Полимерное защитное барьерное покрытие

Полимерное защитное барьерное покрытие

Реферат

Изобретение относится к химической технологии и конкретно касается создания антикоррозионных полимерных барьерных покрытий на различных поверхностях, и предназначенных для устройства износоустойчивого тиксотропного полимерного покрытия, стойкого к агрессивным средам на конструктивных элементах зданий и сооружений из металла и бетона, антикоррозионной защиты конструктивных элементов трубопроводов, антикоррозионной защиты металлических узлов и агрегатов различных отраслей техники, устройства износоустойчивых антикоррозионных наливных полов, стойких к растворителям и нефтепродуктам, декоративной отделки указанных защищаемых поверхностей.

Известные полимерные антикоррозионные покрытия являются наполненными, в частности высоконаполненными. В качестве наполнителей используют, например, кварцевый песок пат. RU №2250946, 27.04.2005, полые кварцевые микросферы пат. RU №2004113553, 20.10.2005, силикатное стекло пат. RU №2004102396, 10.05.2005, различные алюмосиликаты (андезиты, бентониты, перлиты, вермикулиты и т.д.), оксиды металлов, карбонаты (мел, доломит) пат. RU №2265619, 10.12.2005, тальк, графит пат. RU №2264428, 20.11.2003, кремний, свободные металлы (алюминиевая пудра) пат. RU №1678038, 20.12.200, №2215763, 10.11.2003, мелкодисперсный цинк пат. RU №2004110933, 10.10.2005 (заявка).

Наполнители могут быть пластинчатой формы, сферической, тонкодисперсные с развитой поверхностью без определенной формы.

При создании таких антикоррозионных покрытий широко применяются различные эпоксидные смолы ввиду их хорошей адгезии к различным поверхностям и химической стойкости к воздействию агрессивных сред.

Из пат. SU 431198, 05.06.1974 известен антикоррозионный состав, предназначенный для защиты оборудования из углеродистой стали, содержащий эпоксидную диановую смолу, дибутилфталат, кислотный отвердитель и ускоритель, например диметиланилин, высокодиспесную двуокись кремния с удельной поверхностью 150-400 м²/г и минеральный наполнитель, и компоненты взяты в следующем соотношении (в вес.ч.):

Эпоксидная диановая смола	100
Дибутилфталат	10-20
Высокодисперсная двуокись кремния	1,5-3
Кислотный отвердитель	30-50
Минеральный наполнитель	100-550
Ускоритель, например, диметиланилин	0,1-0,5

В качестве эпоксидной диановой смолы может быть применена смола ЭД-6, ЭД-20 или Э-40, в качестве кислотного отвердителя - фталевый и малеиновый ангидриды, в качестве минерального наполнителя - диабазовая, базальтовая, андезитовая мука, карбид кремния или электрокорунд.

Состав обеспечивает повышенную теплостойкость и износостойкость в условиях гидроабразивного износа, но сложен в приготовлении, многокомпонентен, относится к покрытиям горячего отверждения, что ограничивает его применение.

Из пат. SU 443047, 15.09.1974 известен эпоксидный состав, применяемый для защиты бетонных поверхностей от разрушения, например поверхностей канализационных трубопроводов, и представляющий собой смесь эпоксидной диановой смолы, антраценового масла (как пластификатор), отвердителя - полиэтиленполиамина и триэтаноламина, и наполнителя, в качестве которого использована базальтовая мука с удельной поверхностью от 2000 до 3000 см²/г, причем ингредиенты взяты в следующем соотношении, вес.ч.:

Эпоксидная диановая смола	50-80
Антраценовое масло	50-20
Полиэтиленполиамин	4-6
Триэтаноламин	1-2
Базальтовая мука (удельная поверхность 2000-3000 см2/г)	300-500

Состав обеспечивает покрытию повышенную износостойкость, не требует химической обработки, но имеет длительное время отверждения - 6-18 часов, достаточно токсичен из-за большого содержания в нем антраценового масла.

Из известного уровня техники известно использование базальтового наполнителя как в виде базальтовой муки (SU 443047, 1974), в виде базальтовых волокон (RU 2260022, 10.09.2005; SU 827511, 21.05.1979), так и в виде базальтовой чешуи.

Так из SU 1831871, 27.05.1995, известна химстойкая полимерная композиция для покрытий на основе акрилатных мономеров, в сочетании с полиизоцианатом, перхлорвиниловой смолой, дивинилбензолом и содержащая в качестве наполнителя базальтовую чешую. Композиция достаточно токсична и предназначена в основном для защиты от коррозии установок для десульфации газов, сложна в приготовлении.

Из RU 2057157, 27.03.1996, известна маслобензостойкая композиция для покрытия, включающая в качестве полимерного связующего эпоксидную диановую смолу ЭД-20 (50-95 мас.ч.), 2-фурилальдегид (10-40 мас.ч.), отвердитель - раствор диэтилентриаминометилфенола в ацетоне (30-95 мас.ч.), полибензилпиридинийхлорид (0,02-2,8 мас.ч.), перхлорвиниловую смолу (0,03-3,0 мас.ч.) и наполнитель - базальтовые чешуйки (5-250 мас.ч.).

Однако данная известная композиция сложна в приготовлении и содержит в своем составе достаточно токсичные компоненты.

Технической задачей заявленного изобретения является снижение токсичности состава, упрощение его приготовления с одновременным улучшением барьерных защитных свойств при нанесении покрытия на основе этого состава на различные поверхности - металл, бетонные поверхности и другие поверхности, а также расширение его функционального назначения.

Поставленная техническая задача достигается полимерной композицией для получения защитного барьерного покрытия на различные поверхности, включающая эпоксидную диановую смолу, отвердитель и базальтовый наполнитель, которая в качестве отвердителя содержит полиэтиленполиамин, в качестве базальтового наполнителя пластинчатый наполнитель в виде андезитовой базальтовой чешуи с толщиной пластинок от 0,2 до 7,0 мкм, дополнительно содержит дибутилфталат и/или алифатическую эпоксидную смолу ДЭГ-1 и при необходимости аэросилу и/или органический растворитель при следующем соотношении компонентов в мас.%:

Эпоксидная диановая смола	33,5-41,0
Дибутилфталат и/или алифатическая эпоксидная смола ДЭГ-1	2,5-10,0
Полиэтиленполиамин	4,0-6,5
Вышеуказанный пластинчатый наполнитель
в виде андезитовой базальтовой чешуи с
толщиной пластинок от 0,2 до 7,0 мкм	42,5-50,0
Аэросил	0,0-6,0
Органический растворитель	0,0-17,5

В качестве эпоксидной диановой смолы композиция содержит, например, эпоксидные диановые смолы марок ЭД-20, ЭД-5, ЭД-6, ЭД-24 и другие. Алифатическая эпоксидная смола ДЭГ-1 является продуктом конденсации эпихлоргидрина с многоатомными спиртами. В качестве аэросила композиция может содержать микрокремнезем - аэросил с различной удельной поверхностью, например марок А-175, А-300.

В качестве органического растворителя композиция может содержать различные известные традиционно используемые в эпоксидных композициях органические растворители, например, такие как сольвент, растворитель Р-4 (смесь ацетона, бутилацетата и толуола), растворитель 646 - (смесь этанола, ацетона, этилцеллозольва, бутилацетата, толуола и бутанола) и другие.

В качестве пластинчатого наполнителя композиция по изобретению содержит андезитовую базальтовую чешую, с толщиной пластинок от 0,2 до 7,0 мкм, например марки АБЧ-100, с толщиной пластинок около 5,0 мкм.

Адгезидно-базальтовая чешуя, используемая в заявленном изобретении, представляет собой смесь базальтовой и андезитовой чешуек в различных произвольных соотношениях, не оказывающих сильного влияния на их конечные рабочие характеристики.

С помощью варьирования содержания компонентов композиции, заявленной в качестве изобретения, изменяют реологические свойства композиции, а так же функциональное назначение покрытия: композиция может быть использована для получения грунтовочного покрытия, в качестве мастичного покрытия, в качестве отдельного защитного покрытия по различным поверхностям, способной для нанесения и на вертикальные поверхности.

В таблице 1 представлены примеры композиций, иллюстрирующие изобретение, но не ограничивающие его.

Таблица 1.
Тип покрытия, примеры	Массовая доля компонентов, %
Эпоксидная смола ЭД-20	Эпоксидная Алифатическая смола ДЭГ-1	Дибутилфталат	Полиэтиленполиамин	Аэросил А-175	Базальтовая чешуя*	Растворитель**
1. Пластифицированное ДБФ	41	-	4,5	4	0,5	50	-
2. Пластифицированное ДЭГ-1	33,5	10	-	6,0	0,5	50	-
3. Тиксотропное, для нанесения на вертикальную поверхность	36	5	1	5	3	50	-
4. Мастика	33,5	0,5		4	6	50	-
5. Грунтовка	33,5	-	2,5	4	-	42,5	17,5
* используется андезитовая базальтовая чешуя с толщиной пластинок 4,0 мкм, марки А-100.
** растворитель Р-4.

Композицию по изобретению готовят следующим образом.

Тщательно перемешивают между собой все входящие компоненты, исключая отвердитель - полиэтиленполиамин, который вводят в композицию непосредственно перед ее применением.

Введение в качестве «барьерного» наполнителя андезитовой базальтовой чешуи с толщиной пластинок около 5 мкм в определенном количестве в заявленную композицию экспериментально подобранного качественно-количественного состава обеспечивает получаемому покрытию высокую химическую стойкость, так как, в частности, физически увеличивает путь через слой покрытия, который пытаются преодолеть молекулы жидкости (агрессивной по отношению к подложке) и/или газа.

Основное назначение покрытия, получаемого на основе композиции по изобретению - предотвращение контакта среды, вызывающей коррозию, защищаемой поверхности за счет барьерной структуры получаемого полимерного покрытия и стойкой к агрессивным средам полимерной основы. Барьерная структура покрытия в частности обусловлена и наличием пластинчатого наполнителя (базальтовой чешуи), пластинки которого имеют толщину около 5 мкм и в покрытии перекрываются «внахлест».

Тиксопропные свойства композиции, в частности, придает и мелкодисперсный оксид кремния CiO₂ в виде аэросила за счет развитой активной поверхности.

Получаемое покрытие через 7 суток после нанесения обеспечивают следующие характеристики:

- предел прочности при отрыве, МПа=40.0;

- предел прочности при изгибе, МПа=70.0;

- ударная вязкость, А, кДж/м²=15.0;

- электрическая прочность на пробой >=25 кВ/см²;

- химическая стойкость к растворам кислот и щелочей, растворителям, нефтепродуктам - высокая.

По физико-химическим показателям композиция соответствует нормам, указанным в таблице 2.

Таблица 2.
Наименование показателя	Норма для материала Базальтоэпоксипластик®	Метод испытания
1. Внешний вид	Темно-коричневая вязкая жидкость	По 353-105-1207-2002ТУ
3. Условная вязкость по вискозиметру типа ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм при температуре от 19,5 до 20,5°С, с	от 30 до 40	По ГОСТ 8420
4. Массовая доля нелетучих веществ, %	от 79,0 до 99,0	По ГОСТ 17537
6. Время высыхания до степени 3 при температуре от 18 до 22°С, ч	2	По ГОСТ 19007

Таким образом, большими преимуществами композиции по изобретению является, в частности, то, что она содержит компоненты, которые

- являются оптически непрозрачными в видимой и ультрафиолетовой области;

- не содержат легко подверженных гидролизу и коррелирующих металлические поверхности функциональные группы, что делает их устойчивыми к воздействию влаги воздуха, и повышается долговечность покрытий при эксплуатации и расширяется возможный диапазон их использования.

Композиция устойчива к механическому износу, способна защищать поверхность на которую они наносятся от действия агрессивных сред, таких как растворители, нефтепродукты, растворы кислот и щелочей, является газо- и водонепроницаемой.

Все эти указанные свойства композиции по изобретению позволяют использовать ее для следующих целей:

- Облицовка бетонных и стальных резервуаров, танков, цистерн, бассейнов, отстойников, стоков, дамб, плотин, туннелей, коллекторов и пр.

- Замена или ремонт старой, некачественной облицовки.

- Защитное покрытие для стальных цистерн и резервуаров, бункеров и труб.

- Защитное покрытие для кровли.

- Изолирующее покрытие для асбеста, свинецсодержащих красок и других токсичных материалов.

- Защитное покрытие для декоративных объектов, таких как стойки, опоры, сливы, стоки, люки, объемная реклама, и пр.

- Защита полов и стен, на которые возможно попадание жидкостей, вызывающих коррозию.

- Антиабразивная пленка для горного оборудования, мельниц, дробилок, для самосвалов и грузовиков.

- Защита резервуаров замороженной соленой воды (рыболовецкие траулеры).

Полимерная композиция для получения защитного барьерного покрытия на различных поверхностях, включающая эпоксидную диановую смолу, дибутилфталат и/или алифатическую эпоксидную смолу ДЭГ-1, отвердитель полиэтиленполиамин, пластинчатый наполнитель в виде андезитовой базальтовой чешуи с толщиной пластинок от 0,2 до 7,0 мкм, при необходимости композиция содержит аэросил и/или органический растворитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Эпоксидная диановая смола	33,5-41,0
Дибутилфталат и/или
алифатическая эпоксидная смола ДЭГ-1	2,5-10,0
Полиэтиленполиамин	4,0-6,5
Вышеуказанный пластинчатый наполнитель	42,5-50,0
Аэросил	0,0-6,0
Органический растворитель	0,0-17,5