану з мінеральними наповнювачами, поліуретановимита поліепоксидними модифікаторами та затверджувачами.
Дослідитиструктурні, фізико-механічні, ізоляційні та протикорозійні параметри мінеральнонаповнених кремнієорганічних композитів.
Дослідити впливмеханічної та ультразвукової обробки мінерально наповнених кремнієорганічнихкомпозицій на властивості матеріалів і покриттів.
Встановити впливмодифікації мінерально наповнених кремнієорганічних композицій поліепоксидами іполіуретанами на характеристики матеріалів та покриттів.
Розробити швидкийметод контролю готовності мінеральних наповнювачів для приготуваннякремнієорганічних композицій.
Створитипереносний електрод для вимірювання ємності та опору систем «сталеваоснова – захисне покриття» не лише в лабораторних, а й в експлуатаційнихумовах.
Наукова новизнаодержаних результатів:
Встановленосинергетичний ефект впливу мінеральних наповнювачів різної природи — оміакарбута кам’яновугільної золи на структуру та характеристики кремнієорганічнихкомпозиційних матеріалів і покриттів;
Підтверджено, щомехано-хімічна та ультразвукова обробка покращує структурування мінеральнонаповнених кремнієорганічних композицій та характеристики кремнієорганічнихматеріаліві покриттів;
Показано, щополіепоксидні та поліуретанові модифікатори, а також амінні та оловоорганічнікаталізатори забезпечують «холодне» зшиванняполіметилфенілсилоксановох матриці та її систем з мінеральними наповнювачами,утворюючи ефективні композиційні матеріали і покриття;
Дослідженнякінетики тверднення і ІЧ-спектри показали, що поліметилфенілсилоксанова матрицявступає в реакції хімічної взаємодії з поліольними та ізоціанатнимикомпонентами поліуретанової композиції;
Підтверджено, щомодифікація мінерально наповнених кремнієорганічних композицій поліуретановимимодифікаторами покращує ряд характеристик захисних покриттів, насамперед,еластичність;
Розроблено методконтролю готовності мінеральних наповнювачів для приготування кремнієорганічнихкомпозицій, що базується на визначенні їх діелектричної суцільності;
Вперше створено електродта розроблено методику вимірювання ємності та опору протикорозійних покриттів влабораторних та експлуатаційних умовах.
Практичне значенняодержаних результатів:
впроваджено впрактику захисту магістральних трубопроводів Морського нафтового терміналу (МНТ)«Південний»Філії Магістральних нафтопроводів «Дружба» Відкритого акціонерноготовариства (ВАТ) «Укртранснафта» кремнієорганічні покриття зщільноупакованою структурою мінеральних наповнювачів;
впроваджено вДолинському лінійному виробничому управлінні магістральних газопроводівДержавному підприємстві (ДП)«Прикарпаттрансгаз» мінеральнонаповненікремнієорганічно-уретанові покриття для магістральних трубопроводів та їхзварних стиків;
освоєно вДержавному підприємстві інженерному центрі (ДПІЦ)«Техно-Ресурс» НАНУкраїни переносний електрод для вимірювання імпедансних характеристик захиснихпокрить в лабораторних та польових умовах;
освоєно влабораторії ДПІЦ «Техно-Ресурс» НАН України пристрій для контролюсухості мінеральних наповнювачів.
Обгрунтованість тадостовірність наукових положень і висновків, сформульованих в дисертації,забезпечено коректною постановкою завдань та вибором ефективних методикдосліджень, їх відповідністю вимогам до протикорозійної ізоляції трубопроводів(ДСТУ 4219-2003), узгодженням результатів дисертаційної роботи з данимилітературного огляду та дослідно-промислової перевірки.
Особистий внесок здобувача.Вибір напрямку та отримання основних результатів досліджень, щостановлять суть дисертаційної роботи, здійснено здобувачем та науковимкерівником. Аналіз літературних даних, вибір і апробація методик досліджень,постановку, синтез та нанесення кремнієорганічних композицій, дослідженнявластивостей матеріалів і покрить, обробку результатів проведено здобувачемсамостійно. Аналіз експериментальних результатів і формулювання висновківздійснено разом з науковим керівником. Імпедансні дослідження покрить проведеноза участі пров. н. с. відділу № 11 ФМІ НАН України, д. т. н. Зіня І.М.
Апробація роботи: Результатироботи заслухано на XVI науково-технічній конференціїмолодих науковців і спеціалістів ФМІ НАН України (м. Львів, 2001 р), VI Українському з’їзді з електрохімії (м. Алушта в Кримській АР, 2005 р),VIII Міжнародній конференції — виставці «Проблемикорозії на протикорозійного захисту матеріалів» (м. Львів, 2006 р).
Публікації: Результатидосліджень за темою дисертації опубліковано в 9 статтях у фахових науковихвиданнях, в тому числі в 3-х матеріалах доповідей на вітчизняних і міжнароднихконференціях, отримано 2 патенти України на винахід.
Структура та обсягроботи. Дисертаційна робота складається з вступу, семи розділів, висновків,списку літератури і додатків. Робота викладена на 149 сторінках, включає 18таблиць, 59 рисунків та містить 163 джерела цитованої літератури. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступіобгрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано предмет,об’єкт, мету та завдання досліджень, наукову новизну і практичну цінність.
У першому розділіпредставлено огляд літератури щодо впливу кремнієорганічної матриці,мінеральних наповнювачів, олігомерно-полімерних модифікаторів і каталізаторів «холодного»тверднення на процеси структурування і характеристики термостійкихкремнієорганічних композиційних покриттів. Аналіз літературних джерел показав,що використання поліорганосилоксанів, як основи (матриці) композицій, дозволяєотримувати матеріали і покриття з високими фізико-механічними, ізоляційними іпротикорозійними параметрами, термостабільністю, водо — та хімічною тривкістю.
На основі критичногоаналізу літератури окреслено основні напрямки синтезу, наповнення і модифікаціїкомпозицій на кремнієорганічній основі та отримання ефективних покриттів, щовідповідають вимогам до ізоляції трубопроводів в нафтогазовому комплексіУкраїни, насамперед, вимогам ДСТУ 4219: 2003. Встановлено наступне:
оптимальніфізико-механічні та ізоляційні параметри, термостійкість і технологічністьприготування та нанесення характерні для мінеральнонаповненихполіметилфенілсилоксанів, зокрема, лаку КО-921 виробництва ВАТ «Запорізькийзавод “Кремнійполімер”;
цілеспрямованевведення в склад мінеральнонаповнених кремнієорганічних композиційолігомерно-полімерних модифікаторів, зокрема поліуретанів і поліепоксидів,сприяє їх структуруванню з покращенням комплексу властивостей, зокрема,еластичності, діелектричної суцільності, адгезії та протикорозійниххарактеристик;
каталізаторитверднення забезпечують “холодне” (20±5оС) структурування мінерально наповнених і модифікованихкремнієорганічних покриттів.
У другому розділі описано вихідні матеріали іметодики експериментальних досліджень. Як основу композиційнихкремнієорганічних систем використовували поліметилфенілсилоксановий лак КО-921,як каталізатори тверднення – диетиламін (ДЕА), γ – амінопропілтриетилоксисилан(АГМ-9) і октоат кобальту.
Як мінеральнінаповнювачі – кам’яновугільну золу та оміакарб, як модифікатори – поліуретан „ALFAPUR SZ 1040 P“ (Польща) ікомпозиції на основі епоксидної смоли ЕД-20.
Термічне твердненнямінеральнонаповнених і модифікованих кремнієорганічних композицій проводили притемпературах: 60 0С – 1 год; 120 0С – 1 год; 180 0С – 1 год; 210 0С – 4 год. Каталітичнетверднення – при нормальній температурі – 48-72 год.
Ступінь зшиваннякомпозитів визначали за вмістом гель-фракції, екстрагуючи ацетономнизькомолекулярні компоненти в апараті Сокслета. Тонкі структурніхарактеристики систем “поліметилфенілсилоксан – поліуретан або каталізатортверднення – диетиламін», досліджували методом інфрачервоної (ІЧ) спектроскопіїв діапазоні хвильових чисел 4000-400 см-1 на спектрофотометрі “Specord M-80”(Німеччина).
Термостійкістькомпозитів досліджували на дериватографі “Паулік, Ердей” (Німеччина),використовуючи методи диференційно-термічного (ДТА) та термогравіметричного(ТГА) аналізів. Мікроструктуру вивчали на растровому електронному мікроскопі «Akashi DS-130C» (Японія). Внутрішні напруженнявизначали консольним методом.
Фізико-механічніхарактеристики кремнієорганічних матеріалів і покриттів визначали вимірюючи: твердістьмаятниковим приладом МЭ-3, ударну міцність – приладом У2-Т за ДСТУ 4219: 2003Дод. А, еластичність – за ДСТУ 4219: 2003 Дод.Ж., динамічну в’язкість –приладом «Reotest-2»,адгезію покриттів до сталевої поверхні – методом граткових надрізів (ГОСТ15140-78).
Ізоляційніхарактеристики кремнієорганічних матеріалів і покриттів встановлювали затривалої витримки у водних середовищах. Водопоглинення – за ГОСТ 4650-80; хімічнутривкість – за ГОСТ 12020-72; перехідний електричний опір – за ДСТУ 4219: 2003,додаток Г. Питомий об’ємний електричний опір при водопоглиненні визначали заГОСТ 22372-77, діелектричну суцільність – за ДСТУ 4219: 2003, додаток В.
Протикорозійніхарактеристики (ємність і опір) систем „сталева основа – кремнієорганічнепокриття” оцінювали імпедансним методом, використовуючи стандартний метод «пустотілихциліндрів» і розроблений здобувачем електрод у 3% -ному водному розчині NaCl.
Кінетикустуктурування поліуретанових композицій вивчали, фіксуючи зміни їх відносної в’язкості за інтенсивністю низькочастотних вібраційних коливань датчикаприладу. Фізико-механічні та діелектричні характеристики поліуретановихматеріалів і покриттів визначали за методиками для кремнієорганічних аналогів.
Тест-контрольсистем «сталь – покрив», в тому числі на зразках труб і магістральнихтрубопроводах, здійснювали згідно вимог ДСТУ 4219: 2003 і ВБН В.2.3-00018201.01.02.01-96.
У третьому розділів процесі розробки кремнієорганічних композиційних матеріалів дослідженопроцеси адсорбції та десорбції вологи мінеральними наповнювачами та розробленоспрощений метод контролю їх готовності для приготування композицій завизначенням їх діелектричної суцільності, оскільки використання сухихнаповнювачів є передумовою створення якісного покриття. Встановлено, щозастосування різнодисперних мінеральних наповнювачів – кам’яновугільної золи таоміакарбу для приготування композиції підвищують показники гель-фракції,знижують внутрішні напруження та втрату маси кремнієорганічних матеріалів. Отже,виникла потреба встановити оптимальні кількості вказаних мінеральнихнаповнювачів в композиції. Спостерігали підвищення комплексу фізико-механічнихі діелектричних параметрів мінерально наповнених кремнієорганічних покриттів,зокрема, міцності під час удару до 8,5 Дж та термостійкості до 262 0С законцентрації оміакарбу в межах 19…21 мас. ч. в композиції (рис.1),(Деклараційний патент України, (11) UA № 16276 CO8L 83/04 (2006/01), CO9D 183/04).
Методомелектронної мікроскопії встановлено, що різна структура і розміри мінеральнихнаповнювачів призводять до утворення щільно упакованої структури композитів, щопояснює покращення характеристик кремніє-органічних матеріалів та покрить (рис.2,в).
Дослідженнякінетики тверднення композитів на кремнієорганічній матриці з різнимимінеральними наповнювачами підтвердили, що оптимальною швидкістю структуруванняхарактеризуються композиції з кам’яновугільною золою та оміакарбом.
Встановлено, щомехано-хімічна та наступна ультразвукова обробка композицій значно підвищуютьхарактеристики мінерально наповнених кремнієорганічних покриттів. Зокремапоказник міцності під час удару зростає на 7 Дж, а питомий об’ємний електричнийопір – на величину 10,3∙1012 Ом∙м. Отже, ультразвукова обробкакомпозицій дозволяє отримати куремнієорганічні покриття з високими захиснимихарактеристиками, придатними для захисту високотемпературних ділянокгазокомпресорних стацій.
У четвертомурозділі представлено результати дослідження композиційних матеріалів іпокриттів типу «кремнієорганічна матриця – мінеральні наповнювачі –поліуретанові модифікатори». Метою досліджень було створення покрить зпідвищеною еластичністю, оскільки недоліком кремнієорганіки є її крихкість.
В процесі підбору поліуретановихмодифікаторів з оптимальними технологічними та експлуатаційнимихарактеристиками вивчено вплив природи і структури їх складових на процесиуретаноутворення. Використано поліуретани на основіполідиетиленглікольадипінатів та їх суміші, а також ізоціанатні компоненти.
Встановлено, щодля модифікації кремнієорганічної матриці найбільш ефективними є поліуретановікомпозиції високої реакційної здатності на основі поліестеру ПДА-800 і 4,41 — дифенілметандиізоціанату(МДІ).
Дослідження впливуполіестерних та диізоціанатних компонентів (поліестер П-7; фталевий ангідрид; 2,4-толуїлендиізоціанат;поліізоціанат) на процеси структурування вихідної кремнієорганічної матрицівстановило підвищення фізико-механічних характеристик і питомого об’ємногоелектричного опору в їх присутності (див. рис.3).
Отже, встановлено,що перспективними модифікаторами для кремнієорганічної матриці на основі лакуКО-921 є рідкі поліуретанові композиції високої реакційної здатності. Зокрема,до них відноситься поліуретан ALFAPUR SZ 1040, що має високіфізико-механічні та протикорозійні параметри.
Дослідженнякінетики тверднення мінерально наповнених кремніє-органічно-уретановихкомпозицій підтвердили процеси структурування поліметилфенілсилоксану зполіуретаном ALFAPUR SZ 1040 P. Встановлено оптимальну кількість поліуретану в композиції — до 4% мас.,збільшенні якого процес полімеризації сповільнювався.
Електроннамікроскопія кремнієорганічно-уретанового матеріалу з сумішшю наповнювачів –кам’яновугільної золи та оміакарбу підтвердила утворення однорідногокомпозиційного матеріалу, (рис.4, б).
При введенні умінеральнонаповнену кремнієорганічну композицію поліуретанового модифікаторазбільшуються товщини полімерних зв’язок з поліметилфенілсилоксану, поліуретануі продуктів їх співконденсації, формуються глобули композиційного матеріалу зкількох частинок кам’яновугільної золи і оміакарбу (світлі ділянки ділянки,оточені темною полімерною матрицею), (рис.4, б).
Утвореннякомпозиційної структури також підтвердили дослідження фізико-механічних тадіелектричних властивостей кремнієорганічно-уретанових покриттів (табл.1).
Встановлено, що іззбільшенням вмісту в кремнієорганічній композиції модифікатора «ALFAPUR SZ 1040 P» до 15,0% мас.еластичність покриття зростає в 2,5 рази, проте міцність під час ударузнижується з 6,5 до 4,5 Дж. Максимальні показники питомого об’ємногоелектричного опору (4,12∙1012 Ом·м) характернідля покриття з кількістю поліолу 2,0% мас.
Таблиця 1.
Фізико-механічніта діелектричні параметри
кремнієорганічно-уретановихпокриттів
№
п/п
Параметри,
розмірність Концентрація поліолу,% мас. 2,0 4,0 15,0 1. Міцність під час удару, Дж 8 7,8 4,5 2. Адгезія, бал 1,0 1,0 2,0 3. Еластичність,% 4,5 7,1 9,0 4. Питомий об’ємний електричний опір, Ом·м 4,12·10 12 2,14·10 12 1,81·10 12 5. Діелектрична суцільність, кВ/мм 17,5 18,1 17,0
У п’ятому розділі досліджено імпедансніхарактеристики (опір і ємність) мінерально наповнених і модифікованихкремнієорганічних покрить сталевих електродів в 3% — ному розчині хлоридунатрію методом «пустотілих циліндрів» і методикою розробленогоелектродом.
Електрод розроблено на рівні винаходу(патент України (19) UA № 12978 від 2006 р., МПК (51), GO1N 27/07 (2006.01)) іпризначено для вимірювання імпедансних характеристик покрить на сталевихпластинах, трубопроводах і металоконструкціях не тільки в лабораторних, а й вексплуатаційних умовах, (рис.5). Перевагою електроду є можливість проведенняприскорених вимірювань на трубах різної кривизни та вертикальних поверхняхметалоконструкцій.
Імпедансні дослідження встановили, що для кремнієорганічнихпокриттів з щільноупакованою структурою наповнювачів, затверднених при 170 і300 0С, характерні високі протикорозійні параметри (Рис.6).
а)
б)
в):
Рис.6. Залежності логарифмів опорів (частота — 1 кГц) сталевих електродів з покриттями:
1) з кам’яновугільною золою та оміакарбом
2) 2 — з кам’яновугільною золою;
3) з кам’яновугільною золою та поліуретаномпісля тверднення при температурах 20, 170,
300 0С у 3% — ному розчині NaCl.
Для кремнієорганічно-уретанових покриттів оптимальними єнормальні умови тверднення. Кремнієорганічна ізоляція з кам’яновугільною золоюхарактеризується мінімальними показниками опору при різних температурахтверднення.
У шостому розділі досліджено структурні характеристикирозроблених кремнієорганічних матеріалів і покриттів. Встановлено, щозастосування диетиламіну для затверднення кремнієорганічного лаку КО-921підвищує показник гель-фракції з 20 до 89,7% мас. під час зростання температуритвердення.
Процеси кінетики тверднення фіксуютьпришвидшене структурування поліметилфенілсилоксану з модифікаторами — диетиламіномта поліуретановою системою ALFAPUR SZ 1040 P.
Інфрачервона спектроскопія підтвердила, щопоява смуг поглинання NH – 3450,3296 см-1, на затвердненому при 20 0С в присутності диетиламіну поліметилфенілсилоксаніговорить про їх «холодне» каталітичне структурування. А також,виявленні на спектрі кремнієорганічної матриці з поліуретаном – типові дляполіметилфенілсилоксану смуги поглинання (см-1): Si–C6H5 – 1432; OH – 3616; CH3 – 2960, 2880; C6H5 – 1592,1500, 1450, засвідчили хімічне зшивання ОН-груп поліметилфенілсилоксану зфункціональними групами поліуретанового модифікатора, (рис.7).
Встановлено, що термічне тверднення композиційна основі лаку КО-921 підвищує показники гель-фракції кремнієорганічних такремнієорганічно-уретанових матеріалів. Найвищі показники мають композити зоміакарбом та з щільно упакованою структурою наповнювачів – (95,0%), наступнимбув кремнієорганічно-уретановий матеріал (92,0%), з кількістю поліолу 2,0% мас.
Встановили показники гель-фракцій дляматеріалів «модифікований грунт+матеріал» після термообробки: І) зкам’яновугільною золою; ІІ) з оміакарбом; ІІІ) з кам’яновугільною золою таоміакарбом; ІV) з кількістюполіолу SZ 1040 P – 2,0% мас; V) з кількістю поліолу SZ 1040 P – 4,0% мас.; VІ) зкількістю поліолу SZ 1040 P – 15,0% мас., (рис.8).
Встановлено, що кремнієорганічні матеріалимають вищі показники гель-фракції, ніж кремнієорганічно-уретанові. Порівняннягель-фракцій композиту «грунт + покривні матеріали» засвідчило, що цівеличини є значно вищими, ніж у композиту без грунту.
З рис.9, слідує, що мінерально наповненікремнієорганічно-уретанові покриття з грунтом мають значно нижчі значеннявнутрішніх напружень, ніж кремнієорганічні. При збільшенні вмісту поліолу понад2,0% мас. внутрішні напруження зменшуються.
Окрім цього, внутрішні напру-женнязбільшуються із збільшенням товщини покриття.
Методом диференційно — термічного аналізувстановлено, що найвищою термотривкістю характер — ризувались кремнієорганічніматеріали з оміакарбом та з щільно-упакованою структурою мінеральнихнаповнювачів, що підтверд-жують криві термічних ефектів (рис.10, а).
Рис.10. Порівняльні криві термічних ефектівΔТ (а) та залежність втрати маси (б) при нагріванні мінерально наповнених імодифікованих кремнієорганічних матеріалів, що містять:
1 – кам’яновугільну золу; 2 – оміакарб; 3 –кам’яновугільну золу та оміакарб; 4 – кам’яновугільну золу та поліуретан (2,0%мас).
З термогравіметричного аналізу видно, щонайменше втрачає масу матеріал з кам’яновугільною золою та оміакарбом. Найменшстабільним є композит з поліуретаном та кам’яновугільною золою, оскільки длянього процеси втрати маси відбуваються при температурах 100-120 та 120-210 0С (рис.10,б).
ВИСНОВКИ
Встановленозакономірності впливу мінеральних наповнювачів та олігомерно-полімернихмодифікаторів на структурування та фізико-механічні, діелектричні тапротикорозійні параметри композиційних матеріалів та покрить на основіполіметилфенілсилоксанового лаку КО-921. На основі цих досліджень розробленонові термостійкі кремнієорганічні та кремнієорганічно-уретанові покриття зпокращеними ізоляційними і протикорозійними властивостями.
Розробленопристрій та методику для визначення імпедансних характеристик покрить. Створенопристрій для контролю готовності мінеральних наповнювачів для приготуваннякремнієорганічних композицій.
1. Встановлено, щополіепоксидні та поліуретанові модифікатори, а також амінні та оловоорганічнікаталізатори забезпечують «холодне» зшивання поліметилфенілсилоксановоїматриці та її систем з мінеральними наповнювачами, утворюючи ефективнікомпозиційні матеріали і покриття.
2. Встановлено, щопідвищення температури тверднення композицій на основі кремнієорганічноїматриці пришвидшують процеси їх структурування.
Дослідженнякінетики тверднення та ІЧ-спектри показали, що поліметилфенілсилоксановаматриця вступає в реакції хімічної взаємодії з поліольними та ізоціанатнимикомпонентами поліуретанової системи ALFAPUR SZ 1040 P та на основі цього розроблено мінеральнонаповнені кремнієорганічно-уретанові покриття, з підвищеною еластичністю,діелектричною суцільністю та низькими внутрішніми напруженнями.
Встановленопозитивний синергетичний ефект впливу мінеральних наповнювачів різної природи — оміакарбу та кам’яновугільної золи на структуру на характеристикикремнієорганічних композиційних матеріалів і покриттів. На основі цихдосліджень розроблено композиційні покриття з щільно упакованою структуроюнаповнювачів з високою міцністю під час удару 8,5 Дж, які запатентовано івпроваджено в практику.
Встановлено, щоструктурування мінерально наповнених кремнієорганічних композицій під дієюмехано-хімічної та ультразвукової обробки значно покращує характеристикиізоляційних матеріалів і покриттів;
Розробленопристрій для контролю готовності мінеральних наповнювачів для приготуваннякремнієорганічних композицій методом визначення їх діелектричної суцільності.
Створено електродта розроблено методику вимірювання ємності та опору протикорозійних покриттів влабораторних та експлуатаційних умовах, запатентовано та впроваджено в практику.
Роботи, опубліковані на тему дисертації
1.Стефан В.П., Непріла М.В., Черватюк В.А. Вплив поліестерних та ізоціанатнихкомпонентів на процес тверднення кремнієорганічних композицій // Фізико-хімічнамеханіка матеріалів. — 2006. — № 6. — С 123-124.
2. Л. Голушкова,І. Галань, М. Непріла, О. Гулай. Вплив поліестерних та ізоціанатних складовихна наростання відносної в’язкості поліуретанових композицій в процесі їхполімеризації // Вісник Терноп. ДТУ — 2006. — № 1 — 31 с.
3. Маруха М.,Гнип І. Протикорозійні температуротривкі кремнієорганічні покриви з ущільненимимінеральними наповнювачами // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2004. — № 1.- С.75.
4. Гнип І. П,Непріла М.В., Личковський Е.І. Електрод для експрес – вимірювань омічних таімпедансних характеристик захисних покривів трубопроводів // Фізико-хімічнамеханіка матеріалів. — 2006. — № 5. — С.98 — 102.
5. Гнип І. П,Маруха М. В, Ратушна М.Б. Методичні аспекти вимірювань електрохімічниххарактеристик захисних покривів на металоконструкціях в експлуатаційних умовах// Вісник НТУ „ХПІ”. „Хімія, хімічна технологія і екологія”. — 2005. — № 16. — с.52-55.
6.Стефан В.П., Маруха М.В., Завербний М.Д. Cучасні антикорозійні матеріали і технології для захисту магістральнихтрубопроводів // XVI Відкританауково-технічна конференція молодих науковців і спеціалістів ФМІ НАНУ,матеріали конференції КМН-2001 16-18 травня 2001. – С 25-28.
7.М.В. Непріла. Характеристики кремнієорганічно-уретанових композиційнихматеріалів та покривів. // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2007. — № 6. — С.61-64.
8.Електрод для вимірювання електрохімічних характеристик захисних покриттів /Гнип І.П., Непріла М.В., Мерцало І.П. // Деклараційний патент України UA № 12978 Бюлетень №3 від 15.03. 2006 р.
9.Кремнієорганічна композиція для протикорозійного термотривкого покриття / І. ПГнип., М. В Непріла., І.Ф. Сіренко, В.І. Блохін // Деклараційний патентУкраїни, UA № 16276 Бюлетень №8від 15.08. 2006 р.
АНОТАЦІЯ
Маруха М.В. «Розробкамодифікованих композиційних покриттів на поліорганосилоксановій основі длязахисту магістральних трубопроводів». Рукопис.
Дисертація наздобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01 –матеріалознавство. – Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України,Львів, 2008 р.
Дисертація міститьрезультати дослідження впливу мінеральних наповнювачів, полімеролігомернихмодифікаторів та каталізаторів “холодного” (20±5 оС) тверднення на структуруі властивості кремнієорганічних та кремнієорганічно-уретанових композиційнихматеріалів та покриттів на основі поліметилфенілсилоксанового лаку КО-921.
Обгрунтовано складкремнієорганічних та кремнієорганічно-уретанових композицій, сформульованомеханiзми їх структурування. Отримано термостійкі протикорозійні матеріали іпокриття з покращеними властивостями. Випробуваннями і промисловою перевіркоюпідтверджена їх відповідність вимогам нормативно-технічної документації,зокрема ДСТУ 4219-2003, на ізоляцію трубопроводів, ємностей і технологічногообладнання в нафтогазовому комплексі.
Ключові слова: поліметилфенілсилоксан,композиційний матеріал, наповнювач, модифікатор, каталізатор, покриття,протикорозійний захист.
АННОТАЦИЯ
Маруха М.В. "Розработка модифицированых композиционных покрытий на полиорганосылоксановойоснове для защиты магистральных трубопроводов". Рукопись.
Диссертация на соискание ученойстепени кандидата технических наук за специальностью 05.02.01 – материаловедение.– Физико-механический институт им. Г.В. Карпенко НАН Украины, Львов, 2008.
Диссертация содержит результатыисследований влияния минеральных наполнителей, полимеролигомерных модификаторови катализаторов «холодного» (20±5оС) отверждения на структуру и свойства кремниеорганических икремниеорганически-уретановых композиционных материалов и покрытий на основеполиметилфенилсилоксанового лака КО-921.
Экспериментальноустановлено содержание кремниеорганических и кремниеорганически-уретановыхкомпозиций, сформулировано механизмы их структурирования. Разработанотермостойкие противокоррозионные материалы и покрытия с улучшеннымихарактеристиками. Испытаниями и промышленной проверкой подтверждено ихсоответствие требованиям нормативно-технической документации (ДСТУ 4219-2003. Трубопроводыстальные магистральные), на изоляцию трубопроводов, емкостей и технологическогооборудования в нафтогазовом комплексе.
Разработано и запатентированоелектрод и метод измерения импедансных характеристик противокоррозионныхпокрытий в лабораторных и эксплуатационных условиях, запатентировано и внедренона практике. Так же, разработано устройство для контроляготовности минеральных наполнителей для приготовления кремниеорганическихкомпозиций методом определения их диелектрического пробоя.
Ключевые слова: полиметилфенилсилоксан,композиционный материал, наполнитель, модификатор, катализатор, покрытие,противокоррозионная защита.
SUMMARY
Marukha M. Developmentof the modified composition coatings is on poliorganosiloksanoviy basis fordefence of main pipelines
A manuscript.
These forgaining the Degree of Candidate of Sciences (Engineering) in speciality 05.02.01–materials science. – H. V. Karpenko Physico-Mechanical Institute of theNational Academy of Sciences of Ukraine, Lviv, 2008.
Theses coverthe research results of the influence of mineral fillers, polymer-oligomermodifiers and catalysts of “ cold” (+5 C) hardening on structure and propertiesof silicon-organic and silicon-organic-urethane composites and coatings basedon polymethylphenilsiloxane lacquer KO –921.
The content ofsilicon-organic and silicon-organic-urethane composites was experimentallysubstantiated and the mechanism of their structurization was formulated. Thermo-resistantcoatings with the improved properties were obtained. Their correspondence tothe requirements of standards, in particular of ДСТУ4219-2003, on insulation of pipelines, capacities and technological equipmentin oil-gas complex was tested and experimentally proved.
Key words: polymethylphenylsiloxane,composite, filler, modifier, catalyst, coating, corrosion protection.