Гуммирование химического оборудования методами лакокрасочных технологий

В настоящее время одной из схем антикоррозионной защиты химического оборудования от воздействия растворов кислот и щелочей, а также других агрессивных сред является гуммирование. Метод гуммирования каландрованной резиной с последующей вулканизацией острым паром рекомендован соответствующими руководящим документами РФ для антикоррозионной защиты различного химического оборудования [2, 3]. Это различные объекты бакового хозяйства, работающие в условиях переменного воздействия кислотных и щелочных сред, ионообменные фильтры, баки нейтрализации, декарбонизации, хранения разбавленных и концентрированных растворов кислот и др.

Несмотря на то что данная схема достаточно эффективна (срок службы покрытия — до 10 лет), она имеет ряд недостатков, ограничивающих возможность ее применения для антикоррозионной защиты: высокие требования к качеству подготовки поверхности, большие энерго- и трудозатраты, требует высокой квалификации персонала. Процесс гуммирования включает стадию вулканизации острым паром под давлением, что, во-первых, не позволяет реализовать данную технологию в емкостях, работающих при атмосферных условиях, и во-вторых, не всегда возможно обеспечить производителей работ паром с соответствующими параметрами [1]. Кроме того, использование традиционного метода гуммирования для капитального ремонта бывшего в эксплуатации оборудования приводит к значительному увеличению стоимости работ.

Очевидно, существует необходимость разработки новых альтернативных технологий получения гумми-ровочных покрытий, позволяющих избежать всех вышеизложенных недостатков гуммировки, сохраняя их основные преимущества.

Такие технологические решения в первую очередь связаны с получением покрытий методами лакокрасочных технологий. Этот технологический прием позволит наносить покрытие на поверхности практически любой конфигурации, повысить производительность труда, а также снизить вероятность образования нарушений сплошности покрытия за счет послойного перекрытия дефектов при нанесении. Кроме того, формирование покрытия должно происходить при нормальных температурах (при этом возникает необходимость купить чиллер): либо за счет удаления растворителя с последующим физическим структурированием пленкообразующего полимера (силы Ван-дер-Ваальса), либо за счет межмолекулярной сшивки посредством химической реакции с одновременным испарением растворителя из системы (химическое структурирование).

Защитные функции лакокрасочных покрытий при воздействии агрессивных сред зависят от скорости проникновения коррозионно-активных компонентов среды через покрытие к защищенной поверхности и степени адгезионного взаимодействия покрытия с поверхностью металла, определяющей скорость образования очагов коррозии [4]. В работе [5] представлена условная классификация лакокрасочных покрытий по механизму защитного действия и выделены три основных типа: адгезионный, барьерный и смешанный. Смешанный механизм защиты наблюдается главным образом в лакокрасочных покрытиях, работающих в жидких агрессивных средах кислотного и щелочного характера. В гуммировочных покрытиях при значительной толщине резинового покрытия (от 3 мм) защита металла осуществляется по механизму барьерного типа, то есть при полном препятствии проникновения агрессивного среды к защищаемой поверхности [6]. Получение покрытий такой толщины методами лакокрасочных технологий практически невозможно по следующим причинам: во-первых, ограничение толщины покрытия при однослойном нанесении привело бы к значительному увеличению количества наносимых слоев и, соответственно, увеличению времени технологического цикла антикоррозионных работ, во-вторых, при таких значениях толщины антикоррозионного покрытия высока вероятность растрескивания или отслаивания покрытия из-за высокого уровня внутренних напряжений [7].

В связи с вышесказанным альтернативная система антикоррозионного покрытия должна характеризоваться высоким уровнем адгезии к защищаемой подложке и отличными антидиффузионными свойствами, достигаемыми за счет структурирования покрытия и увеличения его толщины. Снижение значения внутренних напряжений при такой толщине достигается путем использования в качестве пленкообразующего вещества, обладающего свойствами эластомера. Другое существенное преимущество эластичных покрытий — их высокая стойкость к воздействию абразива и механических нагрузок, что немаловажно в случае антикоррозионной защиты внутренней поверхности оборудования, загружаемого фильтрующими материалами (кольца Рашига, кварцевый песок, ионообменные смолы и т.п.). Очевидно, что сам материал покрытия должен характеризоваться достаточно высокой химической стойкостью к агрессивным средам.

В настоящее время существует ряд материалов, в той или иной степени способных выступить альтернативой гуммировочного покрытия. К ним относятся жидкие составы холодного отверждения на основе олигомеров с реакционно-способными группами: жидкие тиоколы, карбоцепные олигомеры с концевыми гидроксильными группами, латексные смеси на основе бутадиенстирольных каучуков. Кроме того, аналогом гуммировки также является хлорсульфи-рованный полиэтилен. К сожалению, каждый из этих материалов обладает рядом недостатков, ограничивающих их промышленное применение.

Наиболее перспективными материалами являются диенстирольные термоэластопласты (ТЭП), представляющие собой трехблочный сополимер стирола с бутадиеном, где концевые блоки макромолекул состоят из жесткого полистирола, а средние — из эластичного полибутадиена [8]. Ассоциация полистирольных фрагментов, выполняющих функции узлов сшивания, препятствует течению эластичных блоков, закрепленных между узлами сетки. Это придает полимеру способность к высоким обратимым деформациям до температуры 50 °С в неотвержденном виде. Карбоцепное строение блок-сополимера определяет инертность материала по отношению к агрессивным средам щелочного и кислотного характера. Полимерные пленки на основе ТЭП практически ни в чем не уступают вулканизованным резинам как в физико-химических свойствах, так и в агрессивостойкости.

Табл. 1. Основные технологические характеристики системы антикоррозионного покрытия на основе лакокрасочного состава «Констакор-ТЭП» (ТУ 2513-003-34724672-2007)

Вместе с тем ТЭП характеризуются недостаточной теплостойкостью. С повышением температуры узлы сшивания, образованные микросегрегацией полистирольных блоков, разрушаются, действие физических сил ослабевает, структура материала разрушается, сопровождаясь уменьшением прочности, ростом проницаемости и снижением адгезии, а затем и текучести материала. Как показали лабораторные испытания, увеличение температуры до 45-50 °С уже приводит к резкому снижению антикоррозионных свойств полимерной пленки, несмотря на то что материал еще сохраняет свойства эластомера. Кроме того, существенным барьером для применения ТЭП в качестве защитных покрытий является низкое сопротивление термоокислительному старению [9] (обусловлено наличием двойных связей), которое не позволяет применять ТЭП в качестве антикоррозионных материалов в широком диапазоне температур и агрессивных сред.

Радикальным способом устранения данных недостатков является структурирование ТЭП по непредельным связям полибутадиеновых блоков. В этом направлении фирмой «Константа-2» совместно с Волгоградским государственным техническим университетом был проведен ряд исследований в части разработки антикоррозионных покрытий, предназначенных для гуммирования из растворов. В результате разработана система антикоррозионного покрытия на основе химически структурированного диенстирольного термоэластопласта — «Констакор-ТЭП». Разработанные материалы полностью соответствуют требованиям гуммировочным лакокрасочным составам нового поколения:

•    покрытие наносят методами лакокрасочных технологий: кисть, валик, методы воздушного и безвоздушного напыления;

•    формирование покрытия и структурирование с образованием поперечных связей происходит при нормальных температурах и не требует наличия острого пара;

•    материал покрытия характеризуется высоким уровнем упруго-прочностных и антикоррозионных свойств.