Анализ факторов, влияющих на определение степени отверждения эпоксидных покрытий нефтегазопроводных и насосно-компрессорных труб, методом дифференциальной сканирующей калориметрии

Использование внутренних защитных покрытий для защиты стальных труб — один из наиболее эффективных и надежных способов борьбы с коррозией. Наибольшее распространение получили покрытия на основе эпоксидных пленкообразующих, обладающие высокой адгезией к стали и химической стойкостью к воздействию различных агрессивных факторов. Формирование эпоксидных покрытий неразрывно связано с взаимодействиями, происходящими на поверхности металла, и физико-химическими свойствами самого полимера и характеризуется процессом отверждения (полимеризации), а также меняющимися в ходе него теплофизическими параметрами (температурой стеклования, степенью отверждения). Для определения температуры стеклования полимера на практике широко применяют метод дифференциальной сканирующей калориметрии, позволяющий регистрировать фазовые переходы и их значения для самых различных материалов. Точность определения параметров зависит от множества факторов, связанных как с возможностями самого прибора, так и с методологическими подходами. Это приводит к отсутствию повторяемости и воспроизводимости результатов испытаний в различных лабораториях и, как следствие, — единых критериев оценки качества защитных покрытий. В работе представлены результаты исследования влияния различных факторов на определение теплофизических свойств эпоксидных покрытий методом дифференциальной сканирующей калориметрии. Установлено влияние аппаратурных условий проведения испытаний, способов пробоподготовки, методов обработки результатов с помощью специализированного программного обеспечения на определение теплофизических свойств эпоксидных покрытий методом дифференциальной сканирующей калориметрии. Полученные результаты могут быть использованы для разработки уточненной процедуры определения степени отверждения лакокрасочных покрытий на основе эпоксидных порошковых красок.

1. Карлыхано в Н. В., Румянцев а А. В. Защитные покрытия трубопроводов: опыт и перспективы использования / XIV международная науч.-практ. конф. «Система управления экологической безопасностью»: сб. тр. — Екатеринбург, 2020. С. 258 - 263.

2. Мирсаяпов а Р. И., Кантемиро в И. Ф. Рассмотрение возможности применения заводского эпоксидного покрытия труб для магистральных и промысловых трубопроводов в различных условиях / Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2020. № 5 - 6. С. 46 - 50. DOI:10.24411/0131-4270-2020-6-46-50

3. Абакачев а Е. М., Сафроно в Е. Ф., Кнрее в К. А. н др. Исследование защитных антикоррозионных покрытий магистральных трубопроводов бесконтактным методом / Башкирский химический журнал. 2009. Т. 16. № 4. С. 167 - 172.

4. Zargarnezhad Н., Asselin Е., Wong D., et al. A critical review of the time-dependent performance of polymeric pipeline coatings: focus on hydration of epoxy-based coatings / Polymers. 2021. N 13(9). E 1517. DOI:10.3390/polyml3091517

5. Антюфеев а H. В., Алексашн н В. M., Столянко в Ю. В. Определение степени отверждения ПКМ методами термического анализа / Авиационные материалы и технологии. 2015. № 3. С. 79 - 83. DOI:10.18577/2071-9140-2015-0-3-79-83

6. Kochetov A., Minakov V, Menshchikov Е., et al. Process optimization of applying heat and wear proof coating to machine elements in complex acoustic field / IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. V 403. XII International Scientific Conference on Agricultural Machinery Industry. 2019. E 012091. DOI:10.1088/1755-1315/403/1/012091

7. Гаврилов а В. А., Кашапо в H. Ф. Коронный разряд для полимерно-порошковых покрытий / Вестник Казанского технологического университета. 2010. № 7. С. 117 - 125.

8. Hung М., Alfantazi A. On the role of water, temperature, and glass transition in the corrosion protection behavior of epoxy coatings for underground pipelines / Journal of Coatings Technology and Research. 2015. Vol. 12(6). E 1095 - 1110. DOI:10.1007/sll998-015-9705-0

9. Ijaola A., Farayibi P., Asmatulu E. Superhydrophobic coatings for steel pipeline protection in oil and gas industries: A comprehensive review / Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2020. N 83. E 103544. DOI:10.1016/j.jngse.2020.103544

10. Кузнецов а В. А., Дее в И. С , Кузнецо в Г. В. и др. Влияние наполнителя на усталостную прочность и микроструктуру свободных полимерных пленок покрытий при циклическом растяжении / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2014. Т. 80. № 5. С. 35 - 39.

11. Gherlone L., Rossini Т., Stula V. Fowder coatings and differential scanning calorimetry: the perfect fit / Progress in Organic Chemistry. 1998. N 34. E 57 - 63. DOI:10.1016/S0300-9440(98)00039-3

12. Garcia-Manrique J., Mari В., Ribes-Greus A., et al. Study of the degree of cure through thermal analysis and Raman spectroscopy in composite-forming processes / Materials. 2019. N 12(23). E 3991. DOI:10.3390/mal2233991

13. Samimi A., Zarinabadi S. An analysis of polyethylene coating corrosion in oil and gas pipelines / Journal of American Science. 2011. N 7(1). E 1032 - 1036.

14. Achilias Dmitris S., Karabela Maria M., Varkopoulou Eleni A., et al. Cure Kinetics Study of Two Epoxy Systems with Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Differential Scanning Calorimetry (DSC) / Journal of Macromolecular Science. Part A: Pure and Applied Chemistry. 2012. N 49. E 630 - 638. DOI:10.1080/10601325.2012.696995

15. Mafi R., Mirabedini S., Attar M., Moradian S. Cure characterization of epoxy and polyester clear powder coatings using differential scanning calorimetry (DSC) and dynamic mechanical thermal analysis (DMTA) / Progress in Organic Coatings. 2005. Vol. 54. N 3. E 164 - 169. DOI:10.1016/j.porgcoat.2005.06.006

16. Шимкин А. А., Сафроно в A. M. Контроль качества полимерных связующих и препрегов методом ДСК / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2016. Т. 82. № 8. С. 30 - 33.

17. Литвино в В. В., Токсанбае в М. С , Дее в И. С. и др. Кинетика отверждения эпоксидных связующих и микроструктура полимерных матриц в углепластиках на их основе / Материаловедение. 2011. № 7. С. 49 - 67.

18. Сухарев а Л. А., Воронко в В. А., Зубов П. И. Исследование механизма формирования надмолекулярных структур в эпоксидных покрытиях / Высокомолекулярные соединения. 1969. Т. (А)Х1. С. 407 - 412.

19. Weldon D. Failure analysis and degree of cure / Journal of protective coatings & linings. 2005. Vol. 22. E 48 - 55.

20. Осипчи к В. С , Олихов а Ю. В., Нгуен Л. X. и др. Определение температуры стеклования эпокси-силоксановой композиции термическими методами анализа / Пластические массы. 2017. № 7 - 8. С. 34 - 37. DOI:10.35164/0554-2901-2017-7-8-34-37

21. Zhou W., Edmondson S., Jeffers Т. Effects of application temperature, degree of cure and film thickness on cathodic disbondment of conventional and new generation FBE coating / NACE Corrosion Conference & Expo. NACE International. — San Diego, CA, USA. 2006. E 06049.