Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

ОЦЕНКА АНТИКОРРОЗИОННЫХ СВОЙСТВ СОВРЕМЕННЫХ УПАКОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ МЕТАЛЛОПРОДУКЦИИ

Коляда Л.Г. 1 Чупрова Л.В. 1 Варламов И.С. 1
1 ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»
Металлические изделия при транспортировке, хранении и эксплуатации подвергаются коррозии. Инновационными методами защиты металлопродукции от коррозии в период её транспортировки и хранения является использование упаковочных материалов, содержащих ингибиторы коррозии. В статье представлен обзор современных упаковочных материалов для упаковки металлических изделий. Даётся характеристика упаковочных материалов на основе бумаги и ингибированные плёнками. Показано, что полимерные ингибированные пленки обладают безусловными преимуществами перед противокоррозионными покрытиями и смазками. Приведены стандарты и методики для оценки антикоррозионных свойств упаковочных материалов.
металлопродукция
коррозия
упаковочные материалы на основе бумаги
ингибиторы коррозии
полимерные плёнки
комбинированные материалы
1. Андреев Н.Н., Кузнецов Ю.И. Физико-химические аспекты действия летучих ингибиторов коррозии металлов // Успехи химии. – 2005. – № 8. – С. 755 – 855.
2. Антропов Л.И., Макушин Е.М., Панасенко В.Ф. – Ингибиторы коррозии металлов. – Киев: Техніка, 1981. – 183 с.
3. Киченко А.Б., Кушнаренко В.М. О некорректности точных значений оценки защитного действия ингибиторов коррозии // Практика противокоррозионной защиты. – 2005. – № 4(38). – С.17 – 22.
4. Кечин В.А, Люблинский Е.Я., Якубовская Т.О. Ингибированная плёнка для упаковки изделий из цветных металлов // Литейщик России. – 2003. – № 4.
5. Малахов Е.В., Карпов В.А., Якубовская Т.О. Полимерные плёнки с ЛИК для защиты металлоизделий при хранении // Коррозия: материалы, защита. – 2004. – № 8.
6. Маттссон, Э. Электрохимическая коррозия / Э. Маттссон; пер. со швед. В.М. Новаковского, Т.Я. Сафоновой; под ред. Я. М. Колотыркина. – М.: Металлургия, 1991. – 156 с.
7. Пинчук Л.С., Неверов А.С. Полимерные плёнки, содержащие ингибиторы коррозии. – М.: Химия, 1993. – 175 с.
8. Рогова А.Н., Разумков А.В. Современные способы защиты металлоизделий от коррозии многослойными комбинированными материалами // Тара и упаковка. – 2002. – № 6. – С. 44-47
9. Розенфельд И.Л., Персианцева В.П. Ингибиторы атмосферной коррозии. – М.: Наука, 1985. – 278 с.
10. Семёнова И.В., Флорианович Г.М., Хорошилов А.В. Коррозия и защита от коррозии / Под ред. И.В. Семёновой. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. – 336 с.

Металлические изделия при транспортировке, хранении и эксплуатации подвергаются коррозии. По оценкам экспертов [10] в Российской Федерации ежегодные потери металлов из-за их коррозии составляют до 12 % общей массы металлофонда, что соответствует утрате до 30 % ежегодно производимого металла. Кроме прямых потерь существуют еще большие косвенные потери, связанные с простоями оборудования из-за аварий и расходами на ликвидацию последствий аварий.

В последние годы проблема защиты металлов от атмосферной коррозии встала особенно остро в связи с расширением экспорта металлопродукции. В ряде случаев транспортирование продукции происходит в открытых полувагонах или морским путём через районы с влажным тропическим климатом.

При относительной влажности воздуха 60-70 % начинается конденсация влаги и на поверхности металла появляется адсорбционная плёнка воды. При толщине слоя влаги в несколько молекулярных слоёв кислород практически беспрепятственно проникает через нее к металлической поверхности. В этих условиях реализуется электрохимический механизм коррозии, протекающий со значительной скоростью [6, 9]. Загрязнение атмосферы газами S02, H2S, Cl2, NH3 резко ускоряет коррозию [9].

Одним из основных способов защиты металла от коррозии является использование ингибиторов. Ингибиторы коррозии – это химические соединения, которые, присутствуя в системе в достаточной концентрации, уменьшают скорость коррозии металлов без значительного изменения концентрации любого коррозионного реагента. Действие ингибиторов обусловлено изменением состояния поверхности металла вследствие адсорбции ингибитора или образования с катионами металла труднорастворимых соединений.

Один из наиболее перспективных классов ингибиторов коррозии – летучие ингибиторы коррозии (ЛИК) [1]. Испаряясь, ЛИК адсорбируются на поверхности металла, насыщают конденсированные фазы и обеспечивают надежную защиту металлоизделия. ЛИК эффективны в том случае, когда достигается герметизация металлоизделия и исключается возможность утечки ЛИК из замкнутого пространства в окружающую среду.

Использование ингибиторов коррозии в составе упаковочных материалов (бумаг и пленок) стало необходимым атрибутом защиты металлопродукции от атмосферной коррозии при ее хранении и транспортировке. В настоящее время ингибиторы коррозии применяются вместе с полимерными пленками, специальными бумагами и др.

Первые ингибированные бумаги появились в середине 80-х годов прошлого века, что явилось значительным достижением в области противокоррозионной защиты. В Российской Федерации действует ГОСТ 16295-93 «Бумага противокоррозионная». Согласно этому ГОСТу ассортимент бумаг довольно обширный. В качестве основы применяется бумага с высокой степенью проклейки, так как она подвергается обработке водными растворами или суспензиями ингибиторов и не должна размокать в процессе обработки. Растворимые в воде ингибиторы наносятся на бумагу-основу методом пропитки. Нерастворимые ингибиторы наносятся на одну сторону бумаги в виде суспензии вместе со связующими на машинах для покрытия бумаги. В качестве связующего в основном применяют латекс синтетического каучука или смесь латекса и метилцеллюлозы. Основные показатели качества антикоррозионных бумаг по ГОСТ 16295-93 – это масса ингибитора в бумаге площадью 1 м2 (г), влажность (%), паропрони-цаемость за 24 ч. (г/м2), относительное удлинение в машинном направлении (%).

Однако применение таких бумаг выявило ряд проблем, связанных с особенностями бумаги: во-первых, наблюдается такое явление, как высаливание ингибитора на поверхности бумаги. Это приводит к большим потерям ингибитора, ухудшению эксплутационных характеристик упаковочных бумаг и условий труда. Во-вторых, бумага довольно сильно абсорбирует влагу, что приводит к возникновению питтинговой коррозии в местах контакта бумаги с поверхностью металла. В-третьих, сравнительно низкие деформационно-прочностные свойства исключили возможность применения этих бумаг для механизированной упаковки металлопродукции. В силу перечисленных обстоятельств большинство предприятий, выпускающих металлопродукцию, отказались от использования данных антикоррозионных бумаг.

В последние годы в связи с расширением экспорта резко возросли требования к качеству и, соответственно, упаковке металлопродукции, что обусловило поиск более совершенных упаковочных материалов. В настоящее время для упаковки крупногабаритной металлопродукции широко используют комбинированные материалы, которые представляют собой слой крепированной бумаги, ламинированный полиэтиленом [2, 8]. Крепированная бумага выполняет функции носителя ингибитора коррозии, печатной информации, поглотителя влаги, защищает от механических повреждений. Креп увеличивает деформационные свойства бумаги, что позволяет использовать ее на механизированных и автоматизированных агрегатах. Полимерное покрытие предохраняет от неблагоприятных атмосферных воздействий и служит барьером для удержания в упаковке ингибиторов коррозии. Для повышения прочностных свойств упаковочная бумага армируется полимерными нитями. Подобные материалы широко используются для упаковки стальных рулонов, пачек стальных листов, проволоки.

Российский рынок упаковочных комбинированных материалов представлен, в основном, зарубежными производителями, но в последнее время появились упаковочные бумаги отечественного производства. ОАО «Волжский НИИ ЦБП» выпускает бумагу крепированную с полиэтиленовым покрытием по ТУ ОП 5453-040-00281097-2003 марки БКПЭ-130. ЗАО «ПП ТехноХим» (г. Магнитогорск) наладило выпуск бумаги крепированной упаковочной с ламинированным покрытием (ТУ 5453-008-51463635-05), а также бумаги ламинированной ингибированной крепированной «БЛИК» (ТУ 5453-010-51463635-07). Летучий ингибитор – смесь нитрита натрия и уротропина (1:1). По требованию заказчика упаковочная бумага может быть армирована полипропиленовым полотном. ОАО «ТЕХНИЧЕСКАЯ БУМАГА» (Ярославская обл.) выпускает ряд упаковочных антикоррозионных бумаг по ГОСТ 16295-93 (УНИ 22-80 и МБГИ 8-40), а также бумагу упаковочную ламинированную с полимером марок «БУЛ-60», «БУЛ-90» и «БУЛ-110» по ТУ ОП 5434-011-05773103-2005.

Качество упаковочных бумаг контролируется производителями в основном по следующим показателям: масса бумаги площадью 1 м2, разрушающее усилие и относительное удлинение в машинном направлении, влажность и паропроницаемость за 24 ч.

Многослойные комбинированные материалы на основе бумаги являются одним из наиболее перспективных и наименее затратных путей сохранности качества металлопродукции в процессе транспортировки и хранения. Они обладают безусловными преимуществами перед противокоррозионными покрытиями и смазками:

– крепированная бумага в большей степени поглощает конденсат, образующийся на поверхности металла при неблагоприятных погодных условиях;

– крепированная бумага защищает поверхность металлоизделий от повреждений при транспортировке и погрузочно-разгрузочных операциях;

– процессы консервации и упаковки совмещены в одну технологическую операцию и могут производиться на механизированных и автоматизированных упаковочных агрегатах;

– расконсервация изделий у потребителя сводится к удалению упаковки.

В начале 80-х годов прошлого века появился новый вид средств временной противокоррозионной защиты – ингибированные полиэтиленовые пленки [7]. Такие пленки содержат летучие ингибиторы коррозии и являются надежным средством для защиты изделий из черных и цветных металлов от атмосферной коррозии на срок до пяти лет. Преимуществом такого антикоррозионного решения является совмещение в полиэтиленовой упаковке функций упаковочного и консервационного материала, в результате чего отпадает необходимость в трудоемкой расконсервации.

НТО «ПриборСервис» (г. Томск) выпускает целый ряд полимерных пленок, содержащих ЛИК:

– пленка ингибированная полиэтиленовая для защиты изделий из черных и цветных металлов от атмосферной коррозии;

– пленка ингибированная полиэтиленовая термоусадочная содержит антипиреновые добавки и светостабилизаторы, которые увеличивают срок службы на открытом воздухе, обладает повышенной механической прочностью; предназначена для долгосрочной консервации крупногабаритного оборудования, особенно эффективна при упаковке оборудования, транспортируемого морским путем;

– пленка ингибированная эластичная обладает способностью обратимо растягиваться с удлинением 300 % и более; такие пленки обладают повышенной стойкостью к проколу, раздиру, удару, продавливанию и предназначены для ручной или машинной упаковки металлоизделий;

– пленка ингибированная полиэфирная Есо-Согг – это биоразлагаемый материал, содержащий ингибитор коррозии черных и цветных металлов; пленка Есо-Corr обладает высокой термостабильностью и устойчива к набуханию при контакте с водой в процессе эксплуатации; применение Есо-Corr для консервации металлоизделий позволяет защитить их от коррозии на срок до двух лет;

– пленка ингибированная полиэтиленовая с антистатическим эффектом содержит ЛИК и антистатические добавки; она является надежным средством для защиты изделий, содержащих подверженные коррозии черные и цветные металлы, в случае, когда желательно избежать воздействия статического электричества;

– пленка ингибированная армированная создает защищающую от коррозии упаковку с повышенным сопротивлением разрыву и повышенным сроком службы; армирующая полиэтилен сетка устраняет возможность повреждения упаковки от острых кромок и углов металлоизделий во время погрузочно-разгрузочных работ, таким образом сохраняя герметичность транспортной упаковки, и сохраняет антикоррозионные свойства материала.; полиэтилен высокой плотности используется как сетчатая основа, на которую методом экструзии наносится обычная ингибированная пленка, толщина которой 100-150 мкм.

Практически ограничений в выборе изделий, подлежащих консервации в противокоррозионные полимерные пленки, не существует. Однако ассортимент ЛИК, пригодных для получения полимерных пленок по технологии экструзии, невелик, так как при температурах экструзии полимеров наиболее распространенные ЛИК подвергаются деструкции.

В настоящее время в России и за рубежом наиболее широко для этих целей используются порошковые ЛИК ЗИРАСТ, полностью сохраняющие защитную способность после введения их в полимерную матрицу [4, 5]. Испаряясь из нее, ингибиторы этой марки распространяются по всему внутреннему объему упаковки. ЗАО «МостНИК» (г. Москва) на мощностях ООО «Авангард» (г. Тольятти) освоило производство трех типов ингибированных полиэтиленовых пленок ЗИРАСТ:

– марки «Ч», цвет желтый, для защиты черных металлов;

– марки «ММ», цвет зеленый, мультиметаллическая, для защиты черных и цветных металлов (оцинкованная сталь);

– марки «Ц», цвет синий, для защиты цветных металлов (алюминий, медь, латунь, бронза и др.).

Безусловное достоинство ингибированных полимерных пленок ЗИРАСТ – экономическая эффективность защиты от коррозии. Поверхность металла остается защищенной от коррозии все время, пока металлическая деталь упакована в пленку ЗИРАСТ. Если удалить упаковку, молекулы ЛИК немедленно начинают улетучиваться с поверхности, и максимум через 2 ч поверхность металла возвращается в исходное состояние. Изделие остается сухим, чистым, не-корродированным и готовым к дальнейшей обработке без дополнительной очистки. Выбраковка металлопродукции, упакованной в пленки ЗИРАСТ, крайне мала и составляет доли процента. В зависимости от условий транспортировки и хранения металлоизделий они могут использоваться как для кратковременной (6 месяцев), так и для длительной защиты изделий (до 10 лет).

Антикоррозийная пленка ЗИРАСТ низкой плотности (LDPE) для защиты черных, цветных металлов и сплавов выпускается по ТУ 2245-001-29424554-2001.

Ингибиторы коррозии в пленках ЗИРАСТ противодействуют разрушительному влиянию влаги и обеспечивают защиту металлических изделий – в соответствии с ГОСТ 9.014-78. «ЕСЗКС. Временная противокоррозионная защита изделий. Общие требования» – до 10 лет в зависимости от условий хранения и варианта упаковки.

Полимерные ингибированные пленки обладают безусловными преимуществами перед противокоррозионными покрытиями и смазками:

– процессы консервации и упаковки совмещены в одну технологическую операцию и могут производиться на механизированных и автоматизированных упаковочных агрегатах;

– расконсервация изделий у потребителя сводится к удалению упаковки;

– упаковку можно осуществлять «чехлением» изделий в герметичные пакеты, термовакуумным формованием, экструзией и др.;

– прозрачность пленки обеспечивает контроль коррозионного состояния изделия без переконсервации;

– более простая технология получения.

Как известно, защитное действие ингибиторов коррозии оценивается с помощью различных средств и методов коррозионного контроля [3]. Наиболее распространенными являются гравиметрический метод контроля (по потере массы металла) и визуальный (по площади коррозионного разрушения). Ускоренные испытания защитных (антикоррозионных) свойств упаковочных материалов проводят в соответствии с рядом стандартов:

• ГОСТ 9.054. «Методы ускоренных испытаний защитных свойств». Сущность метода заключается в выдерживании упакованных образцов металлопроката в условиях 100 %-й относительной влажности воздуха и температуры 40±2 °С с периодической конденсацией влаги. Испытания с периодической конденсацией влаги проводят циклами. Каждый цикл состоит из двух частей:

– образцы подвергаются воздействию воздушной среды с вышеуказанными параметрами в течение 7 ч;

– в течение 17 ч создаются условия конденсации влаги на упакованных образцах путем выключения нагрева камеры.

Защитные свойства комбинированных упаковочных материалов оценивают по площади коррозионного разрушения за определенное время испытаний и по времени появления первого минимального коррозионного очага.

• ГОСТ 9.509. «ЕСЗКС. Средства временной противокоррозионной защиты. Методы определения защитной способности». Испытания проводят циклами. Один цикл испытаний предусматривает последовательное воздействие следующих факторов: 4 ч – выдержка в камере соляного тумана и сернистого ангидрида, 12 ч – воздействие повышенной температуры (60 °С) при влажности 50 %, 60 ч – воздействие повышенной температуры (55 °С) при влажности 95 %, 12 ч – воздействие повышенной температуры (45 °С) при относительной влажности 94-100 % с периодической конденсацией влаги, 6 ч – воздействие холода при температуре –60 °С, выдержка при комнатной температуре 2 ч.

• ГОСТ 9.305. «Ускоренные испытания защитных свойств упаковочных материалов при воздействии нейтрального соляного тумана». Сущность метода заключается в ускорении коррозионного процесса повышением температуры окружающей среды и введением в атмосферу раствора хлористого натрия. Для образования соляного тумана в камере распылением раствора хлористого натрия используют центробежный или ультразвуковой аэрозольный аппарат. Соляной туман должен обладать дисперсностью 1-10 мкм (95 % капель) и водностью 2-3 г/м3. Образцы размещают в камере таким образом, чтобы воздействие тумана на их поверхность было равномерным и капли раствора не стекали на расположенные ниже образцы. Образцы в камере помещают испытуемой поверхностью вверх под углом 20° град, к вертикали. Камеру с образцами нагревают до температуры 35 + 2 °С и подвергают воздействию соляного тумана. Раствор хлористого натрия концентрацией 50 ±5 г/дм3 должен быть профильтрован. Испытания проводят при непрерывном распылении раствора.

Продолжительность испытания устанавливают в программе испытаний в соответствии с требованиями, предъявляемыми к испытуемым образцам. Рекомендуемая продолжительность испытаний 2, 6, 24, 96 ч и т. д. По окончании испытаний образцы извлекают из камеры и определяют площадь поверхности, покрытой коррозией.

Испытания по этим стандартам позволяют провести ранжирование средств защиты в зависимости от их эффективности, а также дать предварительный прогноз по срокам защиты металлоизделий и техники в различных условиях хранения по ГОСТ 15150. Необходимо также проведение натурных испытаний, поскольку ни один из известных лабораторных методов не дает точный прогноз при длительных сроках хранения металлоизделий и техники.


Библиографическая ссылка

Коляда Л.Г., Чупрова Л.В., Варламов И.С. ОЦЕНКА АНТИКОРРОЗИОННЫХ СВОЙСТВ СОВРЕМЕННЫХ УПАКОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ МЕТАЛЛОПРОДУКЦИИ // Успехи современного естествознания. – 2014. – № 5-1. – С. 150-154;
URL: http://www.natural-sciences.ru/ru/article/view?id=33866 (дата обращения: 24.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074