Защитное покрытие для металлических поверхностей

Защитное покрытие для металлических поверхностей

Реферат

Изобретение относится к виду защитных покрытий на основе полимерного компонента очищенной карбоксиметилцеллюлозы (класс полисахаридов).

Известен пленочный термосвариваемый материал, предназначенный для хранения и упаковки порошкообразных, сухих пищевых продуктов и др. (Пат. 5089307 США, МПК В 29 D 22/00, А 21 D 13/00. Mitsubishi Rayon Co., Ltd.. N5267735; Заявл. 22.05.90; Опубл. 18.02.92; Приор. 23.05.89, N 1-129386 (Япония); НПК 428/35.2. US). Водорастворимый полисахарид применяют в виде раствора, нагретого до 70°С. Равномерно разливают на барабан, обогреваемый горячей водой (температура 95°С). Получают пленку толщиной 49 мкм. Физико-механические характеристики: прочность на разрыв 39 Мпа, относительное удлинение 65%. Хорошо растворяется в горячей воде.

Недостатком указанного упаковочного защитного покрытия является обеспечение повышенной температуры нагрева для изготовления пленки, необходимость соответствующего оборудования. Кроме того, покрытие можно использовать только при обычных условиях окружающей среды.

Наиболее близким по составу к заявленному является материал для обработки поверхности медицинских инструментов. (Заявка 1206946 ЕПВ, МПК А 61 L 33/06. Nof Corp. Tokyo 150-0013 (JP). N 00946465.2; Заявл. 24.07.2000; Опубл. 22.05.2002. Англ. ЕР). Предлагаемый материал содержит полимерный компонент - карбоксиметилцеллюлозу с введенной гетероциклической группой. С гидрофильным полимерным компонентом карбоксиметилцеллюлозы реагирует компонент, содержащий гетероциклическую группу. Включаемый в гидрофильный полимер компонент с гетероциклической группой составляет от 0,01 до 70 весовых процентов. Для закрепления на поверхности обрабатываемых инструментов слой указанного полимера нагревается при 200°С в течение 1 мин-48 часов. Затем на этот слой наносится гидрофильный сополимер, устраняющий токсическое действие гетероциклической группы

Недостатком указанного покрытия является трудоемкость нанесения слоев и обеспечение повышенной температуры нагрева для закрепления покрытия. Кроме того, покрытие можно использовать только при обычных условиях окружающей среды.

Задачей изобретения является получение водорастворимого пленочного защитного покрытия, устойчивого к агрессивным растворителям и полиэфирным ненасыщенным лакам, отличающегося простотой нанесения на поверхность, достаточно эластичного, прочного и экологически чистого, эксплуатируемого в широком интервале температур (0-200°С).

Поставленная задача достигается за счет того, что предлагаемая композиция помимо натрий-карбоксиметилцеллюлозы очищенной (ТУ 6-55-39-90), представляющей собой натриевую соль целлюлозогликоленовой кислоты, содержит дополнительно глицерин и порошок алюминия сферического дисперсного (ТУ 48-5-226-87), получаемый методом пульверизации расплавленного алюминия нагретым азотом с последующим разделением на фракции, размер не более 65 мкм, при следующем соотношении компонентов: дополнительно к 102-98 вес. ч. 2,25% раствора натрий-карбоксиметилцеллюлозы очищенной вводят порошок алюминия сферического дисперсного 0,74- 2,5 вес. ч. глицерин 0,74-2,5 вес. ч. 2,25% раствор натрий-карбоксиметилцеллюлозы очищенной выдерживали 12 часов при температуре окружающей среды 10-30°С. Раствор тщательно перемещивали с помощью мешалки: скорость вращения мешалки 500 об/мин, время перемешивания 60 минут. Затем вводили порошок алюминия сферического дисперсного и глицерин. Состав дополнительно перемещивали на мешалке еще 15 минут. Полученный гелеобразный раствор наносили на предварительно обработанную стальную поверхность стали 08ПС. Образцы-пластинки с покрытием толщиной не менее 50-100 мкм высушивали 12-16 часов при температуре (20±2)°С, затем испытывали на устойчивость к агрессивным средам (растворители, полиэфирные лаки). Для определения физико-механических характеристик из раствора методом налива изготовлена пленка толщиной 50 мкм. Характеристики - механическую прочность на разрыв (σ, МПа) и относительную деформацию удлинения при разрыве (ε,%) определяли в соответствии с методикой, изложенной в ОСТ 84-434-71.

Изменение физико-механических характеристик образцов пленок, изготовленных на основе натрий-карбоксицеллюлозы очищенной, и с добавками порошка алюминия и глицерина показаны в таблице 1;

Механические свойства металлоорганических пленок в значительной мере зависят от состава и однородного распределения металлической фазы в полимерной матрице, характера и типа возникающих связей. Образцы порошковой натрий-карбоксиметилцеллюлозы очищенной исследованы с помощью микроскопа JXM-8600 (диаметр зонда порядка 1 мкм), установлено наличие кристаллитов, игольчатых частиц, нитей.

Высокие значения прочности (σ) пленок чистого натрий-карбоксиметилцеллюлозы очищенной и с добавками, алюминия сферического дисперсного объясняются наличием кристаллитов и частиц алюминия, которые также становятся очагами кристаллизации.

Введение в состав глицерина значительно увеличивает растяжение пленок, делает их более эластичными за счет возможного образования поперечных мостиков, включающих глицерин, т.к. практически все карбоксильные группы натрий-карбоксиметилцеллюлозы очищенной, не включенные в химические или прочные водородные связи, доступны для реакции.

Совместная комбинация натрий-карбоксиметилцеллюлозы очищенной с порошком алюминия сферического дисперсного и глицерина позволяет реализовать наиболее приемлемый с точки зрения механических характеристик спектр величин прочности и относительной деформации.

Микроструктура полученных покрытий исследовалась в спектре вторичных и обратно рассеянных электронов в растровом электронном микроскопе. Hitachi S405 А по стандартной методике. Частицы алюминия и глицерина плотно внедрены в матрицу покрытия, что позволяет реализовать более высокие значения прочности и относительной деформации.

С помощью метода математического планирования эксперимента определены оптимальные комбинации этих компонентов.

Пример 1.

Образцы получены при использовании экстремальных комбинаций исходных компонентов. Гелеобразный 2,25% раствор натрий-карбоксиметилцеллюлозы очищенной, содержал сверх 100 г раствора 0,74 г порошка алюминия сферического дисперсного и 4,26 г глицерина. Полученный гель-раствор наносили на очищенную стальную поверхность пластинок, высушивали образцы при температуре (20±2)°С в течение 12-16 часов. В результате образовывалась достаточно прочная адгезионная пленка. Затем образцы помещали в растворители и лаки, визуально оценивали действие среды на образцы. Результаты наблюдений отражены в таблице 3.

Для определения физико-механических характеристик из раствора методом налива была изготовлена пленка толщиной 50 мкм. Характеристики определяли в соответствии с методикой, изложенной в ОСТ 84-434-71, на разрывной машине, обеспечивающей скорость движения подвижного захвата относительно неподвижного 2,5 мм/мин. Величина механической прочности (σ) достаточно низкая, а относительная деформация (ε) высокая. Покрытие теплостойко в интерпале температур ≤200°С. Данный образец не соответствовал по свойствам физико-механическим требованиям.

Пример 2.

Образцы получены на основе 2,25% раствора натрий-карбоксиметилцеллюлозы очищенной с добавлением 2,5 г порошка алюминия сферического дисперсного и 2,5 г глицерина к 100 г раствора вышеизложенным способом. Проводили испытания, как указано в Примере 1. Результаты наблюдений отражены в таблице 2.

Физико-механические характеристики изучались способом, описанным в примере 1. Значения механической прочности (σ) и относительной деформации (ε) удовлетворяют требованиям, предъявляемым к данным образцам. Результаты приведены в таблице 3.

Покрытие теплостойко в интервале температур ≤200°С

Пример 3.

Образцы получены на основе 2,25% раствора натрий-карбоксиметилцеллюлозы очищенной, содержащего сверх 100 г раствора 0,74 г порошка алюминия сферического дисперсного и 0,74 г глицерина. Образцы получали способом, описанным выше. Образцы помещали в растворители и лаки. Результаты наблюдений отражены в таблице 2 ПРИЛОЖЕНИЯ.

Величины механической прочности (σ) значительно высока при минимальной относительной деформации (ε), что не отвечает заданным требованиям (таблице 3).

Покрытие теплостойко в интервале температур ≤200°С

Из описанных примеров видно, что покрытие наилучшего качества получается на основе композиции, описанной в примере 2.

Таблица 1
№	Образцы	Соотношение вес.ч.	σ, МПа	ε,%
1	На основе раствора натрий - карбоксиметилцеллюлозы очищенной	2,25% раствор натрий - карбоксиметилцеллюлозы очищенной - 100 вес.ч.	40	6
2	На основе раствора натрий - карбоксиметилцеллюлозы очищенной + глицерин	2,25% раствор натрий - карбоксиметилцеллюлозы очищенной - 100 вес.ч. глицерин -2,5 вес.ч.	17	23
3	На основе раствора натрий - карбоксиметилцеллюлозы очищенной + порошок алюминия сферического дисперсного	2,25% раствор натрий - карбоксиметилцеллюлозы очищенной - 100 вес.ч. порошок алюминия сферического - 2,5 вес.ч.	28	2
4	На основе раствора натрий - карбоксиметилцеллюлозы очищенной + порошок алюминия сферического дисперсного+глицерин	2,25% раствор натрий - карбоксиметилцеллюлозы очищенной -100 вес.ч. порошок алюминия сферического дисперсного - 2,5 вес.ч. глицерин - 2,5 вес.ч.	25	22
Таблица 2
Растворители	Устойчивость	Примечание
Толуол	+	без изменений,
Этилацетат	+	без изменений
Ацетон	+	без изменений
Спирт этиловый	+	без изменений
Стирол	+	без изменений
Лаки полиэфирные ненасыщенные	Устойчивость	Примечание
ПЭ-	+	без изменений
Таблица 3
Концентрация раствора натрий - карбоксиметилцеллюлозы очищенной, %	Алюминий сферический дисперсный, г	Глицерин, г	σ, МПа	ε,%	Примечание
1,72	0,74	4,26	3,3	49,1	пример 1
2,25	2,5	2,5	25,0	22,8	пример 2
2,78	0,74	0,74	45,1	7,0	пример 3

Защитное покрытие для металлических поверхностей, содержащее карбоксиметилцеллюлозу, отличающееся тем, что используется 2,25% раствор натрий- карбоксиметилцеллюлозы очищенной и дополнительно содержит порошок алюминия сферического дисперсного и глицерин при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:

2,25% Раствор натрий-карбоксиметилцеллюлозы очищенной	98-102
Порошок алюминия сферического дисперсного	0,74-2,5
Глицерин	0,74-2,5