Композиция и система для антикоррозионного покрытия

Композиция и система для антикоррозионного покрытия

Реферат

Изобретение относится к области защиты от коррозии основных конструктивных материалов /сталь/ и может быть использовано в качестве защитного покрытия для морских судов и плавающих платформ в условиях высокоминерализованной /морской/ воды.

Известен лак марки ЭП-730 /ГОСТ 20824-81/, имеющий химический состав /мас.ч./: эпоксидная смола дианового типа Э-41 0,3-0,35; смесь органических растворителей /ацетон, ксилол, этилцеллозолоза/, взятых в отношении 4:3:3, или растворитель Р-5 0,7-0,65; отвердитель №1 /раствор гексаметилена в этиловом спирте/ 0,03.

Лак предназначается для защиты алюминиевых, стальных и неметеллических поверхностей изделий, работающих в условиях повышенной влажности, действия раствора щелочей, спиртобензиновой смеси.

Недостатками этого лака являются недостаточно надежная адгезия к подложке, побеление покрытия, свидетельствующее о начале разрушительных процессов в лакокрасочном покрытий. При этом существенно возрастает водопоглощение, паропроницаемостъ и снижается атмосферостойкость.

Известен состав для антикоррозионного покрытия, включающий эпоксидную смолу, растворитель и пигменты, в качестве которых применяют алюминиевую или цинковую пудру /Протасов В.Н. Эффективность применения противокоррозионных покрытий нефтепромыслового оборудования. М.: ВНИИОЭНГ. - 1984. - С.44-45.

Недостатком этого состава является ограниченная стойкость покрытий к отдельным видам коррозии /абразивный износ, питтинг, кавитация/. Другим недостатком является газовыделение при реакции с агрессивными кислыми и щелочными средами, разрыхляющими структуру покрытия и резко ухудшающие его защитные свойства.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является композиция для антикоррозионного покрытия, состоящая из 8-14 мас.ч. отвердителя и 85-91,5 мас.ч. полуфабриката. В качестве отвердителя используют фторсодержащий олигомер ОФ-2 в виде 50%-ного раствора. В качестве полуфабриката используют эпоксидный лак ЭП-076, содержащий раствор эпоксидной смолы. В данном источнике описана также система для антикоррозионного покрытия, содержащая верхний слой и нижний слой, сформированные из вышеуказанной композиции /RU 2067105 С1, 27.09.1996/.

Недостатком этой композиции и системы является небольшой срок эксплуатации покрытия при воздействии высокоминерализованной морской воды и повышенная токсичность.

Известна также система для антикоррозионного покрытия, включающая верхний, промежуточный и нижний слои, выполненные на эпоксидных лакокрасочных материалах /Финкельштейн М.И. Промышленное применение эпоксидных лакокрасочных материалов. - Л.: Химия, 1983. - с.75-78/.

Недостатком этой системы является небольшой срок службы /2-3 года/, обусловленный невысокой адгезией покрытия к поверхности и небольшой толщиной слоев.

Задачей данного изобретения является создание композиции и системы для антикоррозионного покрытия морских судов, надежно работающих в условиях высокоминерализованной /морской/ воды, и увеличение срока службы системы покрытия.

Техническим результатом заявленного изобретения является улучшение основных технических характеристик покрытия и повышение срока службы системы антикоррозионного покрытия в условиях высокоминерализованной /морской/ воды.

Технический результат достигается тем, что предложенная композиция для антикоррозионного покрытия по п.1 и система для антикоррозионного покрытия по п.2 отличаются от известных тем, что в качестве полуфабриката композиция содержит эпоксидно-меломино-полиэфирный лак ЭП-074 с содержанием нелетучих веществ 55,4%, в качестве отвердителя - полиизоционатбиурет №31, дополнительно полуфабрикат содержит пигмент титановые белила TiO₂ рутильной структуры, наполнители синтетический кремнезем - А-175 и микротальк талькон ММ-20 и растворитель Р-189; в системе, включающей верхний слой, промежуточный слой и нижний слой, верхний слой и промежуточный слой выполнены из композиции по п.1, а нижний слой выполнен из эпоксидного лакокрасочного материала - грунтовки ВГ-33, содержащей пигмент спекулярит.

Сущность изобретения заключается в том, что применение модифицированного компонентами /титановые белила TiO₂ рутильной структуры, синтетический кремнезем - аэросил А-175, микротальк талькон ММ-20/ эпоксидно-меламино-полиэфирного лака ЭП-074 совместно с отвердителем полиизоционатбиурет №31 в предложенных количествах обеспечивает возможность «холодной» сушки покрытия при высоких защитных свойств композиции и покрытия в условиях воздействия морской воды и ультрафиолетового облучения солнечного спектра. Обеспечивается совместимость предложенной композиции с эпоксидно-кремнеорганическим покрытием на основе грунтовки ВГ-33 в многослойных антикоррозионных системах на морских судах.

ЭП-074 /ТУ 6-10-1030-76/ - эпоксидно-меламино-полиэфирный лак. Указанный лак применяется без отвердителя и только с горячей сушкой при температуре 150-170°С. Наличие в лаке гидроксильных групп обеспечивает взаимодействие, а следовательно, и его отверждение полиизоционатбиуретом №31.

Лак ЭП-074 /ТУ 6-10-1030-76/ представляет собой раствор эпоксидной смолы Э-49, меломино-формальдегидной смолы К-421-04 и полиэфира Л24К в органических растворителях. Адгезия пленки не более 2 баллов. Время высыхания до степени 3 при температуре /150±5/°С не более 1 ч.

Белила титановые TiO₂ рутильной структуры /ГОСТ 9808-84/. Основные свойства: синтетический ахроматический, коррозионно-нейтральный пигмент белого цвета. Размер частиц примерно 0,3 мкм. Отражение в видимой части спектра - не менее 95%. Обеспечивает устойчивость композиции при воздействии ультрафиолетового облучения солнечного спектра.

Синтетический кремнезем - аэросил А-175 /ГОСТ 14922-77/ представляет собой почти чистую SiO₂ /99,4-99,8%/. Обладает тиксотропными свойствами. Характеризуется исключительно высокой степенью дисперсности, размер частиц от 0,15 до 0,02 мкм. При диспергировании в среде смачивается лишь часть их поверхности, они образуют объемные коагуляционные сетки. Такие сетки включают частицы пигмента и препятствуют их осаждению, повышают вязкость дисперсной среды. Аэросил А-175 - рыхлый голубовато-белый порошок. Массовая доля основного вещества SiO₂ 99.8%. Массовая доля влаги не более 2%.

Микротальк - талькон ММ-20 /ТУ 5727-001-49439345-2002/. Является природным минералом с размером частиц от 6 до 20 мкм. Насыпная плотность 0,2-0,4 г/см³. Способствует оптимизации структуры формируемых пленок покрытий.

Отвердитель полиизоционатбиурет №31 /ТУ 6-2 7-217-2001/. Представляет собой алифатический изоционат. Обеспечивает атмосферостойкость покрытия на основе эпоксидно-меломано-полиэфирного лака.

Растворитель Р-189 представляет собой смесь растворителей: метилэтилкетон, этилгликольацетат, ксилол и бутилацетат. Основным требованием к указанным растворителям является крайне низкое содержание воды /не более 0,15%/. В противном случае избыточная вода будет активно взаимодействовать с изоционатными группами отвердителя, резко подавляя его активность.

Грунтовка ВГ-33 /ТУ 2312-004-29727639-97/ с пигментом спекулярит /ИСО 1248-74/. Грунтовка ВГ-33 поставляется комплектно в виде двух компонентов полуфабриката грунтовки ВГ-33, в состав которой входит пленкообразующее вещество /раствор эпоксидной смолы Э-41/ и спекулярит, и отвердителя АСОТ-2 в соотношении /мас.ч./ 100/17 соответственно.

Технические характеристики ВГ-33. Эластичность пленки при изгибе, мм, не более 5. Прочность пленки при ударе по прибору У-1А, Дж, не более 5. Адгезия, баллы, не более 1. Время высыхания до степени 3 при температуре /20±2/°С, ч 6. Массовая доля нелетучих веществ в полуфабрикате грунтовки, %, 45-55.

Композицию готовят следующим образом. Лак ЭП-074, титановые белила TiO₂ и микротальк талькон ММ-20 в соответствии с рецептурой загружают в смеситель, тщательно перемешивают до равномерного распределения пигмента и наполнителя, а затем диспергируют на бисерной мельнице с водяным охлаждением в течение 2 ч, периодически проверяя степень перетира по «клину». При достижении степени перетира 15 мкм в бисерную мельницу загружают аэросил А-175 и диспергируют до степени перетира 15 мкм. Затем в бисерную мельницу загружают растворитель Р-189, перемешивают и выгружают в тару. В полуфабрикате композиции определяют условную вязкость, степень перетира и содержание нелетучих веществ.

Степень перетира изготовленных композиций определена по ГОСТ 6589-72, вязкость - по ГОСТ 8420-74 по визкозиметру В3-246 с диаметром сопла 4 мм, массовая доля нелетучих веществ в композициях определена по ГОСТ 15537-72, время высыхания покрытий - по ГОСТ 19007-73.

Защитные свойства покрытий определены на образцах из стали ст.3 с пескоструйной обработкой поверхности. Испытания проведены в камере солевого тумана по СТП ВИАМ 1-595-7-354-2001, а также погружением образцов в 3% раствор NaCl.

Физико-механические свойства /прочность покрытий к удару и эластичность/ определены по ГОСТ 4765-73 и ОСТ 6-10-411-77 соответственно, твердость покрытий после высыхания определена по ГОСТ 5233-67.

Адгезия покрытий определена по ГОСТ 15140-78 /методом решетчатых надрезов/.

Изобретение иллюстрируется примерами, приведенными в таблицах: в табл.1 приведены рецептуры опытных образцов композиции на основе лака ЭП-074, в табл.2 - основные показатели свойств изготовленных рецептур композиции, в табл.3 - адгезионные и физико-механические свойства системы покрытий грунтовка ВГ-33 + 2 слоя предлагаемой композиции, в табл.4 - адгезионные и физико-механические свойства системы грунтовка ВГ-33 + 2 слоя предлагаемой композиции после термостарения, в табл.5 - результаты определения защитных свойств покрытия на основе предлагаемой композиции.

На чертеже приведена кинетика отверждения покрытий на основе предлагаемой композиции, отвержденного изоционатным отвердителем №31: 1 - на 100 мас.ч. предлагаемой композиции 8,0 мас.ч. отвердителя №31; 2 - на 100 мас.ч. предлагаемой композиции 11,0 мас.ч. отвердителя №31; 3 - на 100 мас.ч. предлагаемой композиции 13,5 мас.ч. отвердителя №31.

Из данных в табл.2 следует, что массовая доля нелетучих веществ в композиции существенно увеличилась /60-77,3%/, а время высыхания покрытия уменьшилось /до 4-5 ч/, что положительно оказывает влияние на экономические показатели предлагаемой композиции.

Для отверждения предлагаемой композиции при температуре /20±2/°С необходимо ввести 8-13,5 мас.ч. отвердителя полиизоционатбиурета №31 на 100 мас.ч. лака. При введении отвердителя меньше меньшего заявленного количества время высыхания покрытия увеличивается больше допустимого, а при введении отвердителя больше большего заявленного количества уменьшается адгезия и прочность покрытия.

Указанные результаты обусловлены также применением титановых белил рутильной структуры, синтетического кремнезема - аэросил А-175, микроталька талькон ММ-20 в указанных количествах.

Аэросил А-175, входящий в состав композиции в количестве 1,4-5,8 мас.ч., играет роль структурирующей добавки, обеспечивающей образование в композиции объемной коагуляционной сетки, способствующей к увеличению толщины слоя покрытия, придает композиции стабильность в процессе хранения. При введении данного компонента менее 1,4 мас.ч. композиция не обеспечивает требуемой толщины слоя, при введении его больше 5,8 мас.ч. вязкость композиции превышает требуемое значение.

Микротальк, входящий в композиции в количестве 4,0-5,2 мас.ч, оказывает влияние на время высыхания и прочность покрытия. При введении микроталька менее 4,0 мас.ч. время высыхания увеличивается больше допустимого, а при введении микроталька более 5,2 мас.ч. прочность покрытия снижается.

Разработанная рецептура композиции была исследована в качестве защитного покрытия для защиты корпусов судов в системе с антикоррозионным грунтовым покрытием ВГ-33. Свойства системы покрытий определяли на образцах стали ст. 3 с пескоструйной обработкой поверхности. Покрытие композиции наносили в два слоя по грунтовке ВГ-33 и отверждали при температуре 20±2°С в течение 5 суток. Из результатов, приведенных в табл.3, видно, что система покрытий, состоящая из 1 слоя грунтовки ВГ-33 и двух слоев предлагаемой композиции, обладает высокими адгезией к стали ст. 3 и физико-механическими характеристиками.

Результаты, полученные при определении адгезионных и физико-механических свойств покрытия композиции на основе предлагаемой композиции после термостарения, приведены в табл.4. Как видно из полученных результатов, искусственное старение системы покрытий на основе предлагаемой композиции не ухудшает ее адгезионных свойств и прочности к удару, но приводит к незначительному снижению эластичности покрытия. Такое снижение эластичности связано с процессами дополнительного структурообразования, которые протекают при повышенных температурах. Однако даже после искусственного старения эластичность остается на высоком уровне.

Из данных, приведенных в табл.5, вытекает, что покрытия на основе предлагаемой композиции и грунтовки ВГ-33 имеют высокие защитные свойства в условиях солевого тумана и погружении в 3% раствор NaCl.

Таким образом, снабжение композиции на основе эпоксидно-меламино-полиэфирного лака ЭП-074 дополнительно титановыми белилами рутильной структуры, ввод синтетического кремнезема - аэросила А-175 и микроталька талькон ММ-20 и применение отвердителя полиизоционатбиурета №31 позволяют существенно расширить эксплуатационные возможности композиции и применять ее для эффективной зашиты корпусов морских судов в системе антикоррозионного покрытия. Ожидаемый срок эксплуатации покрытия более 10 лет.

Таблица 1
Рецептуры опытных образцов композиции на основе лака ЭП-074
Компоненты	Содержание компонентов, мас.ч.
1	2	3	4	5	6	7	8
Лак ЭП-074 (содерж. нелетучих 55,4%)	56,2	55,4	48,8	51,1	49,6	43,9	42,0	40,0
Титановые белила	33,8	33,3	39,0	40,8	39,6	35,0	33,0	24,0
Микротальк	5,2	5,2	4,9	5,1	5,0	4,5	4,0	3,0
АэросилА-175	-	1,4	-	3,0	5,8	4,5	2,0	2,0
Растворитель Р-189	4,8	4,7	7,3	-	-	11,5	19,0	21,0

В табл.1 примеры 7 и 8 являются сравнительными

Таблица 2
Основные показатели свойств изготовленных рецептур композиций
Показатели свойств	Рецептуры изготовленных композиций
1	2	3	4	5	6	7	8
Вязкость по вискозиметру В3-4, с	107,1	106,5	70,3	108,0	115,2	60,0	47,0	45,0
Степень перетира, мкм	20	20	20	20	15	15	20	20
Массовая доля нелетучих веществ, %	70.3	70,6	71,0	77,3	75,1	67,0	60,0	55,0
Время высыхания до степени 3, ч	6	6	5	5	4	4	5	5

Таблица 3
Адгезионные и физико-механические свойства системы покрытий грунтовка ВГ-33+2 слоя предлагаемой композиции
Подготовка поверхности	Толщина, мкм	Адгезия, баллы	Физико-механические свойства
Исходная	После 1 суток увлажн.	После 7 суток увлажн.	Прочность при ударе, Дж	Эластичность, мм
Пескоструйная обработка	80-100	1	1	1	5,0	6,5
Зачистка стеклянной шкуркой	70-90	1	1	1-2	5,0	6,6

Таблица 4
Адгезионные и физико-механические свойства системы покрытий Грунтовка ВГ-33 + 2 слоя предлагаемой композиции
Подготовка поверхности	Толщина, мкм	После термостарения (-60…+80)°С в течение 10 циклов
Адгезия по ГОСТ 15140-78	Физико-механические свойства
Исходная	После 1 суток увлажнения	После 7 суток увлажнения	Прочность при ударе, Дж	Эластичность, мм
Пескоструйная обработка	85-95	1	1	1	5,0	5,4
Зачистка стеклянной шкуркой	75-80	1	1	1	5,0	5,5

Таблица 5
Результаты определения защитных свойств покрытия на основе предлагаемой композиции
Система покрытий	Подготовка поверхности	Состояние образцов после экспозиции
Камера солевого тумана	Погружение в 3% р-р NaCl
1 месяц	3 месяца	1 месяц	3 месяца
Грунтовка ВГ-33 + предлагаемая композиция	Пескоструйная обработка	Покрытие без изменений	Покрытие без изменений	Покрыте без изменений	Покрытие без изменений
Зачистка стеклянной шкуркой	Покрытие без изменений	Покрытие без изменений	Покрытие без изменений	Покрытие без изменений

1. Композиция для антикоррозионного покрытия, состоящая из полуфабриката, содержащего эпоксидно-меламино-полиэфирный лак ЭП-074 с содержанием нелетучих веществ 55,4%, пигмент титановые белила TiO₂ рутильной структуры, наполнители - синтетический кремнезем - аэросил А-175 и микротальк талькон ММ-20, растворитель Р-189, и отвердителя полиизоционатбиурета №31 при следующем соотношении компонентов в полуфабрикате, мас.ч.:

эпоксидно-меламино-полиэфирный лак ЭП-074
с содержанием нелетучих веществ 55,4%	42,0-55,4
вышеуказанные титановые белила	33,3-40,8
вышеуказанный аэросил А-175	1,4-5,8
вышеуказанный микротальк	4,0-5,2
растворитель Р-189	4,7-19,0,

и вышеуказанный отвердитель берут в количестве 8-13,5 мас.ч. на 100 мас.ч. вышеуказанного полуфабриката.

2. Система для антикоррозионного покрытия, включающая верхний слой, промежуточный слой и нижний слой, отличающаяся тем, что верхний слой и промежуточный слой выполнены из композиции по п.1, а нижний слой выполнен из эпоксидного лакокрасочного материала - грунтовки ВГ-33, содержащей пигмент спекулярит.