Композиция для получения антикоррозионного покрытия

Композиция для получения антикоррозионного покрытия

Реферат

Настоящее изобретение относится к составам антикоррозионных цинксодержащих грунтовок, предназначенных для протекторной защиты от коррозии изделий, сооружений и конструкций из черных металлов, эксплуатируемых в атмосферных условиях, в условиях водно-солевого тумана, а также в парах и аэрозолях нефтепродуктов.

Заявляемая антикоррозионная композиция может использоваться как для получения самостоятельного грунтовочного покрытия, так и для получения многослойных защитно-декоративных покрытий путем перекрытия эмалями типа ПФ, МЛ, ЭП и др.

Область применения металлического цинка в технике антикоррозионной защиты достаточно обширна. Металлические покрытия, получаемые методом "горячего цинкования" из расплава цинка, изолируют стальные и чугунные изделия от атмосферы непроницаемым слоем и оказывают двоякое воздействие на защищаемые поверхности. При контакте с влажным воздухом цинк корродирует и продукты его распада образуют барьер, препятствующий дальнейшему проникновению агрессивной среды внутрь покрытия. При появлении механических дефектов на покрытии (сколы, поры, царапины и т.д.) цинковое покрытие предохраняет этот участок локально. В этом случае гальваническую пару между железом и цинком, где цинк выступает в качестве анода, обеспечивает тонкая пленка воды, всегда существующая на поверхности в условиях влажной атмосферы.

Более прогрессивным методом антикоррозионной защиты изделий из черных металлов с использованием металлического цинка с экологической и технологической точки зрения в настоящее время является так называемый метод "холодного цинкования" - это нанесение на подготовленную поверхность способами, применяемыми для обычных лакокрасочных материалов, специальных цинксодержащих составов на основе различных полимерных пленкообразователей, в результате чего формируются высокоцинкнаполненные покрытия, обладающие такими же антикоррозионными свойствами, как и покрытия, полученные методом "горячего цинкования".

Существующие цинксодержащие композиции выпускаются как в одноупаковочном варианте, так и в двухупаковочном виде, то есть часть входящих в состав компонентов - цинковый порошок или отвердитель - вводятся в основу композиции непосредственно перед покраской.

Одноупаковочные композиции более технологичны при применении. Известна антикоррозионная цинкобогащенная композиция, содержащая следующие ингредиенты (мас.%):

высокодисперсный цинковый порошок,
полученный методом физического осаждения
из паровой фазы, с массовой долей частиц
размером от 4 до 12 мкм не менее 55%,
массовой долей частиц с размером более
20 мкм не более 15%	47,0-87,0
термопластичный пленкообразователь
высокомолекулярный полистирол и/или
сополимер стирола с каучуком	1,3-5,1
органический растворитель - ксилол или
сольвент или смесь ксилола с бутилацетатом
и (или) ацетоном	остальное до 100

Указанная композиция дополнительно может содержать поверхностно-активные вещества в количестве до 0,4 мас.% от общей массы ингредиентов, реологические добавки в количестве до 3,0 мас.% и наполнители - не более 15,0 мас.% от общей массы. (Патент РФ №2141984. МПК⁶ С 09 Д 5/08. Антикоррозионная композиция. Заявл. 01.07.97, заявка №97111012/04. Опубл. 27.11.99).

Недостатком известной композиции является низкая устойчивость получаемых на ее основе покрытий к воздействию нефтепродуктов и горюче-смазочных материалов, обусловленная химической природой термопластичного пленкообразователя, что ограничивает область ее использования. Кроме того, такие защитные покрытия плохо противостоят ударным нагрузкам и вибрации.

Наиболее близким аналогом к заявляемому по технической сущности и рецептуре является цинкнаполненная грунтовка, содержащая в своем составе следующие компоненты (мас.%):

пентафталевый лак, модифицированный
эпоксидно-жирнокислотным олигомером,
представляющим собой продукт взаимодействия
низкомолекулярной эпоксидно-диановой смолы и
талового масла или его жирных кислот при
их массовом соотношении 5:2, при
массовом соотношении пентафталевого лака
и эпоксидно-жирнокислотного олигомера 4:1	41,5-61,5
цинковый порошок	30,0-45,0
полиметилмочевина	6,5-10,0
сиккатив	2,0-3,5

(Патент РФ №2068434. МПК⁶ С 09 Д 167/08; 5/08. Грунтовка. Заявл. 20.10.92, заявка №92001217/04. Опубл. 27.10.96. Бюл. №30, прототип).

Состав-прототип технологичен в процессе нанесения и позволяет получать антикоррозионные покрытия с повышенной эластичностью. Однако он обладает недостаточной седиментационной устойчивостью (осаждение цинка) в процессе хранения, а также в процессе нанесения, когда его применяют в разбавленном виде до рабочего уровня вязкости (15-20 с по визкозиметру типа ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм при температуре 20±2°С). Это связано с тем, что полиметилмочевина, хотя и является загущающим агентом, но ее введение эффекта тиксотропии композиции не придает. Кроме того, использование в составе грунтовки пентафталевого (алкидного) пленкообразователя не позволяет получать маслобензостойкие антикоррозионные покрытия, а время их формирования (сушки) до получения требуемых физико-механических показателей превышает 22 ч, что замедляет проведение окрасочных работ.

Технической задачей, решаемой в рамках настоящего изобретения, является создание рецептуры цинкнаполненной композиции с высокой седиментационной устойчивостью, как в процессе ее хранения, так и в процессе нанесения, и обеспечивающей сокращение времени сушки и получение маслобензостойкого антикоррозионного покрытия.

Решение указанной цели достигается за счет того, что в отличие от известного состава-прототипа предлагаемая композиция для получения антикоррозионного покрытия, включающая высокодисперсный цинковый порошок, модифицированный алкидный пленкообразователь, трехметальный сиккатив и антиседиментационную добавку, дополнительно содержит органический растворитель - толуол, в качестве модифицированного алкидного пленкообразователя она содержит тощий алкидный лак с добавлением тунгового масла, модифицированный фенол-формальдегидной смолой в количестве не более 5,0% от массы алкидного пленкообразователя, обладающий следующими характеристиками:

кислотное число в пересчете на 100% алкидного пленкообразователя (т.е. без растворителя), мгКОН/г, не более	15,0
динамическая вязкость по Брункфильду при (20±2)°С, Па·с	2,0-4,5

а в качестве антиседиментационной добавки заявляемая композиция содержит смесь окиси цинка, органофильного бентонита марки SD-1 и фосфатидного концентрата (лецитина), при следующем соотношении между компонентами композиции (мас.%):

указанный модифицированный алкидный пленкообразователь	10,0-15,0
цинковый порошок высокодисперсный	55,0-65,0
бентонит органофильный SD-1	0,3- 0,8
лецитин	0,3-0,8
сиккатив трехметальный	0,1- 0,3
окись цинка	10,0-15,0
толуол	остальное

В качестве модифицированного алкидного лака используют 51-61%-ные растворы алкидно-фенольной смолы АФ-033 (ТУ 2311-025-54651722-2002) или алкидно-фенольной смолы AMF 30х60 (ТУ LVUTN-40003245470-10-02) в ксилоле. Лак АФ-033 согласно техническим условиям имеет цветность не более 80 мг J₂/100 см³, кислотное число не более 15,0 мг КОН/г, динамическую вязкость 2,0-4,0 Па·с, массовую дою нелетучих 53±2%, содержание модификатора 3-5 мас.%. Лак AMF 30х60 согласно техническим условиям имеет цветность не более 20 мг J₂/100 см³, кислотное число не более 15 мг КОН/г, динамическую вязкость при 20°С 3,0-4,5 Па·с, массовую долю нелетучих веществ 59-61%, содержание модификатора 1,8-3,0 мас.%. В качестве высокодисперсного цинкового порошка используется любой металл импортного производства (со средним размером частиц 3-5 мкм), например, марки S3 (Норвегия) либо марки EMP, UMP (Южная Корея).

В качестве трехметального сиккатива используют сиккативы ЖК-12 (ТУ 6-21-02041501-90) или LB-2 (ТУ LV TN 000324547-03). Сиккатив ЖК-12 согласно техническим условиям представляет собой раствор в уайт-спирите смеси октоатов свинца, кобальта и марганца с массовой долей металлов: Pb 8,0±0,1%, Mn 2,0±0,1%, Со 0,8±0,1%. У сиккатива LB-2 содержание металлов следующее: Pb 15,0±0,3%, Mn 0,9±0,1%, Со 1,2±0,1%. Окись цинка применяют по ГОСТ 202-84 любой марки, толуол нефтяной - по ГОСТ 14710-78.

Фосфатидный концентрат используют в виде соевого лецитина по ТУ 9146-203-00334534-97, органофильный бентонит используют марки SD-1 производства Великобритании.

Указанные пределы соотношений между компонентами композиции определены экспериментальным путем и являются оптимальными с точки зрения достижения положительного технического эффекта и минимальной себестоимости.

Уменьшение содержания пленкообразователя в композиции ниже 10,0 мас.% приводит к получению покрытия с низкими физико-механическими свойствами (эластичность, адгезия, устойчивость к удару). При эксплуатации такого покрытия наблюдается его меление - выкрашивание цинкового порошка. Использование в составе композиции более 15,0 мас.% пленкообразователя нецелесообразно с экономической точки зрения, а также по причине ухудшения протекторных свойств покрытия, связанного с нарушением контакта между частицами металлического наполнителя. Количество вводимого трехметального сиккатива напрямую связано с содержанием пленкообразователя в композиции.

Сравнение заявляемой композиции с известным составом грунтовки позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию "Новизна", так как в данном случае содержится новая совокупность ингредиентов в новом количественном соотношении.

В производстве антикоррозионных цинксодержащих покрытий известно применение различных полимерных пленкообразователей. Предлагаемый же нами состав композиции впервые содержит в качестве полимерной основы тощую алкидную смолу с добавлением тунгового масла, модифицированную фенол-формальдегидной смолой. Ее использование только совместно с антиседиментационными добавками - окисью цинка, лецитином и органофильным бентонитом SD-1 - привело к неочевидному эффекту - получению низковязкой цинкообогащенной композиции, не расслаивающейся в процессе длительного хранения (более 8 месяцев) и имеющей существенно меньшую скорость осаждения частиц цинка в расходных емкостях при ее нанесении. Время высыхания покрытия при этом значительно сокращается. Оно приобретает устойчивость к воздействию нефтепродуктов и горюче-смазочных материалов. Вышеуказанное свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения критерию "Изобретательский уровень".

Введение в состав композиции окиси цинка улучшает не только антиседиментационные свойства за счет ее химического взаимодействия со свободными карбоксильными группами модифицированного алкидного пленкообразователя, но и позволяет снизить стоимость композиции как за счет частичной замены дорогостоящего высокодисперсного порошка цинка, так и за счет уменьшения плотности композиции (последнее приводит к сокращению расхода композиции на единицу защищаемой поверхности). При этом защитные протекторные свойства сформированного покрытия сохраняются: об этом свидетельствует тот факт, что в искусственно созданном дефекте-царапине не образуется ржавчина, т.е. антикоррозионная защита стали осуществляется по катодному механизму.

Предлагаемая рецептура антикоррозионной композиции ориентирована на использование ингредиентов, выпускаемых в промышленном масштабе, с применением для ее получения стандартного оборудования лакокрасочных производств. Она может наноситься на защищаемые поверхности любыми из существующих методов: кисть, валик, окунание, воздушный или безвоздушный способы распыления. Это позволяет сделать обоснованный вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "Промышленная применимость".

Композицию получают путем диспергирования в высокоскоростном диссольвере наполнителей и добавок в растворе модифицированного алкидного пленкообразователя до требуемой степени дисперсности (степень перетира на приборе "Клин" - менее 30 мкм) с последующим фильтрованием полученной суспензии через фильтр с размером ячеек фильтрующего полотна 35-40 мкм.

Образцы покрытий для испытаний на пластинах из стали марки Ст.3 размером 150×70×0,8 мм получали методом воздушного напыления с последующей сушкой при комнатной температуре до степени 6 (ГОСТ 19007-73). Толщина сформированных покрытий составляла 70-80 мкм.

Условную вязкость композиции определяли по вискозиметру типа В3-246 с диаметром сопла 4 мм при температуре 20±2°С по ГОСТ 8420-74.

Устойчивость композиции при хранении - визуально. Расслаивание разбавленной композиции оценивали согласно ГОСТ 25129-82 (п.4.11).

Время высыхания покрытий до степени 3 оценивали по ГОСТ 19007-73 при температуре 20±2°С.

Адгезию покрытий методом "решетчатых надрезов" определяли согласно ГОСТ 15140-78, прочность покрытий при ударе - по ГОСТ 4765-78, эластичность при изгибе - по ГОСТ 6806-73.

Стойкость покрытия к статическому воздействию воды и нефтепродуктов при температуре 20±2°С определяли по ГОСТ 9.403-80.

Техническую сущность и преимущества предлагаемой цинкнаполненной композиции для получения антикоррозионных покрытий иллюстрируют нижеприведенные экспериментальные данные.

ПРИМЕР

Взвешивают компоненты композиции и грунтовки-прототипа для конкретно выбранной рецептуры (таблица 1), диспергируют их в лабораторном диссольвере вместимостью 1,0 дм³, после чего из полученных материалов изготавливают образцы антикоррозионных покрытий, результаты испытаний которых приведены в таблице 2.

Таблица 1
Составы антикоррозионных композиций
Компоненты	Содержание в составах, (мас.%)
1 (прототип)	2	3	4	5	6	7	8
Алкидный лак, модифи
цированный эпоксидно-
жирнокислотным олигомером
	51,5	-	-	-	-	-	-	-
Тощий алкидный лак с
добавлением тунгового
масла, модифицированный
фенол-формальдегидной
смолой:
АФ-033 (массовая доля
модификатора 4,6%)	-	-	15,0	-	8,0	17,0	-	-
АМФ 30х60 (массовая
доля модификатора 2,9%)	-	10,0	-	14,0	-	-	12,5	12,5
Высокодисперсный
цинковый порошок	37,5	55,0	65,0	57,3	60,0	60,0	50,0	70,0
Полиметилмочевина	8,25	-	-	-	-	-	-	-
Сиккатив трехметальный
ЖК-12	2,75	-	0,3	-	0,1	0,5	-	-
LB-2	-	0,1	-	0,2	-	-	0,2	0,2
Бентонит органофильный
м.SD-l	-	0,8	0,3	0,5	0,2	1,0	0,5	0,5
Лецитин соевый	-	0,8	0,3	0,5	0,2	1,0	0,5	0,5
Окись цинка	-	15,0	10,0	13,5	8,0	8,0	12,5	9,5
Толуол нефтяной	-	18,3	9,1	14,0	23,5	12,5	23,8	6,8

Таблица 2Свойства композиций и антикоррозионных покрытий на их основе
Наименование показателей	Составы из таблицы 1
1(прототип)	2	3	4	5	6	7	8
1. Условная вязкость композиций, с	95,0	22,0	48,0	41,0	28,0	39,0	24,0	35,0
2. Устойчивость композиций при хранении без изменений, мес.	4,0	8,0	8,0	8,0	5,0	6,0	8,0	8,0
3. Расслаивание разбавленных композиций, см3	20,0	1,0	3,0	5,0	12,0	6,0	10,0	4,0
4. Время высыхания до степени 3, ч	22,0	1,0	2,0	1,5	1,5	2.5	2,0	1,5
5. Адгезия покрытия к металлической подложке, баллы	1	1	1	1	1	1	1	2
6. Эластичность покрытия при изгибе, мм	1	1	1	1	3	2	2	3
7. Прочность покрытия при ударе, Дж	5,0	5,0	5,0	5,0	3,0	5,0	5,0	2,0
8. Стойкость покрытия к статическому воздействию сред:
вода	72,0	96,0	96,0	96,0	48,0	72,0	48,0	48,0
сырая нефть	24,0	72,0	72,0	72,0	72,0	60,0	72,0	72,0
индустриальное масло И-20А
48,0	96,0	96,0	96,0	72,0	60,0	72,0	72,0
дизтопливо	8,0	48,0	48,0	48,0	48,0	36,0	48,0	48,0

Таким образом, как видно из сравнительных примеров, заявляемая цинкобогащенная композиция при сопоставимой вязкости имеет более высокий уровень седиментационной устойчивости как в исходном, так и разбавленном виде, а также значительно меньшее время высыхания по сравнению с грунтовкой-прототипом и обеспечивает получение антикоррозионных покрытий, имеющих при сопоставимых показателях физико-механических характеристик (адгезия, эластичность, прочность при ударе) большую стойкость по отношению к воде и нефтепродуктам.

Композиция для получения антикоррозионного покрытия, включающая высокодисперсный цинковый порошок, модифицированный алкидный пленкообразователь, трехметальный сиккатив и антиседиментационную добавку, заключающаяся в том, что она дополнительно содержит органический растворитель - толуол, в качестве алкидного пленкообразователя содержит тощий алкидный лак с добавлением тунгового масла, модифицированный фенол-формальдегидной смолой в количестве не более 5,0% от массы алкидного пленкообразователя, с кислотным числом - не более 15,0 мгКОН/г пленкообразователя и с динамической вязкостью по Брункфильду 2,0-4,5 Па·с, а в качестве антиседиментационной добавки она содержит смесь окиси цинка, органофильного бентонита и лецитина при следующем соотношении компонентов композиции, мас.%:

указанный модифицированный алкидный пленкообразователь	10,0-15,0
порошок цинковый высокодисперсный	55,0-65,0
бентонит органофильный SD-1	0,3-0,8
лецитин	0,3-0,8
сиккатив трехметальный	0,1-0,3
окись цинка	10,0-15,0
толуол	остальное