Износостойкая полимерная композиция

 

Использование: для защитных покрытий и клеев при ремонте и монтаже подводных нефтепроводов для защиты от коррозии и абразивного износа установок сероочистки на теплоэлектростанциях. Сущность изобретения: композиция содержит ненасыщенную полиэфирмалеинатную смолу 100 ч, продукт взаимодействия аллилового спирта с толуилендиизоцианатом (АТЖ) 2, 35 - 23,50 ч, полиизоцианат 7,65 - 76,50 ч, инициатор полимеризации 0,1 - 8,0 ч, блоксополимер полиорганосилоксана и полиоксиалкилена (КЭП-1), 0,1 - 3,0 ч, фторированный спирт 0,5 - 10,0 ч, активированную базальтовую чешую 5 - 350 ч. Композицию готовят смешением смолы с АТЖ, введением в смесь полиизоцианата, КЭП-1, фторированного спирта и активированной базальтовой чешуи. После перемешивания добавляют инициатор полимеризации. Состав наносят шпателем или кистью. Полностью отверждают 10 дней. Характеристика покрытия: водопоглощение через 20 сут H₂O на 1 г 8,7-9,2·10³, износостойкость 7,8-10,5 мг/c·10^-3 . 1 табл.

Изобретение относится к получению полимерных композиций на основе полимерных смол, в частности ненасыщенных полиэфирных, которые могут применяться в качестве защитных покрытий и клеев при ремонте и монтаже подводных нефтепроводов, для защиты от коррозии и абразивного износа установок сероочистки на промышленных теплоэлектростанциях. Целью изобретения является повышение износостойкости в окислительной среде и водостойкости. Поставленная цель достигается тем, что композиция содержит в качестве неорганического наполнителя активированную базальтовую чешую при следующем соотношении компонентов, мас.ч. Ненасыщенная поли- эфирмалеинатная смола 100 Продукт взаимодей- ствия аллилового спирта с толуиленди- изоцианатом 2,35-23,5 Полиизоцианат 7,65-76,5 Инициатор полиме- ризации 0,1-8,0 Блок-сополимер полиор- ганосилоксана и поли- оксиалкилена 0,1-3,0 Фторированный спирт 0,5-10,0 Активированная ба- зальтовая чешуя 5-350 Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав композиции отличается от известного введением новых компонентов, а именно активированной базальтовой чешуи. Не которые введенные в заявляемое решение вещества известны, например, ненасыщенная полиэфирмалеинатная смола, фторированный спирт и др. Однако их применение в этих композициях в сочетании с другими компонентами не обеспечивает композициям такие свойства, которые они проявляют в заявляемом решении, а именно значительное увеличение прочных связей между полимерной матрицей и активированными базальтовыми чешуйками. Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области техники показывает, что известно использование в качестве наполнителей базальтовой муки, базальтового рубленного волокна, чешуйчатых наполнителей железа, цинка, талька, графита. Но ни один из перечисленных наполнителей в сочетании с выбранными ингредиентами композиции не обеспечит повышение износостойкости и водостойкости в заявляемой области. Активированные базальтовые чешуйки имеют структуру корунда с гексагональной плотной упаковкой, в которой атомы железа занимают октаэдрические пустоты. Такой характер упаковки подтверждается исследованиями электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). В неактивированной базальтовой чешуе сигнал ЭПР отсутствует, в активированной сигнал ЭПР возрастает в 10-12 раз, что свидетельствует об образовании ромбоэдрической фазы с гексагональной упаковкой. Благодаря гексагональной упаковке (структура корунда) и ориентации атомов железа, новый наполнитель активированная базальтовая чешуя обладает высокой прочностью и высокой абразивной стойкостью, что существенно повышает износостойкость полимерного покрытия. А также базальтовая чешуя обеспечивает образование прочных химических связей полимерной матрицы с поверхностью чешуи, что и повышает прочность граничного слоя и, как следствие, повышает водостойкость. Кроме того, наличие ионов трехвалентного железа в кристаллической решетке чешуи способствует притяжению и частичному проникновению электронов из граничного слоя металлической подложки в полимерную композицию, образуя двойной электрический слой, в результате чего существенно повышается адгезия композиции к металлу, повышая тем самым водостойкость по границе металл-покрытие. Для экспериментальной проверки заявляемого состава были подготовлены девять смесей ингредиентов, три из которых показали оптимальные результаты (см. таблицу). В качестве наполнителя полимерной композиции использовали активированную базальтовую чешую, которую получали путем термообработки базальтовой чешуи (ТУ 1-30-15-001-90). Термообработку чешуи производят в муфельной печи при 680-900^оС в течение 10-20 мин. Полученная таким образом активированная базальтовая чешуя характеризуется следующими показателями: плотностью 2,2-3 г/см³, толщиной 3 мкм и размером 100-2000 мкм, термостойкостью до 900^оС, наличием кристаллической фазы. Таким образом, в результате термообработки в базальтовой чешуе происходит переход фазовый FeO в Fe₂O₃ и переход FeO в Fe₂O₃, который имеет гексагональную плотную упаковку (структуру корунда), чем и обеспечивается существенное повышение износостойкости и водостойкости композиции. Для приготовления полимерной износостойкой композиции были использованы следующие компоненты: полиэфирмалеинатная смола марки ПН-609-21 и ПН-1 ТУ 6-05-1306-74, полиизоцианат марки Д ТУ 113-03-29-6-84, марка Д может использоваться полиизоцианат марок Б и Е, перекись метилэтилкетона ТУ 6-01-465-70, нафтенат кобальта МРТУ 6-05-1075-67, фторированный спирт ТУ 301-14-1-89, блоксополимер полиорганосилоксана и полиоксиалкилена (КЭП-1), ТУ 6-02-813-73. Образцы композиции были приготовлены в соответствии с приведенным примером. Пример 1 приготовления износостойкой полимерной композиции. Полиэфирмалеинатную смолу в количестве 100 мас.ч. смешивают с 16 мас.ч. АТЖ, перемешивают, затем вводят навеску 45 мас.ч. полиизоцианата, перемешивают, вводят 1 мас. ч. КЭП-1, перемешивают, вводят 0,5 мас.ч. фторированного спирта, 40 мас. ч. активированных базальтовых чешуек, перемешивают, вводят 0,1 мас.ч. инициатора полимеризации. После тщательного перемешивания композицию наносят с помощью шпателя или кисти на поверхность металлических пластин, которые предварительно пескоструют и обезжиривают. Отверждение композиции происходит при комнатной температуре за 3-4 ч, полное за 10 дней. Аналогичным образом были приготовлены остальные образцы. Износостойкость определяли на стенде гидроабразивных испытаний, который представляет собой гидравлический замкнутый контур, состоящий из насоса марки ГРАТ 85/40, сборной емкости и запорно-регулирующей арматуры. Окислительная среда имитировалась слабым раствором серной кислоты (рН 4,5). В качестве абразивной среды выбран был кварцевый песок. Скорость потока абразивной окислительной среды составила 2 м/с. Время испытаний 500 ч. Водопоглощение определяют по изменению массы образца, находящегося в воде в течение 20 сут. Результаты испытаний приведены в таблице. Из приведенных результатов следует, что композиция предлагаемого состава обладает значительно более высокой (в 2,5 раза) по сравнению с прототипом износостойкостью, а водопоглощение ее ниже в 3,5 раза. Таким образом, использование предлагаемой износостойкой полимерной композиции в качестве защитных покрытий позволяет повысить производительность процесса нанесения покрытий, т.к. заявляемая композиция позволяет получать однослойное покрытие без предварительной грунтовки, повысить качество защитного слоя и срок службы оборудования.

Формула изобретения

ИЗНОСОСТОЙКАЯ ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ, включающая ненасыщенную полиэфирмалеинатную смолу, продукт взаимодействия аллилового спирта с толуилендиизоцианатом, полиизоцианат, инициатор полимеризации, блок-сополимер полиорганосилоксана с полиоксиалкиленом, фторированный спирт и неорганический наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве неорганического наполнителя она содержит активированную базальтовую чешую при следующем соотношении компонентов, мас.ч. Ненасыщенная полиэфирмалеинатная смола 100
Продукт взаимодействия аллилового спирта с толуилендиизоцианатом 2,35 23,50
Полиизоцианат 7,65 76,50
Инициатор полимеризации 0,1 8,0
Блок-сополимер полиорганосилоксана и полиоксиалкилена 0,1 3,0
Фторированный спирт 0,5 10,0
Активированная базальтовая чешуя 5 350

РИСУНКИ

Рисунок 1