Nghiên cứu chế tạo chất biến tính gỉ chống ăn mòn cho các công trình thép trong môi trường khí quyển

Việt Nam là nước nhiệt đới, khí hậu nóng ẩm và bờ biển dài, đây là điều kiện ăn mòn khắc nghiệt đối với hầu hết kim loại. Nhiều thiết bị, công trình kim loại, đặc biệt tại những khu vực gần biển với hơi ẩm có thể chứa muối, như các Nhà máy Đạm Cà Mau, Điện Cà Mau, Nhà máy Lọc dầu Dung Quất... có tốc độ ăn mòn cao, chi phí sửa chữa bảo dưỡng cho ăn mòn lớn. Nếu không triển khai áp dụng các phương pháp chống ăn mòn thích hợp thì nguy cơ ăn mòn dẫn đến phá hủy thiết bị, công trình lớn và gây nên những hậu quả nghiêm trọng khó lường. Các loại đường ống, thiết bị, công trình biển thường cấu tạo từ sắt, thép rất dễ bị gỉ sét và ăn mòn khi làm việc liên tục trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt ngay cả khi bề mặt kim loại đã được sơn phủ bảo vệ. Việc bảo dưỡng lại và sơn chống gỉ định kỳ tốn rất nhiều công sức và thời gian trong đó có việc phải làm sạch lớp gỉ trước khi sơn. Trong quá trình chuẩn bị bề mặt cho sơn phủ chống ăn mòn trên các thiết bị, công trình, nhiều khu vực không cho phép đánh gỉ bề mặt bằng các phương pháp thông thường như phun cát, phun nước, mài... do vị trí, hình dạng, điều kiện làm việc của thiết bị công trình. Bên cạnh đó, việc làm sạch lớp gỉ định kỳ còn làm cho vật liệu kim loại bị mỏng dần theo thời gian, dẫn tới ảnh hưởng tới kết cấu và độ bền của công trình và thiết bị kim loại.
 
 
Xuất phát từ nhu cầu thực tế, chất biến tính gỉ đã được một số hãng trên thế giới nghiên cứu, phát triển và đưa vào sử dụng nhằm biến tính lớp gỉ thành lớp có tính bền với môi trường để bảo vệ bề mặt kim loại trước khi sơn thêm lớp bảo vệ ở bên ngoài. Việc biến tính lớp gỉ giúp bảo vệ bề mặt kim loại tốt hơn, giảm đáng kể thời gian bảo dưỡng, chống hư hại cho các bề mặt kim loại nhạy cảm với điều kiện thường. Chất biến tính gỉ thường có thành phần hóa học bao gồm: chất biến tính có nguồn gốc vô cơ (H3PO4) hoặc hữu cơ (axit tanic) hoặc kết hợp cả hai loại. Ngoài ra, một số phụ gia như chất tạo màng, chất thấm ướt, chất phân tán, chất làm dày, chất phá bọt... cũng được sử dụng để tăng khả năng bảo vệ của lớp phủ. Đặc biệt, nhiều tài liệu nghiên cứu cho thấy chất biến tính gỉ có thể được phun hoặc quét lên bề mặt lớp gỉ và có khả năng tác dụng hóa học với lớp gỉ (oxit sắt) để tạo thành một hợp chất có tính bền với môi trường và có tính chất như là lớp phủ chống ăn mòn. Tiếp đến có thể sơn thêm lớp bảo vệ bên ngoài để bảo vệ tốt hơn bề mặt kim loại. Tuy nhiên, các tài liệu nghiên cứu chưa công khai công thức cũng như thành phần cụ thể của chất biến tính gỉ. Vì vậy, việc nghiên cứu thành phần và đưa ra được công nghệ sản xuất chất biến tính gỉ phù hợp với môi trường khí hậu ở Việt Nam là hết sức cần thiết.

Với những lý do trên, nhóm nghiên cứu do KS. Phạm Ngọc Sơn, Tổng Công ty Dung dịch khoan và hóa phẩm dầu khí, đứng đầu đã đề xuất và được phê chuẩn thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo chất biến tính gỉ chống ăn mòn cho các công trình thép trong môi trường khí quyển” nhằm đưa ra được hóa phẩm phụ gia biến tính lớp gỉ, tạo ra lớp phủ có khả năng chống ăn mòn, đạt yêu cầu không hư hại sau khi thử nghiệm theo phương pháp tủ phun mù muối 500 giờ (theo tiêu chuẩn ASTM B117).

Dựa trên các kết quả nghiên cứu từ tổng quan lý thuyết đến quá trình thực nghiệm, nhóm nghiên cứu đã đưa ra được thành phần pha chế hóa phẩm BTG có công thức F-3.1, kèm theo quy trình sản xuất và kiểm soát chất lượng hóa phẩm này. Hóa phẩm BTG chế tạo được có chất lượng tương đương với hóa phẩm  thương mại nhập ngoại, đạt các chỉ tiêu đánh giá theo yêu cầu đặt ra ban đầu. Cụ thể:

1. Tổng quan lý thuyết liên quan đến hiện tượng ăn mòn và sự hình thành lớp gỉ trên bề mặt sắt thép. Làm rõ được cơ chế quá trình biến tính gỉ,thành phần và vai trò thực sự của các cấu tử có trong hóa phẩm BTG;

2. Thống kê tình hình nghiên cứu và sử dụng hóa phẩm biến tính gỉ ở Việt Nam và trên thế giới;

3. Lựa chọn thành phần hợp lý của chất biến tính/chất tạo phức với thành phần gỉ sắt, biến đổi chúng thành hợp chất bền và có khả năng bảo vệ bề mặt sắt thép khỏi quá trình ăn mòn. Thành phần chất biến tính trong hỗn hợp BTG bao gồm axit H3PO4 và axit tanic có hàm lượng tương ứng là 15%KL và 4%KL tính trên toàn bộ khối lượng dung dịch hóa phẩm biến tính gỉ;

4. Nghiên cứu lựa chọn thành phần hợp lý của các cấu tử với vai trò phụ trợ trong dung dịch hóa phẩm biến tính gỉ. Vai trò và hàm lượng phụ gia tương ứng như sau: Chất tạo màng (nhựa polybutyral, hàm lượng 40%KL); Chất làm dày lớp màng phủ (thickener) CMC 0,5%KL; Chất thấm ướt (wetting agent) là hỗn hợp của dung môi NBA và MTBE (tỷ lệ 1:1V) 10%KL; Chất khử bọt gốc silicone 0,3%KL; Tất cả các thành phần phụ trợ đều có sẵn trên thị trường hoặc là sản phẩm đang được Tổng Công ty DMC cung cấp;

5. Đã đánh giá chất lượng bề mặt lớp phủ BTG chế tạo được thông qua các phương pháp phun mù muối (500 giờ), phương pháp nhúng (192 giờ), phương pháp xác định điện trở phân cực (720 giờ). Các thí nghiệm cho thấy lớp biến tính gỉ sắt tạo ra từ hóa phẩm BTG chế tạo được có chất lượng tốt, bám dính chặt chẽ với bề mặt mẫu thử, có khả năng ngăn ngừa thấm nước và bảo vệ bề mặt bên trong khỏi quá trình ăn mòn. Các kết quả thí nghiệm chụp SEM, XRD đã chứng tỏ rằng lớp màng phủ tạo ra tương đối đặc sít, trông giống như màng sơn, bề mặt gỉ đã có sự biến tính rõ rệt khi sử dụng hóa phẩm BTG. Các kết quả đánh giá cho thấy hóa phẩm BTGF-3.1chế tạo được có chất lượng tương đương với hóa phẩm biến tính gỉ thương mại TM;

6. Đã thiết lập được quy trình sản xuất, và kiểm soát chất lượng sản phẩm biến tính gỉ F-3.1. 

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 14718/2018) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

P.T.T (NASATI)