Композиция для получения антикоррозионного покрытия
Изобретение относится к составам антикоррозионных цинксодержащих грунтовок, предназначенных для протекторной защиты от коррозии изделий, сооружений и конструкций из черных металлов, эксплуатирующихся в атмосферных условиях, в условиях водно-солевого тумана, в среде паров и аэрозолей нефтепродуктов. Композиция для получения антикоррозионного покрытия включает высокодисперсный цинковый порошок, трехметальный сиккатив, толуол, модифицированный алкидный пленкообразователь, в качестве которого 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 динамической вязкостью по Брункфильду 2,0-4,5 Па·с, и антиседиментационную добавку, в качестве которой используют смесь окиси цинка, лецитина и органофильного бентонита марки SD-1. Композиция имеет высокую седиментационную устойчивость при хранении и нанесении, быстрее высыхает и обеспечивает получение антикоррозионных покрытий с повышенной устойчивостью к действию воды и нефтепродуктов. 2 табл.
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 2 Свойства 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 |
