Способ нанесения покрытия для защиты и придания антикоррозионных свойств изделиям из железа и стальным трубам и способ производства стальной трубы с покрытием

Способ нанесения покрытия для защиты и придания антикоррозионных свойств изделиям из железа и стальным трубам и способ производства стальной трубы с покрытием

Реферат

 

Cущность изобретения: на поверхность стальной трубы наносят эпоксиизоцианатную грунтовочную композицию, в которой полиизоцианат и эпоксиполиол находятся в количестве, при котором отношение групп NCO/OH составляет 0,6 - 0,9, затем напыляют с помощью распылителя - пистолета полиуретановую композицию, содержащую полиуретановый форполимер и компонент с активным атомом водорода, включающий соединение с активным атомом водорода и ароматический полиамин - удлинитель цепи, при эквивалентном соотношении групп NH₂/OH, равном 60/40 - 100/0. Композицию для наружного покрытия непрерывно распыляют на слой грунта, в то время, как трубу вращают вокруг оси и непрерывно перемещают саму трубу или пистолет-распылитель. 2 с. п. ф-лы, 20 табл.

Изобретение относится к способу нанесения покрытия для защиты и придания антикоррозионных свойств изделиями из железа и стальным трубам, которые находятся под землей или используются на улице, и к способу производства стальной трубы с покрытием.

На крупные конструкции из железа и стали наносят покрытия для предотвращения коррозии. В таких покрытиях тип грунта ограничивается отверждением при комнатной температуре, т. к. нельзя использовать горячее отверждение. Однако традиционные эпоксидные грунты, отверждаемые при комнатной температуре, вызывают большие флюктуации свойств в зависимости от изменений температуры и обладают низкой долговечностью в жестких условиях, когда при низких температурах требуется высокая ударная вязкость. Таким образом, до сих пор не получены грунты типа отверждаемых при комнатной температуре с удовлетворительными свойствами.

Грунты на основе эпоксидных смол, которые можно использовать при комнатной температуре, включают, например, так называемые двухкомпонентные грунты. Основным компонентом в них является раствор эпоксидной смолы, полученный поликонденсацией Р,Р'-изопропилиденфенола (Бисфенол А) и эпихлоргидрина. Отверждающий агент представляет собой амины или полиамиды и его используют, смешивая с основным компонентом непосредственно перед нанесением. Известным традиционным способом повышения водостойкости такого двухкомпонентного отверждаемого при низкой температуре грунта является замена интактной эпоксидной смолы на горячую расплавленную смесь фенольной смолы и вышеупомянутой эпоксидной смолы или на смесь, полученную просто смешением таких смол при комнатной температуре. Использование одновременно фенольной смолы может повысить водостойкость. Однако снижается устойчивость к действию растворителей, поскольку плотность поперечных связей увеличить нельзя.

В качестве компонента, придающего пленочному покрытию высокую плотность поперечных связей за счет аминного отверждения, известен полиэпоксид типа новолака (эпокси-новолак, далее называется просто полиэпоксидом). Полиэпоксид получают добавлением эпихлоргидрина к фенольной смоле типа новолака. Как правило, полиэпоксид отличается плохой совместимостью с аминными отверждающими агентами и создает проблему неоднородности. Полиэпоксид обладает также высокой жесткостью, так что полученный грунт неудовлетворителен в отношении гибкости и адгезии к субстрату. Эти недостатки можно устранить путем одновременного использования полиэпоксида, поликонденсированной эпоксидной смолы типа бисфенол А-эпохлоргидрин и отверждающего агента, так чтобы получилась трехкомпонентная композиция. В таких случаях, однако, нанесенная пленка обладает очень плохой устойчивостью по отношению к воде и не может выдерживать жесткие условия эксплуатации.

Попытка повысить устойчивость к растворителям и воде предпринималась, например, в заявке на патент Японии Sho 57-9612 (1982). Полиэпоксид добавляют к аддукту эпоксидной смолы и фенольной смолы для получения композиции покрытия из трех компонентов и смешивают композицию с отверждающим агентом на основе аминов непосредственно перед нанесением. Эта композиция также недостаточно долговечна, когда пленочное покрытие подвергается действию органических растворителей, в частности, обладающих сильными коррозионными свойствами. Следовательно, эта композиция все еще не устраняет сложности, связанные с использованием грунта в течение длительного периода времени. Если в качестве наружного покрытия используют быстроотверждаемое полиуретановое покрытие, эта композиция дает недостаточно хорошую адгезию между грунтом и наружным покрытием.

С другой стороны, композиция на основе эпоксидно-уретановых смол широко используется в области коррозионно-стойких цинковых красок. При использовании краски на основе смол эпоксидную смолу с относительно высокой молекулярной массой, в структуре молекулы которой имеются гидроксильные группы, или модифицированную алканоламинами эпоксидную смолу, которую получают в результате взаимодействия алканоламина с концевой эпокси-группой смолы для дальнейшего введения гидроксильных групп, смешивают с полиизоцианатом, который выступает в качестве отверждающего агента. Композиция на основе эпоксидно-уретановых смол неудовлетворительна как грунт в отношении устойчивости к растворителям в жестких условиях. Композиция отличается также большой жесткостью из-за своей химической структуры, так что получаемый грунт обладает недостаточной гибкостью и адгезией к субстрату.

Традиционные наружные покрытия включают, например, эмали на основе каменноугольной смолы, битумные и эпоксидные покрытия. Использование любого из этих материалов связано со сложностями при низкой температуре в связи с отверждением, охрупчиванием, ударной вязкостью и гибкостью. Покрытия на основе эпоксидных смол обладают хорошей адгезией. Однако, отверждение очень длительно, и трудно получить толстое покрытие. Таким образом, присутствуют такие недостатки, как низкая эффективность при нанесении и плохая устойчивость к истиранию.

В заявке на патент Японии 63-17305 (1988) раскрыт еще один известный способ использование комбинации определенного полиола, полиизоцианата, наполнителя и каменноугольной смолы. Однако, не используется агент, дающий поперечные связи для улучшения физических свойств и твердости. Не найдена добавка, обеспечивающая снижение вязкости. Таким образом, считается, что вязкость системы высока, скорость отверждения не столь высока и получение толстых покрытий на вертикальном субстрате затруднительна. Кроме того, не найдено описания комбинации с грунтом, которое намного бы повышало антикоррозионный эффект.

Изобретение относится к способу нанесения покрытия для защиты и придания антикоррозионных свойств трубам из железа и стали и к способу производства стальных труб с покрытием. На первой стадии на субстрат наносят эпоксидный грунт двухкомпонентного типа, а затем напыляют быстро отверждаемое полиуретановое покрытие как наружное покрытие с помощью двухкомпонентного распылительного устройства высокого давления. За счет использования грунта, содержащего избыток ОН-групп, можно получить: 1) высокую адгезию между наружным покрытием и субстратом железными и стальными трубами, 2) высокую устойчивость к действию воды, горячей воды и соленой воды и 3) высокую долговечность.

В полиуретановых покрытиях быстрого отверждения используется особый аминный отверждающий агент при эквивалентном соотношении NH₂/OH равном 60/40 или более, и при комнатной температуре они теряют липкость примерно за 3 мин. Таким образом, 4) можно подавить явление вспенивания вследствие присутствия в воздухе влаги, 5) нанесение можно осуществить при комнатной температуре, не требуется постотверждения после нанесения, так что непосредственно после нанесения можно переносить или транспортировать изделие, и 6) можно обеспечить систему, обладающую очень высокой производительностью и обрабатываемостью.

Изобретение может обеспечить непрерывный способ нанесения покрытия распылением на железную конструкцию в месте ее расположения и на вращающуюся стальную трубку с высокой производительностью и хорошей долговечностью получаемого покрытия; может, кроме того, обеспечить способ производства стальной трубки вышеописанным методом.

Задачей изобретения является обеспечение системы нанесения покрытия, которую можно использовать для фабричного производства, так и для нанесения в месте монтажа, и которая обладает хорошей адгезией к субстрату, высокой производительностью и дает хороший защитный/антикоррозионный эффект.

В традиционных системах покрытий на основе эпоксидных смол наружное покрытие наносят непосредственно на железный субстрат после обдувки. Следовательно, не может соответствовать система, отверждаемая при комнатной температуре, хотя и несколько лучше соответствует системе с сушкой, цели поддержания сопротивлению катодному отслаиванию, устойчивости против воды и прочности иного рода в течение длительного периода времени. Следовательно, важно разделять требуемые функции между грунтом, от которого зависит адгезия, и наружным покрытием, которое в первую очередь определяет защитные и антикоррозионные свойства, и создавать наиболее подходящую систему, включая способ нанесения.

Требуется, чтобы грунт обладал хорошей адгезией и к железному субстрату, и к наружному полиуретановому покрытию быстрого отверждения, а также чтобы сохранял характеристики в течение длительного периода времени. Если скорость отверждения материала наружного полиуретанового покрытия слишком высока, то, в частности, ухудшается смачиваемость, а когезионная сила материала наружного покрытия становится больше, так что адгезия обычного грунта становится недостаточной и возникает необходимость в разработке нового грунта.

Способ напыления покрытия наиболее подходит для данного изобретения, поскольку его легко можно приспособить для нанесения покрытия при вращении стальных труб и наносить на вертикальные поверхности или поверхности сложной формы, например, клапанов. Если скорость отверждения наносимого материала мала, одноразовое покрытие не может обеспечить достаточно толщины, так что следует несколько раз чередовать стадии нанесения покрытия и отверждения, чтобы получить пленку толщиной около 3 мм. Следовательно, требуется значительное время и производительность низка из-за затрат времени на то, чтобы получить после нанесения заданные свойства.

Традиционные материалы наружных покрытий склонны к снижению поглощения влаги самим материалом, и их получают смешиванием неорганических наполнителей с полибутадиеновыми полиолом, касторовым маслом или модифицированным касторовым маслом, основная цепь которых состоит только из углерода и водорода. Эти системы обладают высокой вязкостью и малой скоростью отверждения и поэтому их наносят с помощью щетки. При напылении их обычно разбавляют растворителем. Однако скорость отверждения также мала, на наклонных поверхностях имеют место потеки, толщина пленки неодинакова и, кроме того, существенно ухудшаются условия работы и возникает опасность загорания.

Контроль скорости отверждения осуществляют, как правило, добавляя катализатор. Однако в случае нанесения с помощью щетки использование катализатора слишком сокращает рабочее время. При напылении скорость взаимодействия мелкодисперсных распыляемых частиц с влагой воздуха повышается, имеет место явление вспенивания, так что внутри пленки возникает множество пузырьков. В результате снижаются плотность и механические свойства нанесенной пленки, вода проникает в пленку, вызывая отслаивание, так что падает антикоррозионный эффект.

Следовательно, чтобы получить систему покрытия с повышенной скоростью отверждения, очень важно избегать использования катализатора, создавать композицию покрытия, которая сама по себе содержит быстро отверждаемые материалы, и предотвращать образование пузырьков.

Кроме того, для быстро отверждаемых систем требуется хорошая совместимость двух компонентов.

Таким образом, разработка системы, обладающей низкой вязкостью, быстро отверждаемой и позволяющей распыление, представлялась очень желательной, системы, удовлетворяющей и фабричному производству, и нанесению в месте монтажа, в которой затруднено образование пузырьков и которая обладает антикоррозионными свойствами.

В результате интенсивных исследований, предпринятых с целью преодоления вышеописанных трудностей, авторы данного изобретения разработали способ обработки грунта и покрытие для защиты и придания антикоррозионных свойств трубам из железа и стали, который может подойти и для фабричного производства, и для нанесения в месте монтажа, дает хорошую адгезию нанесенной пленки и прекрасную прочность в течение длительного периода времени; кроме того, авторы данного изобретения разработали способ производства стальных труб вышеописанным способом.

Таким образом, одним из аспектов данного изобретения является метод нанесения покрытий для защиты и придания антикоррозионных свойств стальным и железным трубам за счет предварительной обработки поверхности субстрата, нанесения на него двухкомпонентной эпоксиизоцианатной грунтовой композиции и напыления на слой грунта наружного покрытия, представляющего собой полиуретановую композицию быстрого отверждения с помощью двухкомпонентного распылителя высокого давления, который отличается тем, что указанная двухкомпонентная эпоксиизоцианатная грунтовая композиция включает полиизоцианат и эпоксиполиол при эквивалентном отношении NCO/OH 0,6 0,9, и тем, что формула композиции быстроотверждаемого полиуретанового наружного покрытия содержит: 1) 100 мас. ч. компонента частичного преполимера уретана, полученного взаимодействием компонента, содержащего активный водород, с одним или более полиизоцианатных соединений, выбранных из группы, состоящей из чистого дифенил-метан-диизоцианата, неочищенного дифенилметандиизоцианата и продуктов карбодиимидного их модифицирования; 2) 100 мас. ч. компонента, содержащего активный водород, включающего соединение, содержащее активный водород, имеющее гидроксильное или аминовое число 170 мг КОН/г, или ниже, и ароматический удлинитель полиаминовой цепи, имеющий алкильную группу с 1 5 атомами углерода на ароматическом ядре и не содержащий группы, притягивающей электрон, в эквивалентном отношении NH₂/OH 60/40 100/0 и 0,1 6,0 мас. ч. металлоорганического катализатора, а) 2,5 5,0 мас. ч. смолы, б) 0,2 5 мас. ч. электронейтрального смачивающего дисперсанта, в) 0,1 3,0 мас. ч. несиликонового агента, подавляющего вспенивание, где (а), (б) и (в) добавляют к компоненту (1) и/или компоненту (2).

Композицию, содержащую "1" и добавки, такие как (а), (б) и (в), называют "преполимерный компонент (А)" или "А-раствор", а композицию, состоящую из "2" и добавок, таких как (а), (б) и (в), называют "активным водородным компонентом (В)" или "В-раствором".

Еще один аспект изобретения представляет собой способ производства стальных труб с покрытием для защиты и придания антикоррозионных свойств стальной трубе, который отличается непрерывным нанесением двухкомпонентной эпоксиизоцианатной грунтовой композиции на предварительно обработанную поверхность субстрата и непрерывным напылением быстро отверждаемой полиуретановой композиции наружного покрытия на слой грунта при вращении указанной трубы вокруг ее оси и одновременном перемещении самой трубы или двухкомпонентного распылителя высокого давления параллельно оси трубы.

Грунт, нанесенный на поверхность субстрата согласно данному изобретению, должен обеспечить великолепную адгезию со сталью или железом и межосевую адгезию к наружному покрытию. Следовательно, роль грунта для краски, обладающей сильным антикоррозионным эффектом, очень важна. Если быстро отверждаемого, не содержащее растворителя покрытие наносят слоем толщиной 0,5 5 мм, то требуется особый грунт, вследствие плохого смачивания и высокой адгезии. Для разрешения этих проблем, была исследована возможность разработки грунта, обладающего хорошей адгезией к металлам и межслоевой адгезией к наружному покрытию. В результате, эпоксидная смола взаимодействует с соединением, содержащим две гидроксильных группы, с образованием эпоксиполиола (активный водородный компонент грунта). Затем эпоксиполиол смешивали с полиизоцианатным отверждающим агентом в соотношении, обеспечивающем избыток ОН-групп, наносили на субстрат, он взаимодействовал и отверждался, образуя слой грунта. Было обнаружено, что нанесенный таким образом грунт обладает хорошей адгезией к субстрату, а остаточные ОН-группы в слое грунта взаимодействуют с NCО-группами быстро отверждаемого полиуретанового покрытия, что дает прекрасную адгезию между слоями вследствие поперечных связей и водородных связей. Предполагается, что гидроксильные группы в эпоксиполиоле повышают сродство между грунтом и наружным покрытием, кроме того, что они повышают адгезию, о чем говорилось выше.

Грунт, используемый в данном изобретении, представляет собой двухкомпонентный эпоксиизоцианатный грунт; ниже будут рассмотрены конкретные примеры получения и нанесения.

0,6 1,0 моль соединения, содержащего две гидроксильные группы (диол) взаимодействуют с 1 моль эпоксигрупп эпоксидной смолы, имеющей эквивалент 160 1000 г/г-экв, с образованием эпоксиполиола с гидроксильным числом 130 606 мг КОН/г. С эпоксиполиолом смешивают пигменты смешивают с эпоксиполиолом в концентрации 10 30 об. после чего добавляют добавки и растворитель, в результате чего получают полиольный компонент. Полученный таким образом полиольный компонент смешивают с полиизоцианатным компонентом непосредственно перед использованием в эквивалентном соотношении NCO/ОН в диапазоне 0,6 0,9 и наносят на субстрат из железа или стали.

Эпоксидную смолу, используемую для получения грунта по данному изобретению, можно представить формулой: E (-OR₂ O E')_n O R₂ O E (I) где Е - Е' - где R₁ это атом водорода или низший алкил, содержащий 1 5 атомов углерода; R₂ - где включены замещенные по кольцу соединения и галогенированные соединения; где R₃ - -CH₂- или (-SO₂-); R₁, R₂ и R₃ могут быть одинаковыми или разными; n целое число 0 4.

Практически примеры эпоксидных смол, описываемых формулой I, включают ЕPIКОТЕ 828 и 1001 (Торговая марка Luka-Shell Epoxy Co.), ЕPONHOTO YD-128 (Торговая марка Thotokasei Co.)N и другие эпоксидные смолы типа бисфенола А; ЕРИКОТЕ 807 (торговая марка Luka-She11 Epory Co. APAIDITE XP-306 (торговая марка Ciba-Ceigy Co.) и другие эпоксидные смолы типа бисфенола F; NENACOAI EX-215 (торговая марка Nagase Kasei Co.) и другие эпоксидные смолы типа бисфенола S; EPICOTE 180S65 (торговая марка Juka-She11 Epoxy Co.), EPICHLONE N-730 (торговая марка фирмы Dainippon Inc. and Chemical,s Co.) и другие новолачные эпоксидные смолы; а также различные другие эпоксидные смолы, эпоксидные смолы типа резола, гидрогенизированные эпоксидные смолы, замещенные по кольцу эпоксидные смолы и галогенированные эпоксидные смолы. Такие эпоксидные смолы можно использовать по отдельности или в виде смеси.

Для модифицирования этих эпоксидных смол используют диолы.

Диолы, которые можно использовать для этой цели, включают, например, этиленгликоль, 1,3-пропиленгликоль, 1,2-пpопиленгликоль, т1,4-бутандиол, 1,3-бутандиол, 1,5-пентандиол, 1,3-пентандиол, 1,6-гександиол, 1,5-гександиол и другие алкипендиолы; окись этилена, окись пропилена и другие алкилен-окисные аддукты этих алкилендиолов; а также диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, тетраэтиленгликоль, политетраметиленгликоль и другие полиоксалкиленгликоли. Эти диолы можно использовать по отдельности или в виде смеси. В сочетании с алифатическими диолами можно также использовать ароматические диолы, такие как гидрохинон, резорцин и бисфенол А; Для того, чтобы получить грунт на основе эпоксидной смолы, эпоксидную смолу и диол вводят в реакцию при 80 250^oC, предпочтительно при 120 - 200^oC в присутствии катализатора Если температура реакции ниже 80^oC, то скорость реакции неблагоприятно низка. С другой стороны, нежелательна также температура реакции выше 250^oС, поскольку происходит реакция размыкания кольца эпоксигрупп и возникает тенденция к превращению продукта реакции в гель.

Примеры катализаторов, которые можно использовать для проведения реакции, включают гидроксиды щелочных металлов, такие как гидроксид натрия и гидроксид калия; алкоголяты щелочных металлов, такие как метилат натрия, этилат натрия, метилат калия и этилат калия; третичные амины, такие как диметилбензиламин, пиридин, триметиламин и триэтиламин; соли четвертичного аммония, такие как хлорид тетраметиламмония и хлорид бензилтриметиламмония; органические соединения фосфора, такие как трифенилфосфин; соли щелочных металлов, такие как карбонат натрия и хлорид лития; а также Льюсовы кислоты, такие как трифтор бора, хлорид алюминия, тетрахлорид олова и аддукты диметилового эфира и трифторида бора.

Количество, в которых используют катализатор, меняется в зависимости от температуры реакции и обычно составляет 0,01 10 000 ррm, предпочтительно 0,1 1000 ррm в расчете на сумму эпоксидной смолы и диола.

Реакцию можно проводить в отсутствие растворителя. Если растворитель используют, то он не должен содержать активного водорода; примерами являются толуол, ксилол и другие углеводороды; метилизобутилкетон, циклогексанон и другие кетоны; а также бутилацетат, метоксибутилацетат, целлозольвацетат и другие ацетатные эфиры.

Реакцию проводят, используя диол в отношении 0,6 1,0 моль на 1,0 моль эпокси-групп в эпоксидной смоле, имеющей эпоксидный эквивалент от 60 до 1000 г/г-экв. Если отношение равно 0,6 и менее, то сопротивление коррозии у отвержденной пленки будет недостаточным. При отношении выше 1,0 возрастает количество непрореагировавшего диола и снижается устойчивость к коррозии.

Если полученный эпоксиполиол имеет гидроксильное число ниже 130 мг КОН/г, то пленка, полученная в результате взаимодействия с полиизоцианатом, обладает низкой скоростью сушки и низкой устойчивостью к коррозии. С другой стороны, если гидроксильное число превышает 600 мг КОН/г, то возрастает количество полиизоцианата, возникают пузырьки, что создает дефекты пленки, и неблагоприятным образом снижается устойчивость пленки к коррозии. Следовательно, необходимо, чтобы гидроксильное число было в интервале 130 - 600 мг КОН/г, предпочтительно 200 300 мг КОН/г.

Средняя молекулярная масса эпоксиполиола составляет предпочтительно 4000 10000.

В эпоксиполиол можно вводить добавки, которые включают, например, красители, такие как двуокись титана, красная окись железа и угольная сажа; наполнители, такие как тальк, каолин, осажденный сульфат бария и кремнезем; антикоррозионные коррозионные агенты, такие как хромат стронция, хромат цинка и основной сульфат свинца. Количество таких добавок должно составлять 10 30 об. в расчете на РУС. Количества менее 10 об. имеют тенденцию снижать адгезию. С другой стороны, количества выше 30 об. приводят к нежелательной потере адгезии. При получении полиольного компонента грунта вышеуказанные добавки диспергируют в эпоксиполиоле с помощью пескоструйной мельницы в присутствии обычного дисперсанта и выравнивающего агента.

Полиизоцианаты, которые можно использовать в реакции с эпоксиполиолом с образованием грунта, включают, например, ароматический диизоцианат, такой как фенилендиизоцианат, толилендиизоцианат, дифенилметандиизоцианат, алифатический диизоцианат, такой как гексаметилендиизоцианат, триметилгексаметилендиизоцианат и лизиндиизоцианат; алициклический диизоцианат, такой как изофрондиизоцианат и дициклогексилметандиизоцианат; неочищенный полиизоцианат, такой как неочищенный толилендиизоцианат, неочищенный дифенилметандиизоцианат и полиметилен-полифенилметандиизоцианат; модифицированный полиизоцианат, такой как модифицированный карбодиимидом полиизоцианат и полиизоцианат, модифицированный изоциануратом. Преполимеры, оканчивающиеся изоцианатом, полученные взаимодействием этих полиизоцианатов с полиатомными спиртами, такими как вышеуказанные диолы, триметилолпропан и пентаэритрит, или с полиэфирными полиолами, полученными присоединительной полимеризацией окиси пропилена и/или окиси этилена с вышеуказанными полиатомными спиртами.

Предпочтительный преполимер можно получить взаимодействием 3 моль толилендиизоцианата с 1 моль триметилпропана и разбавлением продукта реакции растворителем до содержания 60 от 10 до 15 Представителями преполимеров, которые можно использовать, являются ELESTER P-75 и РП-102Х (торговая марка фирмы Toatsu Chemical Inc.).

Композицию грунта, полученную смешением полиольного компонента с полиизоцианатом, можно с удовлетворительными результатами использовать просто так, а также, при желании, можно одновременно использовать другие синтетические смолы. Примеры синтетических смол включают поливинилацетат, эпоксидную смолу, полигидроксиполиэфирные смолы, алкидные смолы, акриловые смолы, формальдегид-мочевинные смолы и хлорированные каучуки.

В зависимости от цели и применения грунтовой композиции, в ней можно вводить традиционно известные наполнители, упрочнители, растворители, дегидратирующие агенты, агенты, придающие гибкость, пластификаторы, регуляторы текучести, поверхностно-активные добавки, загустители, ускорители отверждения, замедлители отверждения, антипирены, тихотропные агенты, заменители битума и другие добавки.

Грунт по изобретению можно наносить на поверхность субстрата с помощью щетки, распылением, погружением, накатыванием, поливом и другими методами. Слой грунта может формироваться отверждением на холоду или, в некоторых случаях, горячим отверждением. При нанесении на стальную трубу наружного покрытия, время отверждения которого 60 с и менее, требуется, чтобы соответствующий грунт обладал хорошей аффинностью к железным и стальным субстратом, релаксацией напряжений для ослабления эффекта быстрой реакции отверждения полиизоцианата и прекрасной адгезии. Кроме того, соотношение компонентов грунта регулируется таким образом, чтобы эквивалентное отношение NCO/OH составляло 0,6 0,9, что позволяет сохранить способность к образованию поперечных связей с материалом наружного покрытия. Если отношение ниже 0,6, то получается грунт с недостаточно хорошими характеристиками. С другой стороны, отношение, превышающее 0,9, приводит к недостаточной адгезии к субстрату и наружному покрытию.

При нанесении грунта субстраты, такие как листы, трубы и различные конструкции из железа и стали предварительно подвергают пескоструйной очистке или обрабатывают хроматом. Полиольный компонент смешивают с полиизоцианатным компонентом в заданном отношении, добавляют органические растворители для контроля вязкости, и распыляют полученную смесь на субстраты с помощью пневматического пистолета-распылителя или безвоздушного пистолета до толщины 40 150 мм, предпочтительно 50 90 мкм. Напыленный грунт выдерживают в течение 6 24 ч, после чего наносят наружное покрытие.

Если основной материал, на который предстоит нанести покрытие, ускоренно сушат нагреванием или обдувкой горячим воздухом, то наружное покрытие можно наносить даже после выдержки в течение 3 60 мин.

Далее будет описана быстроотверждаемая полиуретановая композиция, используемая для материала наружного покрытия по изобретению.

В полиуретановой композиции используют особый агент образования поперечных связей на основе амина для улучшения механических свойств, и появление прочности всырую и подавление образования пузырьков достигают при эквивалентном отношении NH₂/OH от 60/40 до 100/0 в активном водородном компоненте композиции.

Чтобы получить композицию с низкой вязкостью, преполимерный компонент (А) получают по реакции полиизоцианата с диолом в определенном диапазоне эквивалентных отношений NCO/ОН, а активный водородный компонент (В) получают добавлением определенных добавок. В результате исследования типа и количества различных добавок, достигнуто снижение вязкости и, кроме того, совместимость композиции была улучшена, подавлено образование пузырьков, и можно улучшить, не прибегая к использованию особых полиолов, повышения антикоррозионного эффекта и других характеристик.

Что касается скорости отверждения, то требуется, чтобы время потери липкости составляло 60 с и менее при 25^oC. Большая продолжительность времени потери липкости приводит к образованию потеков напыленного материала на вертикальной поверхности и вызывает одновременно снижение физических характеристик. Поскольку скорость реакции высока, напыление осуществляют с помощью двухкомпонентной распылительной машины высокого давления, снабженной распылителем-пистолетом типа смешения при столкновении.

Использование высоких пропорций очень реакционноспособного агента образования поперечных связей приводит к быстрому отверждению композиции, подавляет образование пузырьков за счет быстрого гелеобразования композиции и обеспечивает высокую плотность наружного покрытия.

Следовательно, пленку высокой плотности можно получить без образования пузырьков даже при распылении. Кроме того, введение смачивающего дисперсанта электронейтрального типа и несиликонового агента подавления пенообразования в оба компонента: и в преполимерный компонент (А) и в активный водородный компонент (В) дает эффект снижения вязкости композиции, улучшение совместимости и подавление образования пузырьков из-за влаги окружающей среды. Добавление каменно-угольной смолы повышает антикоррозионный эффект и водостойкость.

В результате, изобретение обеспечивает новое напыляемое быстро отверждаемое полиуретановое наружное покрытие с антикоррозионными свойствами, обладающее и хорошей обрабатываемостью, и хорошими характеристиками вообще в процессе эксплуатации. Изобретение далее обеспечивает метод распыления быстроотверждаемой полиуретановой композиции наружного покрытия с помощью двухкомпонентного пистолета-распылителя высокого давления.

Далее композиция наружного покрытия по изобретению будет описана в деталях.

1) Предпочтительно, чтобы полиуретановый преполимерный компонент (А) обладал низкой вязкостью. При использовании метода распыления с помощью пистолета-смесителя столкновением по данному изобретению требуется высокое число Рейнольдса. Для поддержания хороших перемешивания и смешения хорошим средством является вязкость 200 сПз и менее. Следовательно, преполимерный компонент (А) готовят с эквивалентным отношением NCO/ОН 4 20, предпочтительно 6 15. Эквивалентное отношение СО/ОН менее 4 приводит к высокой вязкости частичного преполимера. С другой стороны, отношение выше 20 приводит к увеличению количества непрореагировавшего мономера, вызывает тенденцию к взаимодействию с атмосферной влагой, снижает первоначальное отверждение и ухудшает физические характеристики. Поведение при первоначальном отверждении важно для быстроотверждаемого и полиуретанового материала наружного покрытия. На начальной стадии иногда имеет место явление так называемого "желирования". Состояние "желе" представляет собой сыроподобное твердое состояние, не обладает эластичностью каучука, склонно к образованию трещин при вибрации и ухудшает физические свойства отвержденного наружного покрытия из-за того, что рост цепи подавляется при низких температурах.

Желирование происходит, если когезивная сила жесткого сегмента подавляет реакцию роста цепи или если эквивалентное отношение NCO/ОН преполимерного компонента высоко. Прочность всырую в первую очередь зависит от роста цепи, а плохая прочность всырую серьезно снижает производительность.

Полиолы, используемые для получения полиуретанового частичного преполимера, представляют собой продукты присоединительной полимеризации окиси пропилена и/или окиси этилена. Гидроксильное число полиолов предпочтительно составляет 120 мг КОН/г для того, чтобы снизить вязкость частичного полимера.

Полиолы, такие как гидроксилированный полибутадиен и касторовое масло, дают частичный преполимер с очень высокой вязкостью, и для получения преполимера с низкой вязкостью требуется эквивалентное отношение NCO/OH, равное 20 и более. Такое высокое значение отношения создает трудности на стадии отверждения. Наиболее простым и эффективным способом получения композиций с низкой вязкостью является добавление органических растворителей. Органические растворители, однако, не подходят для получения толстых покрытий и вызывают съеживание отвержденной пленки и ухудшение условий работы. Покрытия с растворителями обычного типа могут дать пленку толщиной около 0,1 мм за одну операцию нанесения покрытия. В случае антикоррозионной пленки, несущей большую нагрузку, нужно поочередно проводить операции напыления и сушки 20 30 раз.

2) Активный водородный компонент (В) также имеет ограничения по вязкости, и предпочтительно, чтобы он обладал вязкостью эквивалентной, полимерному компоненту (А). Активный водородный компонент (В) по данному изобретению, содержащий полиоксиалкиленовые группы в качестве основных сегментов, обладает, как правило, низкой вязкостью и, кроме того, может значительно снизить вязкость за счет введения смачивающего дисперсанта электронейтрального типа и применения на стадии получения температуры и высоких сдвигающих напряжений.

Активный водородный компонент (В) состоит из жидких материалов, которые отличаются по молекулярной массе и полярными группами в отсутствие растворителя, который служит средой для этих материалов. Было обнаружено, что гомогенизации можно добиться за счет добавления смачивающего дисперсанта; соли полиамида с высокой молекулярной массой и эфира, электрически нейтральной и с трудом взаимодействующей или образующей координационное соединение с группами ОН- или NH₂, а также за счет введения высоких сдвигающих напряжений. Таким образом, улучшается обрабатываемость, подавляется образование пузырьков и улучшаются характеристики пленочного покрытия.

3) Плотность отвержденного наружного покрытия повышается при одновременном добавлении в частичный преполимерный и активный водородный компоненты смачивающего дисперсанта электронейтрального типа и несиликонового антивспенивателя. Полагают, что также увеличение вязкости связано с образованием на поверхности напыленных частиц тонкой гидрофобной пленки, препятствующей контакту с влагой воздуха и одновременно абсорбирующей и перераспределяющей захваченный воздух внутрь наружного покрытия.

В быстро отвердевающей композиции по изобретению преполимерный компонент (А) и активный водородный компонент (В) затвердевают непосредственно после смешивания. Поэтому требуется вводить предварительно смачивающий дисперсант и антивспениватель и в компонент (1), и в компонент (2).

4) Производительность повышается при увеличении скорости отверждения композиции. Однако, обычные методы использование катализатора увеличивают также скорость взаимодействия с водой. В результате возрастает образование пузырьков и возникают такие проблемы, как снижение термостойкости и межслоевой адгезии.

Согласно данному изобретению, эквивалентное отношение очень реакционноспособного агента роста цепи увеличивают, так чтобы активном водородном компоненте (В) эквивалентное отношение NH₂/OH сохранялось на уровне 60/40 и более, и используется особый катализатор, ускоряющий отверждение композиции. Таким образом, можно достичь времени перехода в нелипкое состояние 60 секунд и менее и подавить образование пузырьков вследствие взаимодействия изоцианата с водой за счет быстрого гелеобразования напыленной композиции.

5) Снижение межслоевой адгезии из-за высокой скорости отверждения, т. е. проблему использования быстро отверждаемых материалов в операциях повторного нанесения покрытия, предупреждается за счет использования эквивалентного отношения NCO/OH 1,01 1,50, предпочтительно 1,05 1,40. При поддержании отношения в таком диапазоне группы NCO, определению, остаются в отвержденном слое, и можно достичь адгезии к последовательно напыляемым слоям. Если отношение равно 1,50 и более, остается слишком много групп NCO, снижается скорость первоначального отв