WWW.KN.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Различные ресурсы
 

«УДК 544.6 ВЛАГОПЕРЕНОС В БИКОМПОНЕНТНЫХ КОНСЕРВАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ НА БАЗЕ НЕПОЛЯРНЫХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ Н. Е. Беспалько Кафедра «Безопасность ...»

УДК 544.6

ВЛАГОПЕРЕНОС В БИКОМПОНЕНТНЫХ

КОНСЕРВАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ

НА БАЗЕ НЕПОЛЯРНЫХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ

Н. Е. Беспалько

Кафедра «Безопасность жизнедеятельности и военная подготовка»,

ФГБОУ ВПО «ТГТУ»; bgd@mail.nnn.tstu.ru

Ключевые слова и фразы: амиды; амины; атмосферная коррозия; массоперенос воды; индустриальное масло; н-гептан; н-нонан; н-декан; экологически безопасные материалы.

Аннотация: Рассмотрена зависимость массопереноса воды через бинарные антикоррозионные материалы на основе неполярных растворителей и поверхностноактивных веществ от природы алкана и полифункциональной присадки.

Обоснованы возможные закономерности массопереноса воды через консервационные материалы. Описаны результаты, которые являются теоретической основой при разработке малокомпонентных экологически безопасных антикоррозионных материалов.

Введение Атмосферная коррозия углеродистой стали в нейтральных средах, в отсутствии специфических деполяризаторов, протекает с участием воды. В самом общем виде реакция катодного восстановления растворенного молекулярного кислорода имеет вид [1]

– О2 + 2Н2О + 4е 4ОН. (1) Согласно источнику [2], вода является реагентом анодной ионизации железа.

Ее молекулы чаще всего расходуются в первой квазиравновесной стадии. В соответствии с механизмом Бокриса [2], имеем:



+ Fe + Н2О (FeOH)адс + Н + e; (2) + (FeOH)адс (FeOH) адс + е; (3) 2+ FeOH) адс Fe + OH. (4) Поэтому, при разработке малокомпонентных экологически безопасных консервационных материалов необходимо учитывать их способность затруднять формирование на защищаемой поверхности пленки влаги и препятствовать проникновению воды к корродирующему металлу [3].

Изучение влагопроницаемости различных консервационных покрытий [4] показывает, что полностью прекратить подачу воды к поверхности влагопоглотителя, а следовательно, и к поверхности металла, не удается.

Предположительно в барьерной пленке имеются несплошности – каналы переменного сечения, направленные нормально, тангенциально либо под произISSN 0136-5835. Вестник ТГТУ. 2013. Том 19. № 4. Transactions TSTU вольным углом к поверхности [5], поглощающей воду посредством химической реакции, например Р2О5 + 3Н2О 2Н3РО4, (5) или сорбирующей ее. В процессе коррозии подводимая вода расходуется на участие в парциальных электродных реакциях: в катодной (с участием растворенного Z+ кислорода [6]) и анодной (гидратация ионов металлов с образованием Me nH2O [6]). Согласно [7], сечения по ходу отдельных каналов меняются во времени при практически постоянном суммарном сечении, что доказывается неизменной скоростью влагопереноса (dm/d = const). Все поры, радиус которых превышает критический r, могут быть заполнены водой. Величина критического радиуса определяется избыточным давлением Р, под действием которого жидкость вдавливается в пористую гидрофобную мембрану [7] r = 2|cos|/Р, (6) где – коэффициент поверхностного натяжения; – угол не смачивания жидкостью поверхности гидрофобных пор.

Доля надкритических пор составляет согласно [12]

–  –  –

838 ISSN 0136-5835. Вестник ТГТУ. 2013. Том 19. № 4. Transactions TSTU Исследования влагопроницаемости для неметаллических покрытий проводились лишь на пленках на основе минеральных масел, представляющих собой исходные многокомпонентные системы, усложненные заводскими присадками.





В силу антагонистических и синергетических взаимодействий неопределенность состава подобных композиций не позволяет оценить роль природы растворителя и присадки. В связи с этим изучена кинетика массопереноса воды в модельных системах на основе чистых алканов нормального строения (nс = 7 – 15) и поверхностно-активные вещества (ПАВ) (СПАВ = 3…10 мас. %): амиды непредельных карбоновых кислот (олеиновой и эруковой), гомологическая смесь амидов предельных свободных жирных кислот (СЖК) (nс = 10 – 23), дистиллированные амины (ДА), амины кубовых остатков (КО), высшие алифатические амины (ВАА) (фракция I и II (ФI и ФII)).

Методика эксперимента

Эксперименты проводились в герметичных эксикаторах, в которых при комнатной температуре создавалась 70- и 100%-я относительная влажность воздуха Нотн. В них располагались стеклянные стаканы с перфорированными металлическими крышками, на дне которых находились бюксы с определенным количеством влагопоглотителя (цеолит марки NaX-B-2Г). На поверхность перфорированных крышек наносили слой растворителя или исследуемой композиции фиксированной толщины L = 10…20 мкм с гравиметрически контролируемой массой.

Место притирания крышки и ячейки герметизировали для исключения попадания влаги внутрь бюкса. Через определенные временные интервалы (1, 2, 4 и 6 ч) оценивалось количество поглощенной воды, прошедшей через слой масла или исследуемой композиции. С этой целью рассчитывали разность масс бюксов с влагопоглотителем до опыта и за фиксированный промежуток времени. Для снижения ошибки эксперимента учитывали наличие в ячейках определенного количества влаги из воздуха до опыта.

Экспериментальные результаты и их обсуждение

По источникам [6, 10, 18], для неметаллических покрытий на масляной основе характерны достаточно высокая влагопроницаемость и электрическая проводимость. Однако эти факторы не лимитируют скорость коррозии металла [6] под защитной пленкой при погружении образцов в объем агрессивной среды либо в результате возникновения на покрытии конденсированного водного слоя (влажная, мокрая коррозия).

Влагопроницаемость защитной пленки – самопроизвольный процесс диффузии водяного пара или конденсированной водной фазы через барьерное покрытие, характеризующийся определенной скоростью и направлением, для возникновения которого необходимо наличие движущей силы в виде разности концентраций воды (давления водяного пара) по обе стороны масляной пленки [10]. Кроме того, должен существовать источник воды со стороны потолка барьерного слоя и поглотитель – со стороны его дна. Последний, в результате одной или нескольких параллельно протекающих стадий химических реакций с водой, снижает давление паров воды со стороны дна барьерного масляного слоя.

Отметим, что ряд моделей переноса вещества через полимерную пленку предложен в [11]. Причем, сам факт наличия нескольких механизмов переноса

–  –  –

840 ISSN 0136-5835. Вестник ТГТУ. 2013. Том 19. № 4. Transactions TSTU творителя, в результате чего его пленка практически отсутствует на металле при проведении эксперимента (рис. 1, 2, табл. 2). Покрытия на основе чистого н-С9Н20 при Нотн = 70…100 % стимулируют процесс массопереноса воды (см. рис. 1, 2, табл. 2). Этот факт можно связать с высокой летучестью растворителя (высокое давление насыщенного пара), движение которого направленно как в противоположную сторону от металлической поверхности и от влагопоглотителя, так и непосредственно к ним, что и вызывает дополнительное увеличение массы цеолита за счет поглощения летучих алканов.

Введение ПАВ, выступающего в роли антикоррозионной присадки, приводит к уменьшению водопроницаемости барьерных пленок (см. табл. 1, 2). Причем, тем эффективнее, чем больше концентрация присутствующего в растворителе ингибитора.

Во всех рассмотренных случаях скорость подачи воды через барьерные пленки композиций на базе ПАВ и углеводородных растворителей к металлической поверхности при СПАВ = const и Нотн = const уменьшается с ростом nс в молекуле растворителя (см. рис. 2).

–  –  –

Кинетика массопереноса воды через пленки ПАВ в апротонных алканах, характеризуемая, в частности, величиной m/, контролируется в определенной мере эффективным суммарным сечением S несплошностей, зависящим от структуры композиции. Причем величина S остается практически постоянной во времени, что следует из m/ = const.

Пусть в эксикаторе задана относительная влажность воздуха Н1 = Р1/Ро, где Р1 и Ро – фактическое давление водяного пара в эксикаторе и давление насыщенного пара при фиксированных исследуемых условиях соответственно. Кроме того, имеет место капиллярная конденсация паров воды. Тогда относительная влажность воздуха вблизи потолка защитного барьерного слоя Н2 = Р2/Ро, где Р2 – давление паров воды надбарьерной пленкой.

Причем Р2 P1, поскольку вода смачивает капилляры цеолита, и для вогнутого сферического мениска, согласно уравнению Томсона–Кельвина [4], имеем:

Р2 = P1exp(–2V/rRT); (11) Н2 = Н1exp(–2V/rRT), (12)

– поверхностное натяжение, Дж/м ; r – радиус капилляра, м; V – парциальный молярный объем воды, м3/моль, который, в первом приближении, можно считать постоянным. Остальные обозначения – общепринятые. Пленка является определенным препятствием для транспорта молекул воды, поэтому влажность воздуха

–  –  –

В ранее проведенных работах установлено отсутствие корреляции между величинами защитного эффекта и адсорбционной способностью [12 – 14]. Это говорит о возможном существовании мицеллярной или молекулярной пленки ажурного характера, что способствует влагопереносу в результате поглощения молекул Н2О поверхностными мицеллами по механизму поверхностной или объемной солюбилизации. Частицами адсорбата в тонких пленках могут выступать преимущественно мицеллы ПАВ. Их структура и определяет условия массопереноса стимуляторов коррозии к корродирующему металлу. В связи с этим, возможно проникновение воды с последующей адсорбцией на незащищенных активных металлических центрах.

Введение в растворитель эффективного загустителя затормаживает водопроницаемость барьерных слоев. Одновременно с проникновением воды в виде водяного пара возможно и направленное движение солюбилизированной воды.

При наличии водопоглотителя появляется движущая сила диффузии и направленное движение воды в его сторону (от потолка к дну барьерного слоя). Таким образом, если введение эффективного загустителя снижает эффективное сечение несплошностей барьерного слоя, то растет концентрация агрегатированных частиц.

По мере роста содержания ПАВ, не зависимо от его природы уменьшается влагопроницаемость барьерных покрытий. При этом вклад влагопроницаемости за счет движения через барьерный слой водяного пара уменьшается, а вклад эффекта движения солюбилизированной воды возрастает, либо с определенной концентрации ПАВ, выполняющего функцию мицеллообразователя, остается постоянным.

Водопроницаемость исследуемых составов уменьшается при переходе от аминов к амидам. Наиболее эффективно тормозит процесс массопереноса молекул воды олеамид. В ряду аминов четкой зависимости от природы ПАВ не наблюдается, вероятно здесь сказывается тот факт, что в роли полифункциональной присадки выступают гомологические смеси, а не индивидуальные вещества.

По мере увеличения nс алкана наблюдается уменьшение влагопроницаемости барьерных пленок исследуемых композиций. Таким образом, на фоне влияния природы ПАВ наиболее важным оказывается действие природы используемого растворителя. Увеличение молекулярной массы последнего сопровождается повышением защитных свойств композиций.

Полученные экспериментальные данные могут служить теоретической основой при разработке малокомпонентных экологически безопасных антикоррозионных материалов. А создание малокомпонентных консервационных систем, состоящих в наиболее оптимальном случае из растворителя – основы и полифункциональной присадки, является актуальной задачей. Причем, второй компонент консервационного материала должен обладать универсальностью, выполняя функции многочисленных добавок традиционных защитных составов. Одновременно такой подход позволяет сократить номенклатуру антикоррозионных материалов, решить многочисленные сырьевые и экологические проблемы. В частности, в ряде случаев отпадают вопросы утилизации отработанных продуктов, которые пока не удается решить региональными экологическими службами страны.

844 ISSN 0136-5835. Вестник ТГТУ. 2013. Том 19. № 4. Transactions TSTU Список литературы

1. Вигдорович, В. И. Использование отработанного моторного масла для защиты от коррозии сельскохозяйственной техники / В. И. Вигдорович, В. Д. Прохоренков, Н. В. Тужилкина // Защита металлов. – 1987. – Т. 23, № 1. – С. 167 – 170.

2. Bockris, J. O'M. The Electrode Kinetics of the Deposition and Dissolution of Iron / J. O'M. Bockris, D. Drazic, A. R. Despic // Elektrochim. Acta. – 1961. – Vol. 4, No. 2–4. – P. 325.

3. Рабоче-консервационные смазочные материалы / В. М. Школьникова [и др.]. – М. : Химия, 1979. – 256 с.

4. Шель, Н. В. Влагопроницаемость масляных пленок в присутствии сернистого газа в воздушной атмосфере / Н. В. Шель, О. Г. Четрырин // Вестн Тамб.

гос. техн. ун-та. – Т. 15, № 1. – С. 170 – 177.

5. Вигдорович, В. И. Кинетика электродных реакций на стали Ст3, покрытой масляными пленками, в хлоридных растворах / В. И. Вигдорович, Л. Е. Цыганкова, Н. В. Шель // Коррозия: материалы, защита. – 2004. – № 2. – С. 33 – 40.

6. Таныгина, Е. Д. Разработка антикоррозионных консервационных композиций на базе полифункциональной присадки гидразекс-89 / Е. Д. Таныгина, Н. В. Шель, В. И. Вигдорович // Химия и хим. технология. – 1999. – Т. 42, вып. 4. – С. 128 – 134.

7. Чирков, Ю. Г. Расчет проницаемости по жидкости и по газу низкопористых гидрофобных мембран произвольной толщины / Ю. Г. Чирков, В. И. Ростокин // Электрохимия. – 2004. – Т. 40, № 2. – С. 185 – 196.

8. Ratkowsky, D. A. Research Article Spectrophotometric Evaluation of Activity Coefficients in Aqueous Solutions of Sulfur Dioxide / D. A. Ratkowsky, J. L. McCarthy // J. Phys. Chem. – 1962. – Vol. 66, No. 3. – P. 516 – 519.

9. Влагопpоницаемость масляных композиций, содеpжащих ИФХАН-29а / Н. В. Шель [и др.] // Коррозия: материалы и защита. – 2004. – № 8. – С. 30 – 34.

10. Путилова, И. Н. Ингибиторы коррозии металлов / И. Н. Путилова, С. А. Балезин, В. П. Баранник. – М. : Госхимиздат, 1958. – 62 с.

11. Кестинг, Р. Е. Синтетические полимерные мембраны / Р. Е. Кестинг. – М. : Химия, 1991. – 336 с.

12. Влияние природы растворителя на влагопроницаемость, вязкость, толщины формирующихся пленок и защитную эффективность композиций на базе алканов / В. И. Вигдорович [и др.] // Изв. вузов. Химия и хим. технология.

Сер. Естеств. и техн. науки. – 2004. – Т. 47, вып. 2. – С. 141 – 146.

13. Защитная эффективность и адсорбция амидов высших карбоновых кислот на стали Ст3 из композиций на основе неполярных растворителей / В. И. Вигдорович [и др.] // Изв. вузов. Химия и хим. технология. Сер. Естеств. и техн. науки. – 2004. – Т. 47, вып. 3. – С. 125 – 133.

14. Вигдорович, В. И. Влияние природы неполярного углеводородного растворителя на полифункциональные свойства амидов в бинарных антикоррозионных составах / В. И. Вигдорович, Н. Е. Соловьева, Е. Д. Таныгина // Коррозия:

материалы и защита. – 2003. – № 1. – С. 32 – 37.

15. Справочник химика. В 6 т. Т. 1 / редкол.: Б. П. Никольский (гл. ред.) [и др.]. – М. ; Л. : Гоисхимиздат, 1963. – 1012 с.

16. Фридрисберх, Д. А. Курс коллоидной химии / Д. А. Фридрисберх. – СПб. : Химия, 1995. – 400 с.

17. Шкловский, Б. И. Электронные свойства легированных полупроводников / Б. И. Шкловский, А. Л. Эфрос. – М. : Наука, 1979. – 416 с.

18. Осетров, А. Ю. Применение ингибированных масляных композиций в целях защиты от коррозии металлических изделий в атмосфере, содержащей СО2 / А. Ю. Осетров, О. Г. Четрырина, Н. В. Шель // Вестн. Тамб. гос. техн. ун-та. – 2009. – Т. 15, № 4. – С. 843 – 854.

ISSN 0136-5835. Вестник ТГТУ. 2013. Том 19. № 4. Transactions TSTU Water Transfer in Bicomponent Conservation Materials Based on Nonpolar Solvents

–  –  –

Department “Safety and Military Training”, TSTU; bgd@mail.nnn.tstu.ru Key words and phrases: amides; amines; atmospheric corrosion; environmentally safe materials; industrial oil; mass transfer of water; n-heptane; n-nonane;

n-decane.

Abstract: The paper shows the dependence of the mass transfer of water through the binary anticorrosive materials based on non-polar solvents and surfactants on the nature of the alkane and multifunctional additives. Possible patterns of mass transfer of water through conservation materials have been substantiated. The obtained results are the theoretical basis for the development of small-component environmentally friendly anti-corrosion materials.

Feuchtebertragung in den bikomponenten Konservationsmaterialien auf Grund von den nicht polaren Lsungsmitteln Zusammenfassung: Es ist die Abhngigkeit der Massenbertragung des Wassers durch die binren Rostschutzmaterialien aufgrund der nicht polaren Lsungsmittel und der oberaktiven Stoffe von der Alkannatur und des Mehrfunktionszusatzes bestimmt. Es sind die mglichen Gesetzmigkeiten der Massenbertragung des Wassers durch die Konservationsmaterialien rechtfertigt. Die bekommenen Ergebnisse sind eine theoretische Grundlage bei der Entwicklung der komponentarmen kologisch sicheren antikorrosiven Materialien begrndet.

Transfert d’humidit dans les matriaux biocomposants de coservation la base des dissolvants non polaires Rsum: Est tablie la dpendance du transfert de masse de l’eau travers les matriaux binaires anticorosifs la base des dissolvants non polaires et les matires tensio-actives de la nature de l’alcan et de l’addition polyfonctionnelle. Sont argumentes les rgularits possibles du transfert de masse de l’eau travers les matriaux de coservation. Les rsultats obtenus sont la base thorique lors du traitement des des matriaux anticorosifs peu composites srs du point de vue cologique.

Авторы: Беспалько Наталия Евгеньевна – кандидат химических наук, доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности и военная подготовка», ФГБОУ ВПО «ТГТУ».

Рецензент: Килимник Александр Борисович – доктор химических наук, профессор кафедры «Химия и химические технологии», ФГБОУ ВПО «ТГТУ».

846 ISSN 0136-5835. Вестник ТГТУ. 2013. Том 19. № 4. Transactions TSTU



Похожие работы:

«Вестник Тюменского государственного университета. 20 Экология и природопользование. 2016. Т. 2. № 4. С. 20–32 Павел Евгеньевич КАРГАШИН1 Платон Сергеевич ЯСЕВ2 УДК 528.87+528.94 КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ОСВОЕНИЯ ХОХРЯКОВСКОГО НЕФТЯНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ кандидат географических наук, доц...»

«Ученые записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского Серия "Биология, химия". Том 1 (67). 2015. № 3. С. 49–55. УДК 579.64:581.14(653.63) ВЛИЯНИЕ МИКРОБНОГО ПРЕПАРАТА "ЭМБИКО" НА ПРОРАСТАНИЕ СЕМЯН ОГУРЦОВ (CUCUMIS SATIVUS L.) СОРТОВ КОНКУР...»

«Ученые записки Таврического национального университета имени В. И. Вернадского Серия "География". Том 27 (66), № 2. 2014 г. С. 3–15. РАЗДЕЛ 1. ФИЗИЧЕСКАЯ ГЕОГРАФИЯ И ГЕОЭКОЛОГИЯ УДК 620.91:712.253.58 "ЗЕЛЁНАЯ" ЭНЕРГЕТИКА В САДОВО-ПАРКОВЫХ КОМПЛЕКСАХ Багрова Л.А., Змерзлая К.С., Мазинов А.С.-А. Таврический национальный универс...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" Институт наук о Земле Кафе...»

«Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования "Международный государственный экологический университет имени А. Д. Сахарова" А. С. Шиляев С. П. Кундас А. С. Стукин ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКА В МЕДИЦИ...»

«Ученые записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского Биология, химия. Том 2 (68). 2016. № 3. С. 28–35. УДК 581.14:661.162.66(635.656) ДЕЙСТВИЕ ПРЕПАРАТА ЦИРКОН НА РОСТ И РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ КУКУРУЗЫ В УСЛО...»

«OPENGOST.RU www.OpenGost.ru Портал нормативных документов info@opengost.ru 3.1.2. ПРОФИЛАКТИКА ИНФЕКЦИОННЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ. ИНФЕКЦИИ ДЫХАТЕЛЬНЫХ ПУТЕЙ Профилактика дифтерии Санитарно-эпидемиологические правила СП 3.1.2.1108-02 1. Разраб...»

«Динозавры: назад в прошлое, предсказывая будущее. Тема урока: Назад в прошлое, предсказывая будущее"Цели урока: Образовательные формировать представления детей о далеком прошлом Земли;пополнить знания учащихся об эпохе динозав...»

«Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия "Биология, химия". Том 25 (64). 2012. № 4. С. 255-263. УДК 548.736+546.64+54.057 СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ И КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ КООРДИНАЦИОННОГО СОЕДИНЕНИЯ НИТРАТА ЛАНТАНА(III) С 4,4,10,10-ТЕТРАМЕТИЛ-1,3,7,9ТЕТРААЗОСП...»








 
2017 www.kn.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - различные ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.