Механізм газової (хімічної) корозії.

Поверхня металу навіть при звичайних температурах, при зіткненні з повітрям покривається шаром оксидних сполук. Передбачають, що реакція окиснення металу протікає по схемі:

Ме + О₂ ↔ МеО

причому реакція протікає в сторону утворення оксиду при умові, коли парціальний тиск кисню повітря більший, ніж пружність дисоціації МеО інакше реакція буде протікати у зворотному напрямі.. Пружність дисоціації оксидів металів залежить як від роду металу, так і від температурних умов.

Підвищення температури, як правило, викликає збільшення швидкості окиснення металів.

Оксидні плівки, які утворюються на поверхні металів в процесі їх окиснення в багатьох випадках володіють захисними властивостями. Це пояснюється тим, що плівки мають більш позитивний потенціал, ніж метали із яких вони утворилися. Щоб оксидна плівка володіла захисними властивостями, вона повинна бути суцільною, не руйнуватися в агресивному середовищі, добре щеплюватися з основним металом; значення відносного температурного коефіцієнта лінійного розширення плівки і металу повинні бути близькими. Якщо оксидна плівка пориста, рихла і характеризується поганим щепленням з більш глибокими шарами металу, то навіть при умові інертності її в агресивному середовищі, вона не буде володіти захисними властивостями.

Товщина плівки, що утворюється при взаємодії металу з сухим повітрям, або окислювачами, залежить від роду металу, характеру середовища, температури і інших факторів.

По товщині плівки можна розділити на:

· Тонкі невидимі плівки (товщина менше 400 А⁰);

· Плівки середньої товщини (400А⁰ – 5000 А⁰);

· Товсті плівки (товщина більше 5000 А⁰).

Основною умовою гальмування процесу подальшого окиснення металу є безпористість плівки. Можливість утворення такої суцільної плівки визначається співвідношенням об’ємів утвореного оксиду і окислюваного металу. Якщо об’єм хімічної сполуки (наприклад оксиду V_МеО), яка є матеріалом виникаючої плівки менший об’єму металу V_Ме із якого утворилася ця сполука, тобто V_МеО< V_Ме, то може утворюватися несуцільна пориста плівка, яка володіє слабкими захисними властивостями. Навпаки, при V_МеО> V_Ме може утворюватися суцільна плівка, яка може захистити метал від корозії.

Швидкість газової корозії, крім температури, в більшій мірі залежить від багатьох факторів, таких як

· складу газового середовища;

· природи сплаву;

· способу термічної і механічної обробки металу;

· наявності напружень в металі;

· швидкості руху газового потоку і ін.

Наприклад, відомо, що значення відносного температурного коефіцієнта лінійного розширення для металів значно більший ніж для їх оксидів. По цій причині при різких перепадах температури в плівці утворюються додаткові внутрішні напруження, які викликають розтріскування захисного шару і оголення поверхні металу (швидкість окиснення при цьому зростає). Саме цим пояснюється різке прискорення газової корозії при перемінному нагріванні і охолодженні металічних виробів. В хімічній промисловості такі явища можуть спостерігатися при експлуатації колчеданних і інших печей при недостатньо правильному регулюванню температури.

Процеси газової корозії вуглецевих сталей зв’язані не тільки з окисленням металу, але і з явищем обезвуглецювання, яке відбувається при високій температурі. При обезвуглецюванні вуглецевої сталі протікають наступні реакції:

Fe₃C + O₂ → 3Fe + CO₂

Fe₃C + CO₂ → 3Fe + 2CO

Fe₃C + H₂O→ 3Fe + CO + H₂

Обезвуглецювання викликає зменшення механічної міцності, особливо зниження межі стомленості; це слід враховувати, коли вироби підлягають знакоперемінним навантаженням.

При газовій корозії чавуну іноді збільшується об’єм, або відбувається, як говорять, «ріст чавуну». Це пояснюється проникненням через мілкі тріщини корозійно активних газів, які окислюють чавун. Оксиди займають об’єм більший чим метал, з якого вони утворилися, і в чавуні появляються багато численні тріщини. Особливо сприяє росту чавуну перемінне нагрівання і охолодження в результаті чого міцність чавуну різко падає.

Швидкість газової корозії можна знизити змінюючи склад атмосфери, наприклад створюючи інертну атмосферу. Так можна знешкодити шкідливий вплив СО₂ змінюючи умови згорання палива таким чином, щоб одержати безпечні співвідношення концентрацій СО і СО₂.

Кольорові метали і сплави також підлягають газовій корозії при підвищених температурах. Особливо швидко окислюються при високих температурах Zn, Cd, Pb. Із-за низької температури плавлення ці метали знайшли обмежене застосування при температурах >150⁰С.

Велике практичне значення, дякуючи жаростійкості, мають такі конструкційні матеріали, як Al, Cu, Ni, Ti і сплави цих металів.

При високих температурах Al покривається дуже тонкою, володіючою хорошими захисними властивостями, плівкою, стійкою навіть при температурі плавлення Al. Однак різке погіршення механічних властивостей алюмінію і його сплавів при високих температурах не дозволяє застосовувати ці матеріали. В зв’язку з цим в агресивному газовому середовищі Al можна використовувати тільки до 300 – 400⁰С.

Мідь окислюється при температурі вище 400⁰С. Залежність швидкості корозії міді від часу при 400⁰С і вище підкоряється параболічному закону. При температурі вище 1065⁰С утворена при окислені на повітрі евтектика Сu – CuO плавиться. При легуванні міді Al і Ве її жаростійкість і жароміцність збільшується.

Агресивність одних і тих самих газових середовищ неоднакова для різних металів. Так, нікель зовсім нестійкий в атмосфері H₂S навіть при невисоких температурах, в той час як алюміній достатньо стійкий в цих умовах, а мідь в атмосфері H₂S абсолютно стійка навіть при 700-800⁰С.

Нижче приведені значення в % швидкості газової корозії вуглецевої сталі в деяких технічних газових середовищах в порівнянні зі швидкістю корозії в чистому повітрі, прийнятій за 100%.

Чисте повітря 100

Повітря, 2% SO₂ 115

Повітря, 5% Н₂О 135

Повітря, 5% Н₂О, 5% SO₂ 276

Для захисту металів від газової корозії можна застосовувати різні способи. Найбільш ефективним способом захисту від окислення при високих температурах є жаростійке легування, тобто введення в склад сплаву компонентів, які підвищують його жаростійкість. Основні елементи, які сприяють створенню захисного шару на звичайних залізовуглецевих, нікелевих і інших сплавах—це Cr, Al і Si. Ці елементи легше окислюються при високих температурах на повітрі, чим основний метал, і утворюють більш стійку окалину.

 

 

Студент ______________ Майорова Р.Р.

(підпис)

 

«Затверджую»

Методист ___________________ Беженар В.П. __________________

(підпис) (оцінка)

План-конcпект лекції

в групі Х-41

студенткою-практиканткою V курсу

Майоровою Русланою Русланівною

з курсу «Лакофорбові матеріали»

на тему: «Синтез, одержання, властивості та застосування алкідних лакофарбових матеріалів»

 

Івано-Франківськ

2013 р.

Тема: Синтез, одержання, властивості та застосування алкідних лакофарбових матеріалів.

Мета: Розгляянути синтез, одержання, властивості та застосування алкідних лакофарбових матеріалів.

Тип заняття: лекція.

 

План

1. Жирнокислотний метод.

2. Одержання алкідних лаків.

3. Одержання алкідних емалей та ґрунтовок.

4. Властивості та застосування л/ф матеріалів.

 

Жирнокислотний метод

При синтезі алкідів цим способом відбувається утворення неповних ефірів жирних кислот і багатоатомних спиртів (стадія етерифікації з наступною їх поліетерифікаціею) по схемі:

CH₂OH

I

CHOH+C₆H₄(CO)₂O+RCOOH —O—CH₂—CH—CH₂—OOC—C₆H₄—CO—

I I

CH₂OH OCOR

Одержані жирнокислотним методом алкіди відрізняються світлістю тону, підвищеною еластичністю і адгезією. Однак цей метод рідко застосовується через необхідність попереднього розщеплення масел для одержання ненасичених жирних кислот.

Алкіди відрізняються підвищеною атмосферо-, водо- і луго- стійкістю, добре висихають і утворюють при взаємодії з аміноальдегідними смолами просторові полімери, які застосовуються у виробництві високоякісних л/ф матеріалів (наприклад, меламіноалкідних автомобільних емалей).

Одержання алкідних лаків.

Алкідні лаки одержують у вигляді розчинів гліфталевих, пентафталевих і етріфталевих смол в органічних розчинниках. Розрізняють напівфабрикатні алкідні лаки, що застосовуються, в основному, у виробництві алкідних емалей і готові (товарні) лаки, що використовуються у різних галузях промисловості і в побуті.

При синтезі алкідів у процесі поліетерифікації виділяється вода, яку видаляють шляхом барботажування СО₂ або N₂ через реакційну суміш зі швидкістю до 3 м/хв на І м³ смоли (блочний спосіб) або азеотропним способом. При азеотропному способі утворену воду відганяють у вигляді азеотропної суміші з ксилолом. Випаровуючись із реактора, ксилол після проходження через холодильник і розділяючу ємність повертається у обезводненому вигляді у реактор для повторення циклу. У реакційній суміші міститься 1—3% ксилолу.

У порівнянні з блочним азеотропний спосіб володіє наступними перевагами:

1. збільшується вихід смоли;

2. скорочуються втрати фталевого ангідриду;

3. смоли мають більш світлий колір;

4. значно зменшується кількість стічних вод;

5. полегшується очистка реактора.

До недоліків азеотропного методу слід віднести:

1. ускладнення і подорожчання апаратурного оформлення;

2. подовження процесу синтезу жирних алкідних смол;

3. ускладнення контролю виробництва.

При одержані жирних алкідів, що містять більше 60% висихаючого рослинного масла, а також водорозбавлених алкідів застосовують блочний спосіб, а при одержані пісних алкідів (33-44% масла)—азеотропний. Для одержання алкідів середньої жирності придатні обидва способи.

Синтез алкідів проводять у реакторах, які обігріваються висококиплячими органічними теплоносіями, наприклад дифенільною сумішшю. Обігрів реакторів проводять також електронагрівачами і з допомогою індукційного струму. Реактори мають мішалку, змійовикові теплообмінники, вакуумний пристрій.

Одержання алкідних емалей і ґрунтовок.

Пігментовані л/ф матеріали на основі алкідних смол поділяються на гліфталеві і пентафталеві емалі, ґрунтовки, шпаклівки і етріфталеві емалі. Вони представляють собою суспензії пігментів або пігментів з наповнювачами у алкідних напівфабрикатних лаках.В даний час для диспергування пігментів у середовищі плівкоутворюючих речовин найбільше поширення набули бісерні або пісочні млини.

Властивості і застосування алкідних л/ф матеріалів.

Властивості товарних алкідних лаків і емалей а також утворених ними покрить в значній мірі залежать від типу гліфталевих і пентафталевих смол і напівфабрикатних лаків, що входять у їх склад. Висихаючі алкіди холодної і гарячої сушки служать у якості самостійних плівкоутворювачів для алкідної продукції, а також у якості компонентів у сумішах з різними смолами—для виробництва фенольних, карбамідних, перхлорвінілових і інших л/ф матеріалів. Невисихаючі алкідні смоли застосовують, в основному, у сумішах з карбамідними смолами і нітратами целюлози для підвищення адгезії і еластичності покрить.

Від жирності алкідних смол залежить в’язкість розчинів, наносимість лаків і емалей, сумісність їх з маслами, висихання, твердість, блиск, стійкість до дії різних реагентів, а також атмосферостійкість і інші властивості покрить. Смоли з жирністю менше 50% добре розчиняються у ароматичних вуглеводнях, кетонах і складних ефірах. 3 підвищенням жирності смол зменшується в’язкість їх розчинів покращується розчинність в уайт-спіріті і інших аліфатичних вуглеводнях, набувається сумісність алкідів з маслами, полегшується наносимість лаків і емалей щіткою і диспергування пігментів, підвищується еластичність і атмосферостійкість покрить; одночасно сповільнюється висихання, знижується твердість і стійкість покрить до дії мінеральних масел.

Найбільшою швидкістю висихання характеризуються л/ф матеріали на основі алкідних смол, модифікованих лляним маслом або сумішшю лляного і тунгового масел. Вміст останнього у суміші не повинен перевищувати 15% від маси масел.

Вводимі для модифікації алкідів напіввисихаючі масла зменшують твердість і зносостійкість покрить, але сприяють сповільненню їх старіння.

Пентафталеві лаки і емалі у порівняні з гліфталевими (аналогічними по степені жирності і типу масла—модифікатора) затверджуються при холодній сушці швидше з утворенням більш водостійких покрить.

Пентафталеві смоли модифіковані висихаючими маслами повинні мати жирність не менше 64%, а модифіковані напіввисихаючими маслами—не менше 58%, щоб запобігти росту їх в’язкості аж до желанітизації.

У склад пісних пентафталевих смол вводять для зниження в'язкості каніфоль або інші одноосновні кислоти.

Модифіковані алкідні л/ф матеріали утворюють покриття з хорошими декоративними і захисними властивостями, високою твердістю, атмосферо-стійкістю і ін. Їх можна довго експлуатувати в атмосферних умовах і всередині приміщень. Тому вони одержали широке поширення в промисловості, на транспорті і для побутових цілей. Асортимент алкідних матеріалів включає близько 15 марок лаків, 50 марок емалей, 20 марок ґрунтовок і декілька марок шпаклівок. Емалі у більшості випадків випускаються різних кольорів. Наприклад, емаль ГФ-230 загального призначення — більше 25 кольорів, емалі ПФ-115, ПФ-223 і ПФ-133 — 20 кольорів кожна і т.д.

 

Студент _______________ Майорова Р.Р.

(підпис)

 

«Затверджую»

Методист ___________________ Беженар В.П. __________________

(підпис) (оцінка)

План-конcпект лекції

в групі Х-41

студенткою-практиканткою V курсу

Майоровою Русланою Русланівною

з курсу «Методика викладання хімії»

на тему:

«Типи задач з хімії»

 

Івано-Франківськ

2013 р.

 

Тема: Типи задач з хімії.

Мета: Розглянути типи задач; методи розв’язування задач з хімії; недоліки у використанні розрахунків і в методиці розв'язування задач; використання розрахункових задач на уроках хімії.

Тип заняття: лекція.

План

1. Методика розв’язування задач з хімії з використанням міжпредметних зв’язків і міжнародної системи одиниць.

2. Деякі недоліки у використанні розрахунків і в методиці розв’язування задач.

3. Використання розрахункових задач на уроках хімії.