 |
Значения σк (мДж/м2) для ряда материалов
|
|
|
|
Значения σ к (мДж/м2) для ряда материалов
Сталь................................ ……………. 11400
Алюминий...................... …………. ….. 3960
Цинк................................. ……………. … 860
Кварцевое стекло.......... ……………. … 740
Фторопласт.................... ………. …….. …. 18, 5
Полиорганосилоксаны ……………… 22
Полиэтилен.................... ………………… 31
Поливинилхлорид........ ………………… 40
Полиметилметакрилат. ……………… 39
Эпоксиды........................ ………………… 44
Полиамиды..................... ………………… 61
Полипропилен............... ………………… 29
Наиболее высокой поверхностной энергией (более 500 мДж/м) обладают металлы, их окислы, сульфиды, нитриды, стекло и др. Низкой поверхностной энергией (18-60 мДж/м2) характеризуются полимеры, что обусловливает целесообразность их применения в качестве покрытий для защиты поверхности металла от запарафинивания.
Недостаточно объяснять разную степень запарафинивания различных материалов неодинаковым уровнем их свободной поверхностной энергии. Наименьшей свободной поверхностной энергией обладают покрытия из фторопласта. Однако они запарафиниваются интенсивнее, чем сталь, уровень свободной поверхностной энергии которой выше в несколько раз. В то же время покрытия на основе бакелитового лака и полиамида, имеющие более высокий уровень свободной поверхностной энергии по сравнению с покрытиями из фторопласта и полиэтилена, запарафиниваются незначительно и прочность их сцепления с парафином более низкая (см. рис. 5. 8). Одним из основных критериев, определяющих интенсивность запарафинивания материалов различной химической природы, является их полярность. Большинство составляющих сырой нефти, за исключением смол, асфальтенов и кислот, по своей природе - неполярные вещества, поэтому незначительной адгезией к этим составляющим обладают материалы с полярными свойствами.
|
|
|
О полярности молекул можно судить по степени полярности групп, входящих в состав молекул, с учетом симметрии их расположения в пространстве, а также частоты их размещения вдоль цепи. Наиболее высокой полярностью обладают материалы, молекулы которых содержат сильнополярные группы ОН, СООН, CONH, OCONH. К ним относятся покрытия на основе стекла, эпоксидных и фенольных лакокрасочных материалов, молекулы которых содержат большое количество сильнополярных групп ОН, обеспечивающих гидрофильность поверхности.
Наличие в молекуле полимера полярных групп не всегда свидетельствует о его полярности. Фторопласт относится к неполярным материалам, хотя в составе его молекулы содержится большое число полярных связей C-F. Эти связи расположены симметрично, в связи с чем вся молекула в целом неполярна.
У симметрично построенных молекул (Н2, Сl, СН4, С2Н6 и др. ) дипольный момент равен нулю. Все алифатические углеводороды построены симметрично, поэтому их молекулы неполярны. Полимеры, молекулы которых построены по типу углеводородов, также неполярны. К их числу относятся полиэтилен, полипропилен и др. Поверхность этих материалов гидрофобна.
Интенсивность отложения парафинов на поверхностях различной природы, являясь функцией их полярности, тем ниже, чем сильнее выражены гидрофильные свойства поверхности (табл. 9. ). Следует иметь в виду, что краевой угол смачивания поверхности водой зависит не только от физико-химических свойств поверхности, но и от ее шероховатости.
Таблица 9
Влияние диэлектрических свойств и гидрофильности поверхности на интенсивность запарафинивания (по данным В. П. Тронова)
| Показатели | Фторопласт | Полиэтилен | Полиамид | Полихлорвинил | Стекло |
| Краевой угол смачивания материала водой Θ, градусы Диэлектрическая проницаемость материала ε м Интенсивность запарафинивания поверхности lп, мг/(см2ч) | - 2, 63 | 2, 3 1, 88 | 3, 25 0, 83 | 3, 8 0, 6 | 0, 09 |
Шероховатость сказывается положительно на смачивании гидрофильных поверхностей, что обусловливает снижение Θ, и в большинстве случаев отрицательно на смачивании гидрофобных поверхностей, что вызывает увеличение Θ. Если материалы обладают электроизоляционными свойствами, то мерой их полярности может служить диэлектрическая проницаемость. У материалов, характеризующихся более высокой полярностью, диэлектрическая проницаемость больше. С увеличением диэлектрической проницаемости интенсивность запарафинивания снижается.
|
|
|
Материалы покрытий, диэлектрическая проницаемость которых составляет от 2 до 4, подвергаются интенсивному запарафиниванию и не могут быть рекомендованы для практического применения. К числу таких материалов относятся фторопласты, полиэтилены, полихлорвинил и ряд других. Наибольший эффект достигается при использовании материалов с диэлектрической проницаемостью в пределах 6-8, например, покрытий на основе фенольных и эпоксидных лакокрасочных материалов.
Процесс накопления парафиновых отложений на поверхности чередуется с периодическим их срывом потоком нефти. Срыву отложений предшествует их сдвиг относительно поверхности. Чем меньше сила сдвига, тем больше вероятность отрыва парафиновых отложений потоком нефти и, следовательно, ниже интенсивность запарафинивания поверхности. С увеличением полярности поверхности напряжение сдвига уменьшается.
|
|
|
