Массоперенос воды через защитные композиции на масляной основе, модифицированные коллоидным графитом

Изучено поглощение воды консервационными антикоррозионными композициями на основе отработанного моторного масла, модифицированными коллоидным графитом и триэтаноламином. Защитный эффект торможения массопереноса воды в присутствии добавки возрастает и незначительно изменяется в течение всего времени экспозиции.

Аннотация статьи
отработанное моторное масло
коллоидный графит
триэтаноламин
относительная влажность воздуха
массоперенос воды
Ключевые слова

Защита металлов и их сплавов от коррозионных разрушений – одна из крупных актуальных проблем. Проблема разработки и использования неметаллических антикоррозионных покрытий остается чрезвычайно острой. В значительной мере это касается и защитных составов на масляной основе с собственной нишей использования, весьма эффективных в условиях проведения мероприятий, связанных с временной антикоррозионной защитой техники и запасных частей, в том числе при ее хранении на открытой площадке и под навесом и в неотапливаемом помещении [1, с. 138].

Цель работы заключается в исследовании массопереноса воды через барьерную плёнку защитных композиции на масляной основе, модифицированных коллоидными формами графита (КГ), которые предлагается использовать для защиты стальных изделий от атмосферной коррозии.

Защитные композиции представляют собой регенерированное отработанное моторное масло (ММО) (не менее 500 м-ч работы), содержащее 1,0 масс. % активной добавки (АД), в качестве которой использовали суспензию коллоидного графита (0,01 …0,03 масс. %) в триэтаноламине. Количество графеновых слоев менее 100, средний латеральный размер частиц, приведенный к сферическому, 50 мкм.

Кинетические зависимости массопереноса воды через полученные противокоррозионные композиции исследовали в герметичном эксикаторе с постоянной заданной относительной влажностью воздуха (Н) 70 и 100 %, в течение 1-7 суток. Относительная влажность воздуха задавалась дистиллированной водой или насыщенными растворами солей NH4Cl и KNO3. В эксикаторы помещали пластиковые ячейки, содержащие в параллельных опытах 1,0 г влагопоглотителя (цеолит марки Na-Х-В-2Г), закрытые притертыми перфорированными крышками. Сорбент представляет собой гранулы, диаметром (2 ± 0,6) мм. Цеолит предварительно прокаливали в муфельной печи при температуре 400 °С. На поверхность крышки наносили барьерный слой масла или масляной композиции, толщину которого (± 2 мкм) контролировали гравиметрически.

Учитывалось наличие в ячейках определенного количества влаги из воздуха до опыта, массу которой рассчитывали по формуле:

где  – фактическое давление паров воды (Па) при температуре помещения Т, К; V – объем ячейки, мл; М – молярная масса воды.

Эффект торможения массопереноса воды (Z, %) оценивали по выражению

Z, % = (mo,i – mi)/mo,i×100,

где mo,i и mi – масса воды, поглощенная цеолитом за данный промежуток времени соответственно в отсутствии и присутствии барьерного слоя.

Проводилось исследование влагопроницаемости разработанных композиций при различных значениях относительной влажности воздуха. Полученные результаты при Н = 100 % представлены в табл. 1, при Н » 70 % – в табл. 2.

Таблица 1

Зависимость массы воды, поглощенной цеолитом, от продолжительности эксперимента при относительной влажности воздуха 100 %.

t, сут

Dm без покрытия

Dm без АД

Dm с 0,01 масс. % КГ

Dm с 0,02 масс. % КГ

Dm с 0,03 масс. % КГ

1

0,1309

0,1192

0,1145

0,1113

0,1116

2

0,1579

0,1382

0,1233

0,1173

0,1138

3

0,1668

0,1382

0,1298

0,1240

0,1223

4

0,1709

0,1428

0,1318

0,1301

0,1323

5

0,1746

0,1464

0,1339

0,1350

0,1399

6

0,1799

0,1564

0,1339

0,1345

0,1371

7

0,1814

0,1633

0,1415

0,1426

0,1462

Из данных табл. 1 видно, что исходное ММО, не содержащее АД обладает значительной влагопроницаемостью. Введение АД, содержащей 0,01 масс. % КГ и 0,99 масс. % триэтаноламина, снижает величину водопоглощения в 1,1… 1,3 раза. Добавление 0,02 масс. % и 0,03 масс. % КГ не приводит к существенным изменениям величины влагопроницаемости. Вполне закономерно, что во всех рассмотренных случаях, масса прошедшей через барьерный слой влаги возрастает с течением времени.

Снижение относительной влажности до 70 % качественно не меняет картину. Величина массы воды, поглощенной цеолитом, снижается по сравнению с водопоглощением в условиях 100 %-ной влажности.

Таблица 2

Зависимость массы воды, поглощенной цеолитом, от продолжительности эксперимента при относительной влажности воздуха 70 %

t, сут

Dm без покрытия

Dm без АД

Dm с 0,01 масс. % КГ

Dm с 0,02 масс. % КГ

Dm с 0,03 масс. % КГ

1

0,12

0,1115

0,1010

0,1010

0,1050

2

0,1395

0,1269

0,1101

0,1110

0,1150

3

0,1498

0,1307

0,1130

0,1147

0,1222

4

0,1594

0,1344

0,1180

0,1202

0,1214

5

0,1627

0,1376

0,1214

0,1225

0,1259

6

0,1656

0,1402

0,1219

0,1257

0,1255

7

0,1699

0,1455

0,1301

0,1259

0,1260

Были рассчитаны величины эффекта торможения массопереноса воды через барьерную пленку при различной продолжительности эксперимента. Результаты представлены в табл. 3.

Таблица 3

Зависимость массы поглощенной воды, прошедшей через масляный слой, содержащий 0,01 масс. % КГ, от продолжительности эксперимента

t, сут

Z без АД

Z с 0,01 масс. % КГ

Z с 0,02 масс. % КГ

Z с 0,03 масс. % КГ

1

8,94

12,50

14,97

14,74

2

9,12

21,91

25,71

27,93

3

9,00

22,18

25,66

26,68

4

8,90

22,88

23,87

22,58

5

7,88

23,31

22,68

19,97

6

6,12

25,57

25,23

23,79

7

5,78

21,99

21,39

19,41

Анализируя полученные результаты, можно отметить, что во всех случаях введение АД приводит к увеличению эффекта торможения массопереноса. Максимальный рост Z (в 3 – 3,5 раза) наблюдается при введении добавки, содержащей 0,03 масс. % КГ и 0,97 масс. % триэтаноламина. Стоит отметить, что с увеличением продолжительности эксперимента эффект торможения переноса воды через барьерную пленку, содержащую АД, изменяется довольно незначительно, уменьшаясь в ряде случаев лишь на 3 %. Очевидно, образующиеся с течением времени в результате водопоглощения эмульсии типа вода в масле или мицеллярные солюбилизированные структуры также обладают способность снижать величину массы воды, прошедшей через пленку, как и исходные композиции. Можно отметить, что полученные масляные композиции, как в отсутствии, так и в присутствии активной добавки, предотвратить подачу воды к поверхности влагопоглотителя, а, следовательно, и металлической поверхности в реальных условиях, не могут. Возможно, что в масляной композиции, образующей барьерный слой, имеются несплошности, представляющие собой различного вида каналы. Сечения этих несплошностей могут меняться со временем, например, может происходить их слияние.

Наличие эффекта торможения при нанесении масляных покрытий можно объяснить хоть и незначительным, но имеющим место, повышением вязкости при введении активной добавки. Кроме того, частицы КГ могут встраиваться в имеющиеся в покрытии несплошности и препятствовать доступу воды к влагопоглотителю.

Текст статьи
  1. Исследование эффективности защиты от коррозии стальных изделий пленками на основе минерального и синтетического отработанных моторных масел / И.В. Зарапина, А.Ю. Осетров А.Ю., К.Ю. Носова и др. // Тенденции развития науки и образования. – 2021. – №74. – Часть 2. – С. 138-141.
Список литературы