Конференция в Пензе  1997г.

 Направления развития  полимерных покрытий для высоагрессивных сред

В.А. Головин

НПО Рокор

г. Москва  1997 г.

        Основной проблемой на которой сконцентрировано внимание разработчиков полимерных покрытий, предназначенных для защиты технологического оборудования эксплуатирующегося  в высокоагрессивных средах, является повышение работоспособности при сохранении или обеспечении  высокой технологичности.

        Вследствие многообразия требований, предъявляемых к покрытиям, повышение работоспособности покрытий принципиально не может быть обеспечено простым увеличением их толщины  (экстенсивным путем )  и единственным способом  является интенсивный, основанный на учете механизма взаимодействия.

        Наиболее эффективным с материаловедческой точки зрения является подход сочетающий использование как  новых материалов, так и конструктивные решения, обеспечивающие  эффективную работу покрытия как конструкции, и основанные на направленном подборе материалов.

        С физико-химической точки зрения противокоррозионное покрытие это самоорганизующийся слой, сформированный непосредственно на  подложке и удерживаемый на ней за счет физического или химического взаимодействия и предназначенный  для предотвращения непосредственного контакта и изменения активности  среды достигающей защищаемой подложки.

В этой связи любое покрытие можно и целесообразно рассматривать как послойно неоднородное; в нем  могут быть выделены три функциональные зоны (слоя):

контактирующий с подложкой переходной слой, сформированный под влиянием этой подложки и предназначенный для обеспечения необходимого взаимодействия покрытия с подложкой в течение срока эксплуатации
внутренняя область покрытия, структура и свойства которой определяются  в основном процессами самоорганизации характерными для блочного полимера (с учетом асимметрии процессов массо и теплопереноса на стадии формирования покрытия)
наружный, контактирующий со средой слой покрытия, наиболее подверженный воздействию среды и во многом определяющий  условия массопереноса среды во внутренние слои покрытия и к подложке.

В этой связи очевидно, что вместо наращивания толщины, целесообразно специализировать слои покрытия исходя из того что для каждого слоя одна из функций является доминирующей.

При выборе и разработке материала для переходного (грунтовочного) слоя ключевым моментом является то, что суммарный процесс окисления и гидратации энергетически более выгоден, чем взаимодействие  металла с полимерами. Вместе с тем это не означает, что  адгезионное разрушение покрытия  в процессе эксплуатации неизбежно т.к. во-первых окисная пленка при определенных условиях может сохранять стабильность, во-вторых существуют технические решения для снижения термодинамической активности деполяризаторов  на поверхности металла по сравнению с внешним раствором, в третьих- покрытие или компоненты покрытия могут существенно тормозить процессы гидратации и роста новой фазы и в-четвертых, известны методы обеспечения хемосорбционного взаимодействия покрытий с металлами.   

Общее техническое решение  состоит в обоснованном выборе и комбинации методов подготовки  поверхности металла и составов для  грунтовочных слоев с учетом конкретных условий эксплуатации  и условий проведения работ по нанесению покрытия.

В настоящее время при производстве работ по подготовке поверхности оборудования, эксплуатирующегося  в высокоагрессивных средах, основным методом является абразивная очистка, обеспечивающая как полное удаление продуктов коррозии так и создание необходимого профиля. Этот метод является основным и вряд ли в ближайшее время будет заменен, однако известно, что практически при проведении каждой работы существуют труднодоступные зоны, где необходимый профиль создать невозможно. Наблюдения показывают, что именно эти зоны и являются потенциальными зонами разрушения покрытия.  В этом случае рекомендуются применение химических модификаторов поверхности  или использование метода механохимической подготовки, суть которого состоит в том, что в зону абразивной обработки вводятся специальные добавки обеспечивающие хемосорбционное взаимодействие с оголенной поверхностью металла. Сочетание предварительной очистки с применением грунтов, содержащих протекторные добавки, ингибиторы, аппреты в сочетании с эластичной или жесткой полимерной основой позволяет  обеспечить адгезионную устойчивость многослойного покрытия практически для любых условий эксплуатации (от дистиллированной воды до концентрированных электролитов).

        Требования, предъявляемые к основному (внутреннему) слою покрытия состоят не столько в его химической стойкости и уровне физико-механических характеристик сколько в необходимости реализации селективной проницаемости путем специфического связывания наиболее агрессивных компонентов среды, что  достигается введением в состав центров связывания, которые могут иметь характер как функциональных групп в полимерной матрице, так и дисперсных включений.  Применение данного способа является дополнительной гарантией отсутствия проскока наиболее агрессивных компонентов среды к защищаемой подложке.

        Как показывают полученные результаты эффективное регулирование массопереноса агрессивных сред достигается при  использовании многослойной конструкции покрытия.

        Проведен анализ различных способов создания послойной структуры покрытия для снижения массопереноса. Несмотря на то, что такая структура может быть принципиально создана при использовании саморасслаивающихся систем, систем наполненных пластинчатым наполнителем, на современном этапе наиболее оправданным является получение  многослойной конструкции путем нанесения слоев из различных материалов. Рассмотрены научные основы для выбора материалов для многослойных покрытий с низкой проницаемостью в высокоагрессивных средах, сочетающих внутренний слой с центрами связывания и наружный слой из полимера меньшей полярности..

        В последнем случае покрытию также могут приданы дополнительные свойства такие как необходимый уровень смачиваемости, электропроводности, абразивостойкости  и т.д.

Изложенные принципы   проиллюстрированы на примере системы покрытий “Викор”