RO123326B1 - Compoziţie polimerică cu proprietăţi anticorosive şi termoconductive - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la a compoziţie polimerică având proprietăţi anticorosive şi termoconductive, pentru protecţia suprafeţelor metalice. Compoziţia conform invenţiei este constituită din: răşină epoxi-ester modificată cu acrilat de butil şi acid acrilic, amestec micronizat de oxizi de fier şi mangan, oxid de fier cu structură lamelară, grafit, pulberi metalice fin divizate, de aluminiu sau cupru, bentonă, esteri de celuloză, aditivi de dispersie şi alcool butilic.

Description

Invenția se referă la o compoziție polimerică cu proprietăți anticorosive și termoconductive, care asigură protecția suprafețelor metalice la coroziune și temperatură ridicată, și care nu afectează într-o măsură prea mare transferul de căldură.

Studiile analitice efectuate asupra gazelor reziduale rezultate din procesul de combustie din centralele energetice au evidențiat prezența unor elemente corosive cu conținut mare de sulf, carbon, azot, vapori de apă (SO_X, NO_X, CO₂), zgură și cenușă. Prezența oxizilor de sulf constituie motivul principal al depunerilor și coroziunii. Coroziunea este determinată de formarea acidului sulfuric în fază lichidă și se manifestă intens la mai puțin de 10000 ore de funcționare, la un conținut de sulf de 2-3% al combustibililor de ardere. Zona cea mai afectată corespunde suprafețelor finale de schimb de căldură ale cazanelor energetice (preîncălzitoarele de aer rotative) și canalele de evacuare a gazelor de ardere, ce delimitează coroziunea de joasă temperatură.

în consecință, se impune o protejare a suprafețelor care vin în contact cu gazele de ardere agresive.

Pe plan internațional sunt cunoscute performanțele deosebite ale unor materiale polimerice privind rezolvarea unor probleme ca: rezistența anticorosivă, la temperaturi ridicate, la șocuri termice, aderența la metal în condiții severe de exploatare. Deoarece preîncălzitoarele rotative de aer sunt din punct de vedere funcțional schimbătoare de căldură, este esențial ca materialul anticorosiv să nu înrăutățească procesul de transfer termic. Date fiind conductivitățile termice scăzute ale polimerilor formatori de film, de ordinul a 0,13-0,24 J/s-m-°K (trei ordine de mărime mai scăzute decât cele ale metalelor), filmele de polimeri nu pot fi folosite pentru a proteja suprafețele metalice în condiții de transfer de căldură. Pentru a îmbuntăți conductivitatea termică, în soluția sau dispersia polimerului formator de film trebuie introduse pulberi metalice înalt disperse, termoconductive și anticorosive.

Sunt cunoscute compoziții polimerice anticorosive pe bază de materiale polimerice cu stabilitate în timp, descrise în brevetele RO 76158, RO 70251, RO 106570, RO 108353, RO 120974, dar a căror utilizare este eficientă numai în cazul în care nu afectează transmisia de căldură.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în realizarea unei compoziții polimerice ce asigură protecție termică și anticorosivă, care să fie adecvată utilizării ca agent de protecție a suprafețelor metalice a preîncălzitoarelor rotative de aer cu funcționare în medii agresive.

Soluția găsită pentru compoziția conform invenției elimină deficiențele menționate anterior, prin aceea că aceasta este constituită dintr-o dispersie formată din 100 părți rășină epoxi-ester modificată cu acrilat de butii și acid acrilic cu raport în greutate monomeri acrilat și acid acrilic: esteri epoxidici de 1,6/2,23 părți amestec micronizat de oxizi de fier și mangan cu raport în greutate oxid de fieroxid de mangan de 0,85:0,15, 38 părți oxid de fier cu structură lamelară, 19 părți grafit, 108 părți pulberi metalice fin divizate de aluminiu sau cupru, 19 părți bentonă, 55 părți esteri de celuloză, 18 părți aditivi de dispersie constând dintr-un dispersant polimeric cu carcater anionic în 68 părți alcool butilic, părțile fiind exprimate în greutate.

Avantajele aplicării compoziției conform invenției constau din aceea că se asigură o protecție eficientă a preîncălzitoarelor rotative de aer, care să conducă la optimizarea activităților de exploatare a instalațiilor energetice, datorată caracteristicilor compoziției realizate ce constau din anticorozivitate, flexibilitate, aderență la substratul metalic și creșterea transferului termic, reducând către minim pierderea de căldură.

RO 123326 Β1

Compoziția pentru protecții anticorosive are la bază componente specifice ce conferă 1 un echilibru optim al proprietăților critice: liantul (soluția de polimer) care asigură forțele ce mențin filmul într-un tot unitar; pulberi ale unor metale cu proprietăți conductive controlate; 3 pigmenți anticorosivi cu proprietăți de barieră activă; aditivi care controlează reologia și îmbunătățesc dispersia; solvenți compatibili cu polimerii, ce reglează rapid viscozitatea. 5 Alegerea componenților structurali pentru formularea compozițiilor peliculogene s-a făcut utilizând relațiile structură-proprietăți cunoscute pentru aceștia. Stabilirea compoziției 7 amestecului a constatîn determinarea raportului optim liant/metal, a cantității și a naturii aditivilor necesari dispersării cu efect maxim. Stabilirea concentrației optime de pigment pentru 9 a obține conductivitate termică maximă se poate face numai efectuând măsurători de conductivitate termică în funcție de concentrația pigmentului, pentru sistemele polimerice-pulbere 11 metalică studiate.

Rășinile epoxidice constituie o familie versatilă de rășini termoreactive, care se pot 13 modifica pentru îmbunătățirea proprietăților lor, comparativ cu cele inițiale: prin esterificare cu acizi grași pentru mărirea elasticității, apoi cu monomeri acrilici, pentru creșterea 15 rezistenței chimice, termice și la coroziune, aderenței și elasticității.

Pulberile de cupru cu structură policristalină sau aluminiu cu structură lamelară, 17 având dimensiunea particulelor sub 100 pm și proprietăți conductive controlate, precum conductivitate termică Cu=380-384 W/m°K și Al^flk = 200-215 W/m°K, s-au introdus în pro- 19 cente variabile de 30%, 40%, 50%, 60% din volumul depunerii, urmărindu-se proprietățile expuse în sistemele polimerice (dimensiunea, porozitatea, forma, compactitatea, modul de 21 orientare și dispersia), influențele asupra posibilității formării unor fisuri, natura legăturilor la interfață, tranzițiile termice ce influențează modificarea proprietăților fizice. 23

Pentru asigurarea protecției pe termen lung, s-au folosit pigmenți cu rezistență termică și anticorosivă. Oxidul de fier cu structură lamelară, prin greutatea sa specifică mare, 25 conduce la orientarea paralelă a particulelor cu suprafața și formează o rețea cu rol de barieră împotriva poluanților. O densitate mare de împachetare în film se poate realiza prin 27 conjuncția particulelor nonlamelare cu cele lamelare; în acest scop, s-au aditivat pigmenți micronizați sub forma unui amestec de oxizi de fier și mangan (Fe, Mn)₂O₃ și grafit. 29

Greutatea specifică ridicată a metalelor și stabilitatea sferică redusă a suspensiilor a determinat natura aditivilor necesari dispersării cu efect maxim. Esterii de celuloză în 31 combinație cu bentona reprezintă mediul de dispersie optim pentru pigmenții metalici, conferind controlul viscozității, dar păstrând rezistența la deformație. Cele două proprietăți, 33 deși opuse, pot fi satisfăcute simultan, datorită proprietăților de curgere newtoniene combinate cu o greutate moleculară mare. Folosirea aditivilor de dispersare este esențială 35 pentru stabilizarea particulelor de pigmenți pe parcursul formării filmului. S-au folosit amestecuri de dispersanți polimerici cu caracter nonionic/anionic. 37 în continuare, se dă un exemplu de realizare a invenției.

Compoziția polimerică pentru protecție anticorosivă și termoconductivă, conform 39 invenției, este un produs monocomponent, peliculele obținându-se printr-un proces fizic de amestecare, în care formarea filmului are loc ca rezultat al evaporării componenților volatili. 41 Compoziția pentru protecție anticorosivă și termoconductivă exprimată în părți de greutate este redată în tabelul 1. 43

RO 123326 Β1

Tabelul 1

Component	Părți în greutate
Rășină epoxi-ester modificată cu acrilat de butii și acid acrilic (1,6/2 raport în greutate de monomeri/esteri epoxidici)	100
Amestec micronizat de oxizi de fier și mangan	23
Oxid de fier cu structură lamelară	38
Grafit	19
Pulberi metalice fin divizate de aluminiu sau cupru	108
Bentona	19
Esteri de celuloză	55
Aditivi de dispersie	18
Alcool butilic	68

Compoziția pentru protecție anticorosivă și termoconductivă s-a obținut prin dispersare avansată cu un aparat de dispersie, prin introducerea celei mai mari puteri mecanice posibile la viteze tangențiale de 18-25 m/s, cu instalarea efectului “doughnut” (curgere laminară).

Compoziția polimerică anticorosivă și termoconductivă, realizată conform invenției, prezintă caracteristicile indicate în tabelul 2.

Tabelul 2

Nr. crt.	Denumirea caracteristicii	U.M.	Condiții de admisibilitate	Metoda de determinare
1.	Aspect		Dispersie omogenă,de culoare: gri - adaos aluminiu maron adaos cupru	Vizual
2.	Densitate, 20°C	g/cm3	1,5±0,1	SRISO 758:1995
3.	Substanțe nevolatile, la 105°C	%	56,10±2	SR EN ISO 3251 :2003
4.	Timp de curgere prin cupa ISO, φ 6 mm	sec.	39±2	SR EN ISO 2431:1997
5.	Durata de uscare	min.	30±2	SR EN ISO 3678:1999
6.	Aderența peliculei la suport, max.	cifra de aderență	0	SR EN ISO 2409:2003
7.	Rezistența la abraziune, min. 500 I nisip	-	corespunzător	ASTM D 968:2005

RO 123326 Β1

Tabelul 2 (continuare) 1

Nr. crt.	Denumirea caracteristicii	U.M.	Condiții de admisibilitate	Metoda de determinare
8.	Rezistența peliculei la lovire - 0,5 kg -2 kg	cm	80 25	SR EN ISO 6272-1:2004
9.	Duritate, min.	sec.	100	SR ISO 1522:2007
10.	Flexibilitate, min.	mm	4	SR EN ISO 1519:2003
11.	Rezistența la atmosferă umedă care conține dioxid de sulf, min. 200 ore	-	corespunde	SR EN ISO 3231:2002
12.	Rezistența la variații de temperatură, 30 cicluri de la 10°C la +180°C, timp de 3 ore	-	corespunde	SR EN 60068-2-14:2001

Testele de conductivitate termică au fost realizate în conformitate cu specificațiile

ASTM E1461. Determinările termofizice au arătat în ce măsură protecția realizată asigură 17 conductivitate termică cât mai apropiată de metal, astfel încât procesul de transfer de căldură al preîncălzitoarelor rotative de aer să nu se modifice semnificativ. 19

Compoziția polimerică asigură protecție termică și anticorosivă și o scădere acceptabilă de 15% a transferului termic, care nu influențează semnificativ transferul la nivelul procesului 21 de schimb de căldură.

Claims (4)

1. 3 Compoziție polimerică cu proprietăți anticorosive și termoconductive, destinate suprafețelor de schimb de căldură ce funcționează în medii puternic afectate de coroziunea
2. 5 acidă, caracterizată prin aceea că este constituită dintr-o dispersie formată din 100 părți rășină epoxi-ester modificată cu acrilat de butii și acid acrilic cu raport în greutate monomeri
3. 7 acrilat și acid acrilic: esteri epoxidici de 1,6/2, 23 părți amestec micronizat de oxizi de fier și mangan cu raport în greutate oxid de fieroxid de mangan de 0,85:0,15, 38 părți oxid de fier
4. 9 cu structură lamelară, 19 părți grafit, 108 părți pulberi metalice fin divizate de aluminiu sau cupru, 19 părți bentonă, 55 părți esteri de celuloză, 18 părți aditivi de dispersie constând 11 dintr-un dispersant polimeric cu caracter anionic în 68 părți alcool butilic, părțile fiind exprimate în greutate.